缓解由于通电开关过电压在海上风力发电并网过程

埃曼a·阿瓦德¹易卜拉欣博士答:兰,²,Fathi m·h·优素福³

研究助理,电气工程部、工学院、收住曼苏拉大学。科,收住曼苏拉,科埃及
副教授,电气工程部、工学院、收住曼苏拉大学。科,收住曼苏拉,科埃及
教授,电气工程部、工学院、收住曼苏拉大学。科,收住曼苏拉,科埃及

文摘

介绍了缓解开关过电压的产生由于离岸风力发电并网的激发过程。Pre-insertion电阻、控制开关断路器、并联电抗器、避雷器产品作为保护装置减轻通电过电压。交替瞬态程序(ATP)本研究中使用的模拟测试电力系统和缓解方法。之间的比较四种缓解方法在电力系统介绍限制过电压。

关键字

操作过电压、风力涡轮机、缓解、DFIG ATP。

介绍

风力发电厂通常发现在更偏远的地方在中压馈线长和运营水平[1]。孤立的风力发电场远离主电网被认为是弱电网由于长期喂食器[2]。风力发电场修复的主要担忧之一是过电压的发生由于切换程序[3]。风力发电机系统进行多种形式的瞬变现象带来本质上的突然变化电压或电流的稳态值。这些变化可能是照明中风的结果,系统的一些故障,或带来的切换电路清除故障或正常操作过程[4 - 6]。

开关过电压()是前面瞬态较低高度阻尼,最后在短时间(几毫秒或更少)[7]。他们可以发生在通电和断开正常运行或故障期间[8]。位的大小和形状随系统参数和网络配置。即使有相同的系统参数和网络配置,位是高度依赖的特征操作断路器,开关的point-on-wave操作发生[3]。

激发位的严重程度取决于供给之间的差异和传输系统电压通电瞬间的[9]。当传动系统能量位生成不仅在传输系统,还供应网络[10]。Pre-insertion电阻器(PIR),控制开关,断路器,并联电抗器,避雷器产品作为保护装置减轻通电过电压。

使用双馈感应发电机(DFIG)是接收增加注意力用于风力发电(9,11)。DFIG基本上是一个标准,绕线转子感应电机的定子绕组直接连接到电网,转子绕组连接到电网通过滑环电子转换器,如图1所示[12]。

DFIG是最常用的技术之一,如今,这些提供的优势如活跃和无功的解耦控制权力和最大功率跟踪。这些功能可能由于电力电子转换器用于这种类型的发电机[13]。

摘要缓解位,生成由于离岸风力发电并网的激发过程,评估。PIR、控制开关断路器并联电抗器,避雷器产品作为保护装置减轻激发位。交替瞬态程序(ATP)在本研究中用于模拟测试电力系统和缓解方法[14]。

二世。研究海上风电场

答:风电场的描述

72年的调查风电场由风力涡轮机(WTs)额定功率为2.3兆瓦。形成的涡轮机被安排在一个平行四边形,八行九WTs每个,如图2所示(15、16)。但是这些连接行通过33千伏的海底电缆。每一行然后通过一根电缆连接到平台。公园变压器(132/33/33 kV)是在中央位置。每个馈线连接真空断路器,其次是根电缆。有八行,从A到H,, A, B, C和D都连接到一个中压绕组(MV),和E, F, G, H MV绕组[15]。

海底电缆连接在底部的每个WT的盔甲和盾牌被禁足。然后变压器(2.5 MVA, 33/0.69 kV)是通过开关连接disconnector-fuse MV。但是这些互联通过36 505 kV电缆的长度。此外,高压电网(高压)(132 kV),海电缆(10.5公里)和陆地电缆(18.3公里)都包含在模型[16]。

b .风电场的建模

ATP是用于建模研究海上风电场的组件在本节说明。图3显示了ATP进行海上风电场的模型。在这个模型中,结果表明:

1。网格被建模为一个电压源。

2。132千伏的高压,海、陆三相单芯电缆被建模为对称的,分布参数模型和集总阻力。

3所示。风电场变压器建模使用混合动力变压器模型[14]。

4所示。行B, C, D建模为一个三相单芯电缆,因为它们是并行连接。行E, F, G, H建模以同样的方式。

5。行详细建模。

图3显示了9个相同的风力发电机变压器(WTTs)行a减少仿真时间,风电场模型的复杂性降低等效模型。风电场的WTGs聚集成三个独立的等效模型和其余的涡轮机在被建模为很轻负载连接行WTTs LV的一面。轻负荷建模为高电阻为1200Ω。因此,九WTTs行被认为是变压器在空载下。WTGs视为作用于一个等价的内部电子网络提供的风速是相同或相似的在所有WTs [16]。

c建模的电缆和变压器

MV单核海底电缆是最独特的离岸风力发电场中电气组件。33千伏三相单核海底电缆高压WTTs两侧之间的连接。海底电缆的几何配置计算基于电力传输通过他们[16],和电缆计算参数表1中给出。

在海底电缆,护甲通常很厚。因此,它被认为在这项研究中,5毫米钢丝的装甲厚度和外绝缘厚度5毫米纳入三相单核海底电缆的设计。所以,整个中压单核海底电缆的外径65毫米。MV(33千伏)单核海底电缆使用频率依赖LCC模型建模[14]。这个模型代表了单核海底电缆参数对频率的依赖关系,所以这个模型更适合电磁暂态研究[14]。

