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远海岸风电柔性直流电缆故障保护与定位研究

远海岸风电柔性直流电缆故障保护与定位研究

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作者：曹玉石华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

国家“碳达峰,碳中和”政策的提出,将会大力发展新能源发电技术,随着远海岸风电场的建立,远海岸风电场接入陆地大电网的输送通道必然会选择为海底电缆,虽然海底电缆出现故障几率较架空线路要低很多,可一旦出现故障,故障线路的故障点定... 详细信息

国家“碳达峰,碳中和”政策的提出,将会大力发展新能源发电技术,随着远海岸风电场的建立,远海岸风电场接入陆地大电网的输送通道必然会选择为海底电缆,虽然海底电缆出现故障几率较架空线路要低很多,可一旦出现故障,故障线路的故障点定位与巡线检修工作更为困难;为保证海底电缆线路发生故障时,能快速识别故障类型,精准确定故障点位置,减少巡线检修工作,快速、可靠、灵敏度高的保护方案和电缆线路测距精准度高的测距方法是关键。因此,本文针对海上风电场柔性直流电缆线路发生故障时的故障保护方法以及故障测距方法进行研究。针对如东海上风电场柔性直流电缆送出系统,首先在PSCAD中建立海上风电场柔性直流送出系统;依据线路故障特征建立MMC换流器行波等值模型;基于Matlab的有理函数拟合确定线路模量参数,建立电缆线路行波等值模型;利用复小波Morlet提取故障行波波头信息。以海上风电场柔性直流电缆线路模型为仿真基础,本文基于故障初始行波的相位信息提出了一种适用于直流电缆线路的故障保护方案。首先依据故障行波等值模型推导出故障初始行波电压的复域表达式,分析区内外故障电压行波的相频曲线和电缆线路相位特性;其次,通过研究故障模量行波的暂态特征分别建立保护的启动判据、选极判据和区内外识别判据,且将线模行波和地模行波都作为启动判据建立直流电缆保护方案;最后,基于PSCAD/EMTDC的仿真模型,验证了直流电缆行波相位保护方案的可靠性和耐受过阻能力。本文利用行波相位与距离的关系进行直流电缆故障测距。首先,分析故障行波的相位特性和线路幅值衰减程度,确定行波分析频率;其次,基于行波等值模型,比较线路传播函数相位常数计算结果与PSCAD/EMTDC模型中相位延迟,验证了相位常数计算结果的正确性;以行波相位与距离的关系取代传统波速时间关系建立故障测距方法,建立利用一端两种行波频率的差频行波单端相位法,建立利用双端同一频率行波的双端相位测距法,考虑两种方法的精准测距存在一定死区,结合两种方法建立一个测距方案;最后,基于PSCAD/EMTDC模型,验证所提故障测距方法能够实现精准测距,分别研究故障过渡电阻、同步误差和采样频率对测距误差的影响。

关键词：海上风电柔直送出直流电缆故障保护故障测距 Morlet复小波

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