Оценка эффективности мер по подавлению переходных перенапряжений в различных топологиях ветроэлектростанций с использованием элегазового выключателя

Том 13 научных докладов, номер статьи: 13655 (2023) Цитировать эту статью

282 доступа

Подробности о метриках

В литературе для подавления коммутационных перенапряжений на ветряных электростанциях использовались различные схемы снижения перенапряжения. Однако оценка того, как эффективность этих методов смягчения последствий будет меняться при изменении топологии ветряной электростанции, все еще остается неисследованной территорией. Основная цель данной статьи — изучить эффективность четырех схем снижения риска при использовании элегазового выключателя, а именно: Интеллектуальный дроссель R–L, снабберная схема R–C, импульсный конденсатор и предвставной резистор (PIR) были изучены в четырех различных топологиях ветряных электростанций; радиальная, односторонняя кольцевая, двусторонняя кольцевая и звездообразная топологии. Топологии были основаны на реальной ветряной электростанции, расположенной в Заафране, Египет. Результаты показали, что дроссель R–L является наиболее эффективной схемой для всех топологий, за которыми следуют схемы PIR, демпфирующего R–C и схемы с конденсатором перенапряжения соответственно. Их процент снижения перенапряжения колебался от 62 до 84% для дросселя R–L, 33–67% для PIR, 8–25% для снабберных цепей R–C и 4–15% для конденсаторов перенапряжения. Кроме того, было показано, что изменение топологии ветряной электростанции не повлияло на порядок эффективности схем смягчения последствий, так что R – L оставался наиболее эффективным, а сетевой конденсатор - наименее эффективным для всех топологий.

Двусторонняя проблема, возникающая из-за огромных масштабов энергетического рынка из-за растущего спроса на электроэнергию в дополнение к уменьшению предложения резервного ископаемого топлива, привела к быстрой зависимости от возобновляемых источников энергии. Одним из основных источников, который используется во всем мире, является энергия ветра, что приводит к чрезмерному исследованию производительности и защиты ветряных электростанций. Однако структура ветряных электростанций отличается от обычных электростанций тем, что в них используется огромное количество силовых трансформаторов, подземные кабели, протянувшиеся на большие расстояния, и алгоритмы управления, требующие частых операций переключения1. Как правило, ветряные электростанции состоят из нескольких электрических и механических элементов, таких как ветряные башни, турбины, подземные кабели, трансформаторы и защитные устройства. Связи между этими элементами могут быть построены в различных топологиях, среди которых четыре основные широко известные топологии, а именно: топологиями являются радиальная топология, топология одностороннего кольца (SSR), топология двустороннего кольца (DSR) и топология звезды2.

Частое переключение вызывает переходное перенапряжение, разрушительное воздействие которого усиливается наличием силовых трансформаторов и кабелей среднего напряжения, образующих резонансную цепь RLC3. Этот разрушительный эффект привел к нарушениям изоляции ветряных электростанций4. Последующие потери из-за этих сбоев побудили исследователей изучить влияние переходных перенапряжений на ветряных электростанциях5,6,7. Основные сведения из литературы, посвященной изучению воздействия перенапряжений на ветряных электростанциях и мерам подавления, применяемым для смягчения перенапряжений, обобщены в Таблице 1. Основное внимание в исследовании было уделено недавним работам за последние пять лет. По этой причине в таблице просматривается большинство статей за период с 2019 по 2023 год, в общей сложности 18 публикаций за последние пять лет и 3 публикации за предыдущие годы.

В таблице показаны различные темы, изучаемые в литературе в отношении анализа переходных процессов на ветряных электростанциях. Однако влияние выбора наиболее подходящего метода подавления на топологию ветряной электростанции ранее не исследовалось. Такая тема очень важна, поскольку степень тяжести коммутационных перенапряжений (SOV) зависит главным образом от топологии ветряной электростанции3,19,20. Таким образом, основная проблема, которую призвана решить данная статья, — это исследование наиболее подходящей меры подавления для каждой топологии ветряной электростанции. Таким образом, вклад этой статьи будет заключаться в следующем:

Изучение и исследование влияния различных топологий ветряных электростанций (радиальная, DSR, SSR и звезда) на переходный SOV. Такое сравнение редко освещалось в литературе, и лишь немногие публикации освещали только этот вопрос, например, ссылка 3.