CN105044486A - 用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型，包括光伏发电单元、光伏电站变压器单元、电抗器单元、电容器单元、开关单元、输电线路单元和短路发生单元；开关单元和电抗器单元依次连接于光伏发电单元和光伏电站变压器单元之间，电容器单元连接于开关单元和电抗器单元之间后接地；短路发生单元与开关单元相连。与现有技术相比，本发明提供的一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型，结合开关切断感性负荷时截流值，并考虑低电压穿越主回路的拓扑、主回路的杂散电容，完成低电压穿越测试系统的过电压计算模型设计，从而通过仿真工具，实现过电压幅值计算，并为低电压穿越测试系统的绝缘设计提供参考。

Description

用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型

技术领域

本发明涉及新能源发电并网检测领域，具体涉及一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型。

背景技术

新能源发电技术已在世界范围内迅猛发展，大量的并网运行新能源电站纷纷建立。为了保证新能源电站的并网接入不对电网造成大的影响以及电网的运行状态变化不影响新能源电站的设备安全，各国纷纷制定了新能源电站并网接入的标准和并网检测标准，只有通过相关机构的并网检测，并获取了并网资质后，新能源电站才能接入电网运行。对新能源电站低压穿越检测即是其中一项，新能源电站低压穿越是指当电力系统事故或扰动引起新能源发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，新能源发电站能够保证不脱网连续运行。

目前电力行业标准推荐的低压穿越检测装置宜用无源电抗器模拟电网电压跌落的发生。模拟电网电压跌落涉及到跌落时间、跌落深度和跌落方式三个控制参数。跌落时间是指模拟电网电压跌落的持续时间。跌落深度是指电网电压跌落的程度，范围可在0％～90％电网额定电压范围内变化，跌落深度的调节一般通过分接开关调节电抗器的分接头，改变电抗器的感抗值实现不同比例的电抗器分压。跌落方式是指模拟短路的类别，包括三相短路、两相短路和单相接地，跌落方式的调整通过分合开关设备实现。

由于低电压穿越检测装置在进行模拟电网故障过程中，尤其在切除时，开关会产生较大的操作过电压，对35kV系统电抗器绝缘具有较强的冲击，甚至出现电抗器匝间绝缘击穿事故。传统的解决方法有：1)加强电抗器的绝缘水平，但该方法产生较大的原材料成本，并且电抗器体积及重量也会随之增加，在施工、安装过程中也产生一定的负面影响。2)加装避雷器，避雷器可以在一定程度上抑制开关操作过电压的幅值，但开关的截流过电压、重燃过电压等电压波头较陡，通过金属氧化物避雷器对高频过电压的限制也是有限的，其对电抗器的匝间绝缘水平带来的一定的影响。

无论哪种方法，均需首先计算出低电压穿越检测系统产生的过电压幅值，方可针对该幅值进行电抗器的绝缘设计及避雷器选型，因此，需要提供一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型。

本发明的技术方案为：

所述模型包括光伏发电单元、光伏电站变压器单元、电抗器单元、电容器单元、开关单元、输电线路单元和短路发生单元；所述电抗单元包括第一电抗器和第二电抗器；所述开关单元包括出口开关、入口开关和电抗器开关；

所述开关单元和电抗器单元依次连接于光伏发电单元和光伏电站变压器单元之间，所述电容器单元连接于开关单元和电抗器单元之间后接地；

所述短路发生单元与开关单元相连。

优选的，所述出口开关与所述光伏发电单元的输出端连接，所述入口开关与所述光伏电站变压器单元的输入端连接；

优选的，所述第一电抗器串联接入所述出口开关和入口开关之间；所述第二电抗器的一端连接于所述出口开关与第一电抗器之间，另一端通过所述电抗器开关接入所述短路发生单元；

优选的，所述电容器单元包括第一电容器和第二电容器；所述第一电容器的一端连接于所述出口开关与第一电抗器之间，另一端接地；所述第二电容器的一端连接于所述第二电抗器与电抗器开关之间，另一端接地；

优选的，所述第一电容器的电容值

C₁＝C_DL+C_DK1+C_DK2，所述第二电容器的电容值C₂＝C_DL+C_DK2；

其中，所述C_DL为光伏发电单元与光伏电站变压器单元之间输电线路单元的对地电容，C_DK1为第一电抗器的对地电容，C_DK2为第二电抗器的对地电容；

优选的，所述模型还包括低电压穿越测试端子和低电压穿越短路端子；

所述低电压穿越测试端子接入所述出口开关和所述第二电抗器之间的输电线路中，所述低电压穿越短路端子接入第二电抗器和所述电抗器开关之间。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

本发明提供的一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型，结合开关切断感性负荷时截流值，并考虑低电压穿越主回路的拓扑、主回路的杂散电容，完成低电压穿越测试系统的过电压计算模型设计，从而通过仿真工具，实现过电压幅值计算，并为低电压穿越测试系统的绝缘设计提供参考。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型示意图；

图2：本发明实施例中跌落点相电压波形图；

图3：本发明实施例中跌落点线电压波形图；

图4：本发明实施例中故障点相电压波形图；

图5：本发明实施例中故障点线电压波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型，结合开关切断感性负荷时截流值，并考虑低电压穿越主回路的拓扑、主回路的杂散电容，完成低电压穿越测试系统的过电压计算模型设计，从而通过仿真工具，实现过电压幅值计算，并为低电压穿越测试系统的绝缘设计提供参考。

