基于PSCAD的风电场操作过电压仿真分析

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二十世纪七十年代,资源的短缺和环境的日趋恶化使世界各国重新开始重视开发和利用可再生、无污染的风能资源。随着技术的进步,风力发电的成本将可能进一步降低。因此,在各种可再生能源利用中,风能具有很强的竞争力。风力发电技术将进入快速发展的黄金时期,成为电网电源的重要组成部分。与此同时风力发电系统的运行及其并网对电网的影响是不可忽视的问题,其中最为突出的问题是在故障时风电场及接近风电场的区域电力网电压质量严重下降,甚至可能导致电压崩溃。此外,风电场中所使用的变压器等设备所参照的一些标准和架空线系统的是一样的。现有的风电场主要是依照中压(35kV)地下电缆系统的设计方式,但是风电场较常规电厂及架空线系统更易遭受过电压的影响且过电压水平较高。因此进一步研究风电场暂态过电压的建模及其对系统的影响具有重要意义。  风电场电气设备过电压损坏事故越来越多,风电场恶烈的自然环境会对对设备绝缘强度产生不利影响。但是风电场断路器开合闸频繁,会产生合闸过电压,电缆和变压器以及其他设备长期处于过电压的影响下,由于其造成的累积效应可能会对设备绝缘强度造成影响。本文将对风电场合闸过电压的机理、特点、性质进行了详细的阐述,并基于PSCAD/EMTDC软件平台建立接近于风电场实际电缆的高频电缆模型,分析比较电缆系统和架空线系统的区别,在建立电缆模型时比较依频电缆模型和π模型的区别。紧接着围绕真空断路器的一系列特性对其产生的过电压机理进行了分析并建立其模型。然后在理论上对风电场的简化模型进行了行波传播的分析计算,并结合仿真比较了电缆和架空线的过电压情况。随后,在搭建了比较完备的风电场过电压的仿真模型,探讨了不同合闸方式以及馈线长度对过电压的影响。在前文的基础上通过改变风电场的布局结构分析了叉式,环式,星式结构下的过电压情况,并解释其机理。最后,提出了一系列的保护方案,通过接入R-C装置的再仿真验证了本文分析的正确性,为进一步解决风电场电缆系统过电压提供了现实依据。为风电场电缆系统的设计以及风机机端升压变压器的绝缘设计提供一定的参考。
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