海上风电场投入关联电抗器的过电压及防护研究

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1、InvestigationonOvervoltageanditsProtectionofSwitchingShuntReactorsinOffshoreWindFarmADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhouWentingSupervisor：Prof.TangWenhuSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201520111058华南理工大学硕士学位论文海上风电场投入并联电抗器的过电压及防

2、护研究作者姓名：周文婷指导教师姓名、职称：唐文虎教授申请学位级别：工学硕士学位学科专业名称：电力系统及其自动化研究方向：电力系统暂态仿真论文提交日期：2018年04月15日论文答辩日期：2018年06月02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：管霖委员：温柏坚、吴青华、唐文虎、荆朝霞华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在

3、文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：2018年06月02日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：□保密，（校保密委员会审定为涉密学位时间：年月日）于年

4、月日解密后适用本授权书。不保密,同意在校园网上发布，供校内师生和与学校有共享协议的单位浏览；同意将本人学位论文提交中国学术期刊(光盘版)电子杂志社全文出版和编入CNKI《中国知识资源总库》，传播学位论文的全部或部分内容。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：2018年06月02日指导教师签名：日期：2018年06月02日作者联系电话电子邮箱联系地址（含邮编）摘要中国经济发展迅速，经济发达的沿海地区需电量逐年增加，而沿海地区具有丰富的海上风电资源待开发，因此海上风电场运行分析是我国电力系统研究的一大热点。不同于陆上风电场，海上风电场常使用输电

5、距离远、容性充电功率大的海底电缆。因此，需在海上风电场中投入并联电抗器等设备，消耗风电系统内的感性无功，维持海上风电场无功平衡，抑制电压升高，从而提高系统稳定性。真空断路器是海上风电场常用的投切设备，具有快速熄弧的能力。由于海底电缆波阻抗小而电抗器电感值大，因此海上风电场中真空断路器切投并联电抗器的过程会引起幅值与陡度均较大的操作过电压，危害海上风电场的运行。因此，本文基于关键设备高频暂态模型搭建海上风电系统，并对过电压产生原理、特性及相应的防护进行研究。本文搭建了考虑电弧特性的真空断路器高频合闸模型，通过对其电弧特性的研究，精确设置合闸的四个阶段，

6、并改进其控制条件，达到准确模拟合闸暂态的效果。将本文所搭建的真空断路器合闸模型与理想断路器及35kV真空断路器试验结果进行对比，对比结果验证了模型的实用性和优越性。同时，本文通过分析计算复杂的双馈风机电磁暂态模型，提出一种双馈风机替代电感参数整定的方法，大大简化模型计算工作，并保证了仿真的准确性。此外，本文考虑并联电抗器杂散电容的影响，采用PSCAD元件库的电缆频率依赖模型、考虑端口电容的变压器模型等设备模型，建立典型海上风电场35kV系统模型，用于分析投入并联电抗器过程中在系统中产生的操作过电压。根据海上风电场与同结构陆上风电场的仿真结果对比，本研

7、究得出以下结论：真空断路器合闸操作暂态，在并联电抗器、在汇流母线及风机端变压器上均出现了高峰值、高陡度的操作过电压，且远高于陆上风电场。此外，本文对投入电抗器时，馈线上不同位置风机的暂态过电压进行了对比分析。最后，基于对系统暂态过电压的原理分析及特性研究，本文分析多种保护方案并对保护设备参数进行对比，发现并联安装避雷器和阻容吸收器抑制过电压的综合效果最佳，为海上风电场的设计、关键设备的绝缘保护和日常运维工作等提供参考。关键词：海上风电场；真空断路器高频合闸模型；双馈风机替代电感；暂态过电压；阻容吸收器IABSTRACTWiththerapiddeve

8、lopmentofChina'seconomy,thedemandforelectricityinthede