海上风电场中压集电系统操作瞬态过电压研究

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1、学校代码10530学号201510171775分类号TM76密级公开硕士学位论文海上风电场中压集电系统操作瞬态过电压研究学位申请人吴俊臣指导教师王灵矫副教授学院名称信息工程学院学科专业电气工程研究方向过电压及其防护二○一八年六月六日StudyontransientovervoltageofoperationofMediumcollectingsysteminoffshorewindfarmCandidateWuJunchenSupervisorProf.WangLingjiaoCollegeTheCollegeofI

2、nformationEngineeringProgramElectricalEngineeringSpecializationOvervoltageanditsprotectionDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversitythDate6.June.2018摘要相比陆上风电场，海上环境更为特殊，由大量不同截面、不同长度的电缆组成的海上风电场中压集电系统有其自身的特殊性。风的随机性和间歇性会导致海上风电场中压集电系统的真空断路器频繁开合将使内部集电系统产生瞬

3、态过电压，该过电压与电缆电容等电气设备元件作用所产生的高频振荡过电压是造成海上风电场机端变压器等设备绝缘损坏的主要因素。为了使海上风电场能经济可靠地并网运行，减少电网故障而提高供电可靠性，研究复杂多变的瞬态过电压，获取瞬态过电压规律，并在此基础上提出瞬态过电压保护装置是十分必要的。本文的主要内容如下：（1）瞬态过电压具有高频率、高陡度、存在时间不确定等特征，现有电力系统暂态仿真软件的软件包中的模型不适用于研究瞬态过电压。本文基于PSCAD/EMTDC仿真软件开发出能反映真空断路器预击穿特性的自定义模型，该考虑了真空断

4、路器介质绝缘强度和高频熄弧能力两个特征参数，提出真空断路器合闸算法实时控制可控电阻值模拟断路器开合。电缆模型采用频率依赖模型，并基于实际电缆物理结构参数数据对电缆模型参数进行了修正和计算，能正确反映电缆波阻抗和波的传播速度。变压器模型则是在PSCAD的UMEC模型基础上对变压器高压侧、低压侧和高低压间并联电容，模拟变压器的高频特性。（2）瞬态过电压的幅值和陡度对变压器的绝缘性能影响很大，但目前对瞬态过电压的研究较少，尤其少有对瞬态过电压陡度进行定量分析。本文基于自定义模型，在PSCAD中搭建简化的海上风电场中压电缆集

5、电系统，研究真空断路器合闸初相角、电缆长度和机端变压器位置对瞬态过电压的影响，仿真结果表明机端变压器位于机舱且合闸初相角为15°时过电压陡度最大。（3）目前工业常用的过电压抑制措施主要是安装浪涌保护器，包括氧化避雷器（MOA）、RC保护器和新型装置扼流线圈，而海上风电场只使用了MOA。本文仿真比较了在机端变压器高压侧安装MOA、RC保护器和扼流线圈三种保护装置抑制瞬态过电压的效果，其中扼流线圈对瞬态过电压陡度的抑制效果最为明显，从而为实际海上风电场设备选型与安全运行提供指导依据。关键词：海上风电场；瞬态过电压；电力设

6、备建模；过电压保护IAbstractComparedwithonshorewindfarms,theoffshoreenvironmentismorespecial,Themediumvoltagecollectorsystemofoffshorewindfarms,whichconsistsofalargenumberofcablesofdifferentlengthsandlengths,hasitsownparticularity.Therandomnessandintermittencyofthewindwi

7、llleadtothefrequentopeningofthevacuumcircuitbreakerinthepressurecollectingsystemintheoffshorewindfarmandthetransientovervoltageintheinternalcollectorsystem.Thehighfrequencyoscillatingovervoltageproducedbytheovervoltageandthecablecapacitanceandotherelectricalequ

8、ipmentcomponentscausestheinsulationdamagetotheequipmentoftheoffshorewindfield,suchastheendtransformerofthewindfield.Mainfactors.Inordertomaketheoffshorewindfarmoperateeconom