海洋和陆地电缆使用三相克拉克模型建模[14],以避免数值错误由于高压电缆的长度。电缆尺寸的计算模型参数及其材料使用三相转置的分布式参数模型50赫兹。海、陆两尺寸和材料的高压电缆从[17]。表2给出了积极和零序电阻,感抗和容抗132千伏的陆地和海洋电缆,分别。

风电场变压器和近海风电场变压器建模使用动力变压器模型。行建模使用风力发电机变压器的三个阶段,两个绕组,动力模型。风电场变压器建模为三绕组变压器使用动力模型,它适用于中低频率瞬态研究(18、19)。表3给出了变压器建模所需数据。

d . DFIG-based风力发电机的建模

一个完整的风力涡轮机模型用于这个研究[20]。模型包括风速模型、风力发电机的空气动力学模型、传动系统的力学模型和模型的电子组件。异步发电机,PWM(脉冲宽度调制)电压源转换器,变压器,控制和监控系统的建模细节[20]。

图4说明了DFIG-based风力涡轮机模型ATP [20]。该模型用于DFIG-based风电场的准确模拟。另外,表4总结了DFIG用于参数化的数据。

三世。开关过电压缓解方法

——缓解方法

传统上,通过采用PIR位是有限的线路断路器。另一种方法来减少是断路器的同步切换。并联电抗器的安装还用于减轻位。此外,避雷器产品用于限制电力系统。ATP是用于建模的研究缓解方法。

Pre-Insertion电阻器(PIR):最后串联电阻插入电缆,通常被短路的在10毫秒,从而抑制操作过电压[21]。在目前的情况下,实际500Ω电阻,具有插入时间等于开关时间,安装。

同步断路器:通过同步开关控制器,可以控制通电和断电操作关于point-on-wave减轻有害的瞬变[22]。适合做即时控制切换的时间为每一个阶段的电压断路器接触是零和预测时间跨度关闭即时之间的第一个和最后一个极尽可能小[23]。雷竞技网页版在这项研究中,关闭顺序给出每一个阶段的电压穿越consecutives零。

并联电抗器:提出了并联电抗器抑制过电压和保持系统电压在允许范围内[24]。反应堆建模在很多研究中通过一个简单的集总电感串联电阻。平行电阻可以添加对现实的高频阻尼[25]。添加一个并联电抗器附近切换点。

电涌放电器:避雷器提供了地球的时间路径从系统中删除多余的电荷[26]。伏安特性信息的避雷器,避雷器的等效模型[27]。这个模型被用于这项研究。

B -结果和讨论

开关过电压,生成在风力发电机系统由于切换操作在通电过程中,评估。调查研究了位缓解由于通电行答:这是由关闭断路器的三个阶段行a平台的应用切换电压峰值通过关闭断路器的阶段,每个阶段的电压穿越consecutives 90 o。造成的电压波形转换研究了在高压侧(33.0 kV)和LV的一面(0.69 kV)风力发电机变压器的行无花果。4 - 7显示了最高位在高压侧和低压侧的第一个风力发电机变压器在使用和不使用PIR,断路器的控制开关,分别并联电抗器、或避雷器产品。

由于使用PIR,位在风力发电机变压器的高压侧行从1.526降低聚氨酯(29.08 kV)到1.108聚氨酯(21.1 kV),从1.576到1.1965 (pu (1.087 kV)聚氨酯在LV (0.826 kV),如图4所示。图5举例说明了位由于使用断路器的控制开关在风力发电机变压器的高压侧的行是减少从1.5266到0.9929 (pu (29.08 kV)聚氨酯(18.915 kV),从1.576到1.124 (pu (1.087 kV)聚氨酯(0.7758 kV)在LV的一面。

使用并联电抗器降低了位在风力发电机变压器的高压侧行从1.5266聚氨酯(29.08 kV)到1.305聚氨酯在LV端(24.859 kV),减少了从1.576到1.3047 (pu (1.087 kV)聚氨酯(0.9 kV),如图6所示。使用避雷器降低了位在风力发电机变压器的高压侧行从1.5266聚氨酯(29.08 kV)到1.422聚氨酯在LV端(27.087 kV),从1.576到1.126 (pu (1.087 kV)聚氨酯(0.777 kV),如图7所示。

可以看出PIR和断路器的控制开关存在一个公认的卓越性能。他们减少过电压可接受的值(价值约1.0 pu)。

四。结论

摘要通电开关过电压的缓解弱了风力发电并网。ATP中的DFIG-based风力涡轮机模型用于模拟的风电场。风力农场72年由风力涡轮机用于分析。pre-insertion电阻器,断路器的控制开关,并联电抗器,避雷器产品选为减轻开关过电压保护装置。

结果表明,开关过电压降低的PIR或控制开关断路器使用。并联电抗器和避雷器无法减轻开关过电压接受的水平。上级开关过电压在并网海上风电场鼓励作者更多调查对DFIG性能的影响。

表乍一看


表1	表2	表3	表4

数据乍一看


图1	图2	图3	图4

图5	图6	图7	图8

引用

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