海上风电场瞬态过电压的模拟实验和仿真研究

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1、工程硕士学位论文海上风电场瞬态过电压的模拟实验和仿真研究作者姓名郭亚勋工程领域电气工程校内指导教师刘刚副教授校外指导教师郑明高级工程师所在学院电力学院论文提交日期2018年3月SimulatingExperimentandSimulationStudyonTransientOvervoltageofOffshoreWindFarmsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：GUOYaxunSupervisor：AssociateProf.LiuGangSouthChinaUniversityofTec

2、hnologyGuangzhou,China分类号：TM726.4学校代号：10561学号：201521011951华南理工大学硕士学位论文海上风电场瞬态过电压的模拟实验和仿真研究作者姓名：郭亚勋校内指导教师姓名、职称：刘刚副教授校外指导老师姓名、职称：郑明高级工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电气工程论文形式：ꇶ产品研发ꇶ工程设计√应用研究ꇶ工程/项目管理ꇶ调研报告研究方向：过电压及其防护论文提交日期：2017年11月22日论文答辩日期：2018年3月10日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：蔡泽祥委员：杨苹欧阳森刘文泽

3、刘强摘要大型风电场正从陆地走向海洋，由于风的间歇性和随机性，风电场真空断路器频繁开合会在内部集电网络系统产生瞬态过电压。该瞬态过电压将与其它电气设备元件，比如电缆电容等，相互之间发生电磁能量振荡而产生高频振荡过电压，对海上风电场内的电力设备的绝缘有着很大的影响。因此对海上风电场中压电缆集电系统瞬态过电压的研究，有助于选用合适的过电压保护措施，对提高海上风电场运行的安全可靠性具有实际意义。本文首先基于PSCAD/EMTDC仿真软件开发出能反映真空断路器重燃和预击穿特性的自定义模型，该模型考虑了真空断路器截流值、介质绝缘强度、高频熄弧能力和燃弧电压四个特征参数。电缆

4、模型采用软件中频率依赖模型，并基于实际的电缆铜绞线导体对模型进行了相应的计算和校正，使其能正确反映电缆波阻抗和波的传播速度。变压器模型采用UMEC模型，并考虑了杂散电容的影响。同时，考虑双馈风机滤波器的影响，搭建双馈风机高频模型。其次，为了验证自定义真空断路器、电缆和变压器模型的有效性，特搭建海上风电场中压测试系统实验平台。通过对断路器分、合闸感性负载，提取真空断路器重燃和预击穿产生的瞬态过电压波形。利用提取到的过电压波形，计算出真空断路器参数，验证自定义模型的有效性。最后，基于自定义的模型，在PSCAD中搭建海上风电场中压电缆集电系统，研究海上风电场不同运行方

5、式、断路器合闸初相角和变压器位置对瞬态过电压的影响，尤其对瞬态过电压陡度的影响。同时，仿真验证了过电压保护装置抑制效果。关键词：海上风电场；瞬态过电压；真空断路器；过电压保护装置IAbstractLargewindfarmsaremovingfromthelandtotheocean.Duetotheintermittentandrandomcharacteristicofthewind,thefrequentopeningandclosingofthewindfarmvacuumcircuitbreakerswillproducetransientovervo

6、ltagesintheinternalcollectornetworksystem.Thetransientovervoltageandotherelectricalequipmentcomponents,suchascablecapacitance,etc.,betweentheoccurrenceofelectromagneticenergyoscillationandproducehigh-frequencyoscillationover-voltage,theoffshorewindfarmpowerequipmentinsulationhasagrea

7、timpact.Therefore,itisnecessarytostudytheovervoltageofthecablecollectingsystemofoffshorewindfarm,whichisnecessarytoselecttheappropriateprotectionmeasuresandmakepracticalsignificancetoimprovethesafetyandreliabilityofoffshorewindfarmoperation.BasedonthePSCADsimulationsoftware,thispaper

8、developsacus