海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法技术方案

本发明专利技术提供了一种海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，该方法包括：搭建整个低频交流送出系统的仿真模型，研究基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统的过电压特性；根据过电压仿真结果，分析评估高压换流站和系统的特性，考虑过电压保护方式和作用于避雷器的电流和能量，并确定避雷器布置；最后考虑仿真计算模型的局限性，选择确定性配合系数，确定配合耐受电压

【技术实现步骤摘要】
海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法
。

技术介绍

[0002]目前，对于远海风电场一般采用基于模块化多电平换流器
(modular multilevel converter
，
MMC)
的柔性直流输电系统并网
。
然而，在现有技术条件下，纯柔性直流输电系统存在一些问题：
(1)
海上换流站投资成本较高，而且换流站建造
、
安装
、
运输难度大；
(2)
由于海上换流站
MMC
的结构与运行复杂度高，一定程度上也给系统增加了故障几率，运行与维护成本相对较高
。
故国内外现阶段提出了两种颇具潜力的海上风电低成本送出技术路线，即低频输电技术和二极管不控整流技术
。
[0003]在海上风电交流送出系统中可通过降低频率来克服工频交流输电和柔性直流输电进行海上风电并网时所存在的缺点
。
基于低频交流实现海上风电并网的优势主要表现在3个方面：
(1)
海底电缆输电的输送距离与所采用的频率成反比，输电频率越低，海底电缆经济合理的输电距离可以达到更高水平，海缆的输电距离得到扩展
。(2)
交流电缆不存在空间电荷积累效应，对电缆绝缘比较有利
。(3)
低频交流输电不存在无断路器的问题，海上风电场可以很方便地组成交流电网
。
因此，对于中远距离的海上风电送出，应用低频输电技术是一种有竞争力的方案
。
[0004]二极管不控整流技术也具有明显的经济优势和发展前景
。
相比
MMC
换流器，二极管整流单元
(diode rectifier unit
，
DRU)
的方案具有更小的功率损耗
、
更小的投资费用和更高的可靠性
。
基于
DRU
的远海风电低频交流送出方案取消了海上换流器平台，采用
DRU
代替常规交直
–
交变频器中的低频侧换流器，能够有效降低工程的投资成本和运行损耗，进而提高整个远海风电送出系统的经济性，在远海风电并网场景下具备巨大的发展潜力
。
[0005]然而基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统还有许多难题需攻克，其中基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统的过电压保护和绝缘配合是其必然面临且亟待解决的关键性问题之一
。
若远海风电送出系统中的绝缘水平设置得过高，相关设备制造的难度会增加；绝缘水平设置得过低，则避雷器保护的效果不明显，换流站易因故障产生的过电压而停运，从而造成额外的经济损失
。
因此为基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统设计过电压保护与绝缘配合方案，是整个输电系统设计的一个非常重要的部分
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术针对现有不控整流技术和低频输电技术所存在的上述问题，提供一种基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，该方法实施简单，适用性强，在工程设计中有较大的使用价值
。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，适用于基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统，所述方法包括如下步骤：
[0009]搭建基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统的仿真模型，基于所述仿真模型进行过电压仿真计算；
[0010]根据过电压仿真结果，获取高压换流站和系统的特性，考虑过电压保护方式
、
作用于避雷器的电流和能量以及不同故障情况下过电压与过电流的严酷性，遵照避雷器布置原则，确定避雷器布置；
[0011]考虑仿真计算模型的局限性，选择确定性配合系数，确定配合耐受电压；对于直流设备，将耐受水平调整到设定经验值，完成换流站绝缘配合研究，得到避雷器保护水平及设备的绝缘水平要求的方案
。
[0012]进一步的，在基于所述仿真模型进行过电压仿真计算中，所选取的典型工况至少包括：
[0013]海上升压站机侧
/
网侧三相接地故障
、
换流站网侧
/
阀侧三相接地故障和桥臂电抗器阀侧接地故障工况
。
[0014]进一步的，过电压仿真结果至少包括：
[0015]基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统中不同位置的最大过电压
。
[0016]进一步的，在确定避雷器布置时，遵循如下原则：
[0017]源于交流侧的过电压由交流侧的避雷器限制
、
源于直流侧的过电压由直流侧的避雷器限制；关键的部件由紧靠它的避雷器直接保护
。
[0018]进一步的，在确定避雷器布置时，只考虑操作过电压的情况
。
[0019]进一步的，在确定避雷器布置时，针对海上升压站机侧
/
网侧交流母线故障和阀厅及换流站直流场故障情况，采用封锁
MMC
换流站
IGBT
触发脉冲，并断开两端交流侧断路器的故障清除策略，针对换流变网侧故障，
MMC
换流站的
IGBT
触发脉冲不封锁
。
[0020]进一步的，在确定避雷器布置时，避雷器参数依据荷电率进行确定，具体按照下表进行确定：
[0021][0022]其中，
PCOV
表示避雷器的持续运行电压峰值，单位为
kV
，
U
ref
表示避雷器的参考电压，单位为
kV。
[0023]进一步的，所述确定性配合系数以保证海缆和海上换流站的安全为标准选择
。
[0024]第二方面，本专利技术提供了一种海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合设备，所述设备包括处理器以及存储器：
[0025]所述存储器用于存储计算机程序，并将所述计算机程序的指令发送至处理器；
[0026]所述处理器根据所述计算机程序的指令执行如第一方面所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法
。
[0027]第三方面，本专利技术提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法
。
[0028]综上，本专利技术提供了一种海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，该绝缘配合方法主要分为三步：首先搭建整个低频交流送出系统的仿真本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，其特征在于，适用于基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统，所述方法包括如下步骤：搭建基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统的仿真模型，基于所述仿真模型进行过电压仿真计算；根据过电压仿真结果，获取高压换流站和系统的特性，考虑过电压保护方式
、
作用于避雷器的电流和能量以及不同故障情况下过电压与过电流的严酷性，遵照避雷器布置原则，确定避雷器布置；考虑仿真计算模型的局限性，选择确定性配合系数，确定配合耐受电压；对于直流设备，将耐受水平调整到设定经验值，完成换流站绝缘配合研究，得到避雷器保护水平及设备的绝缘水平要求的方案
。2.
根据权利要求1所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，其特征在于，在基于所述仿真模型进行过电压仿真计算中，所选取的典型工况至少包括：海上升压站机侧
/
网侧三相接地故障
、
换流站网侧
/
阀侧三相接地故障和桥臂电抗器阀侧接地故障工况
。3.
根据权利要求2所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，其特征在于，过电压仿真结果至少包括：基于二极管不控整流单元的海上风电低频交流送出系统中不同位置的最大过电压
。4.
根据权利要求1所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，其特征在于，在确定避雷器布置时，遵循如下原则：源于交流侧的过电压由交流侧的避雷器限制
、
源于直流侧的过电压由直流侧的避雷器限制；关键的部件由紧靠它的避雷器直接保护
。5.
根据权利要求1所述的海上风电低频交流送出系统过电压保护与绝缘配合方法，其特征在于，在确定避雷器布置时...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建福，吴宏远，裴星宇，唐捷，陈勇，李建标，杨锐雄，程旭，邹国惠，李振聪，张帆，刘尧，顾温国，魏焱，刘振国，曹彦朝，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：