風電機組雷電過電壓防護研究

【摘要】：風電是一種清潔的可再生能源,開發(fā)利用風能資源是調整能源結構,實施能源可持續(xù)發(fā)展的有效手段。我國風能資源豐富,可開發(fā)利用的潛力巨大?，F(xiàn)在我國風機裝機總量躍居世界第一位,成為世界第一風電國。隨著風力發(fā)電技術的發(fā)展,風機容量不斷擴大,葉尖高度不斷增長,導致風機機組易遭受雷擊事故。風機槳葉因其形狀結構是風機上最易遭受雷擊的部分,當槳葉尖端遭遇雷擊后,雷電流沿槳葉注入葉尖根部,經(jīng)過機艙向塔體傳播,最終通過接地裝置散入大地。當雷電流流經(jīng)塔體時,它會在塔體內(nèi)部電纜和與電力電子設備上產(chǎn)生過電壓,損害設備的正常運行。當雷電流流經(jīng)接地裝置時,接地裝置自身電阻的存在會造成地電位的抬高,有可能對其它設備造成反擊損害。風場是由多臺風力發(fā)電機組并聯(lián)而成的,當風機遭遇雷擊后,不僅損害該臺機組自身,還會威脅風場內(nèi)其它并聯(lián)機組安全運行。因此,本文旨在計算風電機組的雷電暫態(tài)過電壓,并分析各種因素對過電壓的影響,為風電機組的安全經(jīng)濟的防雷設計提供了參考依據(jù)。本文建立了多臺風力發(fā)電機組并聯(lián)的機組整體電氣模型。每臺機組分別建立了其槳葉模型,機艙模型,塔體模型,接地裝置模型,塔體內(nèi)部電力電纜模型,機組變壓器模型,避雷器模型。風機電氣模型將實際的風機轉化為由許多電容,電感,電阻組成的網(wǎng)絡。當雷電流源注入網(wǎng)絡后,通過求解電路暫態(tài)響應可以計算網(wǎng)絡中各節(jié)點的雷電過電壓大小。論文重點介紹了風機塔體模型電氣參數(shù)計算,對比現(xiàn)有的不同模型之間的優(yōu)劣。設計并搭建了縮小比例風機塔體模型,在實驗室對雷擊風機塔體過程進行了模擬,通過實驗結果對比了不同塔體模型之間計算結果的準確性,驗證所用模型的正確性。課題還討論了不同接地方式,接地電阻大小,加入避雷器前后對雷電暫態(tài)過電壓大小及分布的影響。根據(jù)課題的研究結果可以為線路和機組變壓器的接地方式及避雷器選擇提供參考,并檢驗工程設計的合理性,從而保證風電機組運行的安全,同時節(jié)約成本,達到優(yōu)化設計的目的。 【關鍵詞】：雷擊 風電機組建模 模型對比 雷電暫態(tài)過電壓 模擬實驗 雷電過電壓防護
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315;TM862
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1. 研究背景及意義11-13
• 1.2. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3. 論文的主要研究工作14-17
• 第二章 風力發(fā)電機組雷電暫態(tài)模型17-45
• 2.1 雷電流模型17-20
• 2.2 機組槳葉模型20
• 2.3 機艙模型20-21
• 2.4 塔體模型21-33
• 2.4.1 單一波阻抗模型22
• 2.4.2 分段導體模型22-24
• 2.4.3 離散多導體模型24-28
• 2.4.4 縮小比例模型實驗28-31
• 2.4.5 實驗結果與分析31-33
• 2.5 接地裝置模型33-37
• 2.6 三相電纜模型37-38
• 2.7 變壓器模型38-40
• 2.8 避雷器模型40-44
• 2.9 本章總結44-45
• 第三章 風力發(fā)電機組雷電暫態(tài)響應分析45-55
• 3.1 槳葉雷電暫態(tài)響應45-46
• 3.2 機艙雷電暫態(tài)響應46-47
• 3.3 塔體雷電暫態(tài)響應47-49
• 3.4 電纜屏蔽層與芯線雷電暫態(tài)響應49-51
• 3.5 機組變壓器雷電暫態(tài)響應51-52
• 3.6 并聯(lián)機組雷電暫態(tài)響應52-53
• 3.7 本章總結53-55
• 第四章 風力發(fā)電機組雷電防護研究55-73
• 4.1 接地方式的影響55-65
• 4.1.1 獨立接地55-59
• 4.1.2 公共接地59-65
• 4.2 降低接地電阻的措施65-67
• 4.2.1 接地點的選擇65-66
• 4.2.2 降低接地電阻的技術措施66-67
• 4.3 避雷器對雷電電涌的防護作用67-70
• 4.3.1 雷擊槳葉時電涌防護67-69
• 4.3.2 來自機組變壓器高壓側過電壓防護69-70
• 4.4 本章總結70-73
• 第五章 總結73-75
• 參考文獻75-79
• 作者簡歷及攻讀碩士取得的研究成果79-83
• 學位論文數(shù)據(jù)集83

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