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海上风电场送出混合线路工频过电压和无功补偿研究

来源:爱博网站ApP 作者:lovebet爱博网页版登录 发表时间:2022-09-10 浏览:

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  海上风电场接入电力系统主要有交流输电和直流输电两种基本方式,其中直流输送方式又分为两类:一类是传统的基于晶闸管换流器(PCC)的直流输电技术;另一类是近些年发展起来的基于电压源变频器(VSC)的轻型直流输电技术。交流输电系统结构相对简单,成本较低,应用较早,技术比较成熟,可靠性较高,是现阶段海上风电场主要采用的输电方式。

  本文所研究的海上风电场采用交流输电方式接入电网,主要包括风力发电机组(含机端变压器)、站内汇集线路、海上升压站、送出海缆和架空混合线路,其中站内汇集线 k V电压等级,海上升压站包括升压主变压器和无功补偿装置等设备。图1为采用交流并网方式的典型海上风电场输电系统示意图。

  本文的主要研究对象为海上风电场送出海缆及架空混合线路,因此,从电磁场角度建立海缆的准确模型是进行仿真分析的必要前提。

  海底电缆的电气参数取决于海缆所用的材料和几何尺寸,所以可据此计算得到海缆电气参数。海缆的电气参数主要有导电线芯电阻、绝缘电阻、电感和电容,以及正序阻抗和零序阻抗等,海缆的等效电路如图2所示。其中,R0为单位长度的等效电阻,单位为Ω/km,X0为单位长度的等效电感,单位为m H/km;G0为单位长度漏电导,单位为S/km;C0为单位长度的电容,单位为μF/km。在本文的研究中,考虑到海缆的漏电导很小,不考虑海缆的漏电导。

  与常规电缆相比,海缆不仅要求具备防水、耐腐蚀、抗机械牵拉及外力碰撞等特殊性能,还要求较高的电气绝缘性能和很高的安全可靠性。根据结构不同海缆可分为三芯和单芯电缆,目前电缆厂家提供的典型海缆结构如图3所示。

  以单芯海缆为例,可简化为图4所示的海缆参数模拟原理图。单芯电缆的电气参数是按同轴回路方程的形式推导而得,其中回路1由芯导线C与返回电路金属外皮S构成,回路2由金属外皮S与返回电路金属铠装A构成,回路3由金属铠装A和海水SE构成。上述三个回路的串联阻抗可用式(1)三个耦合方程来描述,其中V和I为相应回路电压、电流。

  式(2)和(3)以芯线、外皮和铠装电压电流作为端部条件,其中,Vcore、Vsheath、Vcrmour分别为芯线、外皮和铠装的对地电压。将式(2)、式(3)应用到式(1),则可得到:

  对图4中电流沿海缆的变化而言,各回路方程彼此是无关的,如公式(5)所示。根据式(1)~公式(5)即可计算得到海缆的电气参数。EMTP/EMTPE软件为用户提供了电缆支撑程序,通过特殊申请字“CABLE CONSTANTS”,便可以计算不同结构电缆的电阻、电感和电容矩阵。

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