低电压测试系统中测试点对地电容和短路点对地电容对短路处的截流过电压会产生较大影响，而测试点对地电容和短路点对地电容式一次电缆、电抗器等设备与其周围地电位产生的电容效应，易被忽略。因此，如图1所示，本发明实施例中通过增加对地杂散电容元件模型，避免在常规分析过程中对杂散电容的忽略，从而能够有效分析新能源电站低电压穿越测试系统的过电压情况，其具体结构为：

本实施例中过电压计算模型包括光伏发电单元、光伏电站变压器单元、电抗器单元、电容器单元、开关单元、输电线路单元和短路发生单元。其中，

1、电抗单元包括第一电抗器和第二电抗器；开关单元包括出口开关、入口开关和电抗器开关；电容器单元包括第一电容器和第二电容器。

2、开关单元和电抗器单元依次连接于光伏发电单元和光伏电站变压器单元之间，电容器单元连接于开关单元和电抗器单元之间后接地；短路发生单元与开关单元相连。

(1)开关单元

出口开关与光伏发电单元的输出端连接；

入口开关与光伏电站变压器单元的输入端连接。

(2)电抗器单元

第一电抗器串联接入出口开关和入口开关之间；

第二电抗器的一端连接于出口开关与第一电抗器之间，另一端通过电抗器开关接入短路发生单元。

(3)电容器单元

第一电容器的一端连接于出口开关与第一电抗器之间，另一端接地；

第二电容器的一端连接于第二电抗器与电抗器开关之间，另一端接地。

第一电容器的电容值C₁＝C_DL+C_DK1+C_DK2，第二电容器的电容值C₂＝C_DL+C_DK2；

其中，C_DL为光伏发电单元与光伏电站变压器单元之间输电线路单元的对地电容，C_DK1为第一电抗器的对地电容，C_DK2为第二电抗器的对地电容。

(4)短路发生单元，用于模拟各种新能源电站的不同短路方式。

(5)输电线路单元，用于模拟电缆等输电线路。

3、本实施例中过电压计算模型还包括低电压穿越测试端子和低电压穿越短路端子；

低电压穿越测试端子接入出口开关和第二电抗器之间的输电线路中；

低电压穿越短路端子接入第二电抗器和所述电抗器开关之间。

本发明以35kV电压等级阻抗式低电压穿越检测系统为例，构建如图1所示的过电压计算模型并对其过电压计算方法进行说明。

1、本实施例中过电压计算模型的各项参数为：

①：第一电抗器的电抗值L₁＝0.2H，对地电容值C_DK1＝0.1μF；第二电抗器的电抗值L₁＝0.5H，对地电容值C_DK2＝0.1μF；

②：电抗器开关采用35kV断路器，其截流值为10A；

③：输电线路单元包括一根长度为l＝50m的电缆和一根长度为l＝30m的电缆，上述电流采用乙丙橡胶绝缘电缆，电缆对地电容值C_DL＝0.17μF×l×10^-3。

依据上述参数计算第一电容器的对地电容值C₁＝0.151μF，第二电容器的电容值C₂＝0.0285μF。

2、在PSCAD中构建过电压计算模型，将上述参数代入该过电压计算模型，其过电压仿真计算结果如图2-5所示。

从仿真结果可以看出，该过电压计算模型计算得出的暂态幅值短路点线电压最大值为168.8kV，相电压最大值为81.5kV，通过上述电压值可以对低电压穿越检测系统电抗器绝缘设计、避雷器设计、检测系统外绝缘设计提供重要参考。例如电抗器的雷电试验要求为180kV，而仿真结果168.8kV已经很接近该值，如要保障电抗器安全，必须提高电抗器的绝缘水平超出标准一定范围，或者再系统中增加一次电容，从而降低过电压。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种用于新能源电站低电压穿越测试系统的过电压计算模型，其特征在于，所述模型包括光伏发电单元、光伏电站变压器单元、电抗器单元、电容器单元、开关单元、输电线路单元和短路发生单元；所述电抗单元包括第一电抗器和第二电抗器；所述开关单元包括出口开关、入口开关和电抗器开关；

所述开关单元和电抗器单元依次连接于光伏发电单元和光伏电站变压器单元之间，所述电容器单元连接于开关单元和电抗器单元之间后接地；

所述短路发生单元与开关单元相连。

2.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述出口开关与所述光伏发电单元的输出端连接，所述入口开关与所述光伏电站变压器单元的输入端连接。

3.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述第一电抗器串联接入所述出口开关和入口开关之间；所述第二电抗器的一端连接于所述出口开关与第一电抗器之间，另一端通过所述电抗器开关接入所述短路发生单元。

4.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述电容器单元包括第一电容器和第二电容器；所述第一电容器的一端连接于所述出口开关与第一电抗器之间，另一端接地；所述第二电容器的一端连接于所述第二电抗器与电抗器开关之间，另一端接地。

5.如权利要求4所述的模型，其特征在于，所述第一电容器的电容值

C₁＝C_DL+C_DK1+C_DK2，所述第二电容器的电容值C₂＝C_DL+C_DK2；

其中，所述C_DL为光伏发电单元与光伏电站变压器单元之间输电线路单元的对地电容，C_DK1为第一电抗器的对地电容，C_DK2为第二电抗器的对地电容。

6.如权利要求1所述的模型，其特征在于，所述模型还包括低电压穿越测试端子和低电压穿越短路端子；

所述低电压穿越测试端子接入所述出口开关和所述第二电抗器之间的输电线路中，所述低电压穿越短路端子接入第二电抗器和所述电抗器开关之间。