海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施

杨大业; 宋瑞华; 项祖涛; 刘冬; 晁武杰; 阎越圣

doi:10.7500/AEPS20220126001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施
- Causes and Suppression Measures of Resonant Overvoltage in Offshore Wind Power AC Transmission System
- 电力系统自动化 2022年46卷第15期页码：171-177
- 作者机构：
  
  1.中国电力科学研究院有限公司，北京市 100192
  2.浙江省新能源投资集团股份有限公司，浙江省杭州市 310000
  3.国网福建省电力有限公司电力科学研究院，福建省福州市 350007
- 作者简介：
  
  杨大业(1984—)，男，通信作者，硕士，高级工程师，主要研究方向：新能源并网仿真、输变电工程电磁暂态。E-mail：yangdaye@epri.sgcc.com.cn
  宋瑞华(1972—)，男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统分析和电磁暂态仿真。E-mail：songrh@epri.sgcc.com.cn
  项祖涛(1976—)，男，博士，教授级高级工程师，主要研究方向：电力系统分析和电磁暂态仿真。E-mail：xzt@epri.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司科技项目(5100-202155305A-0-0-00)
- DOI：10.7500/AEPS20220126001
  中图分类号：
- 收稿日期：2022-01-26，
  
  修回日期：2022-03-29，
  
  网络出版日期：2022-05-26，
  
  纸质出版日期：2022-08-10
- 稿件说明：
移动端阅览
杨大业,宋瑞华,项祖涛等.海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施[J].电力系统自动化,2022,46(15):171-177.

YANG Daye,SONG Ruihua,XIANG Zutao,et al.Causes and Suppression Measures of Resonant Overvoltage in Offshore Wind Power AC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(15):171-177.
杨大业,宋瑞华,项祖涛等.海上风电交流送出系统谐振过电压产生原因及抑制措施[J].电力系统自动化,2022,46(15):171-177. DOI： 10.7500/AEPS20220126001.

YANG Daye,SONG Ruihua,XIANG Zutao,et al.Causes and Suppression Measures of Resonant Overvoltage in Offshore Wind Power AC Transmission System[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(15):171-177. DOI： 10.7500/AEPS20220126001.

摘要

电缆单位长度电容为同电压等级架空线路的20倍以上，越来越多的海上风电经交流电缆并网使得送出系统自然谐振频率降低，增大了系统谐振风险。针对某海上风电场并网过程中出现的谐振过电压现象，分析了故障录波数据。基于送出系统阻抗模型进行机理分析，并通过电磁暂态仿真验证了送出系统存在2倍频附近自然谐振频率为风电场合空载变压器、合空载线路操作引发谐振过电压的根本原因。结合工程实际，提出改变送出系统运行方式、优化静止无功发生器控制保护系统和增加接入负荷量的联合抑制措施。最后，通过仿真及现场试验验证了所提措施的有效性。

Abstract

The capacitance per unit length of a cable is 20 times more than that of an overhead line at the same voltage level

and more and more offshore wind power is connected to the grid through AC cable

which reduces the natural resonant frequency of the transmission system and increases the resonant risk of the system. Aiming at the resonant overvoltage phenomenon in the process of grid connection of an offshore wind farm

the fault recording data are analyzed. Based on the impedance model of the transmission system

the mechanism is analyzed

and through the electromagnetic transient simulation

it is verified that the natural resonant frequency near the double frequency of the transmission system is the fundamental reason for the resonant overvoltage caused by the closing operation of no-load transformer and no-load line in the wind farm. Combined with the engineering practice

the joint suppression measures of changing the operation mode of the transmission system

optimizing the control and protection system of the static var generator and increasing the access load are proposed. Finally

the effectiveness of the proposed measures is verified by simulation and field tests.

关键词

Keywords

references

徐政，金砚秋，李斯迅，等 . 海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 21 ）： 85 - 91 .

XU Zheng ， JIN Yanqiu ， LI Sixun ， et al . Mechanism analysis and mitigation of harmonic resonance amplification caused by AC integration of offshore wind farm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 21 ）： 85 - 91 .

周佩朋，项祖涛，杜宁，等 . 西北750 kV电网合空变导致青藏直流闭锁故障分析［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 10 ）： 129 - 133 .

ZHOU Peipeng ， XIANG Zutao ， DU Ning ， et al . Analysis on blocking of Qinghai-Tibet DC system caused by transformer energizing in northwest China 750 kV grid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 10 ）： 129 - 133 .

POVH D ， SCHULTZ W . Analysis of overvoltages caused by transformer magnetizing inrush current ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1978 ， PAS- 97 （ 4 ）： 1355 - 1365 .

程改红，徐政 . 电力系统故障恢复初期的谐波过电压问题［J］. 电网技术， 2005 ， 29 （ 10 ）： 14 - 19 .

CHENG Gaihong ， XU Zheng . Analysis and control of harmonic overvoltages during early stages of power system restoration ［J］. Power System Technology ， 2005 ， 29 （ 10 ）： 14 - 19 .

CHO S D ， MORK B A ， MUSTAPHI K K . Transient and harmonic overvoltages related to transformer and transmission line interaction during black start energization ［J］. IFAC Proceedings Volumes ， 2003 ， 36 （ 20 ）： 513 - 518 .

BOURGAULT O ， MORIN G . Analysis of a harmonic overvoltage due to transformer saturation following load shedding on Hydro-Quebec-NYPA 765 kV interconnection ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 1990 ， 5 （ 1 ）： 397 - 405 .

BOOTH W ， WASILOWSKI R ， NIEBUHR W ， et al . Dropping and fault clearing transformer-terminated EHV lines ［J］. IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems ， 1981 ， 100 （ 2 ）： 729 - 736 ．

CANAL T ， ZGAINSKI F X ， RENOUARD V L ， et al . Determination of the saturation curve of power transformers by processing transient ［J］. Electric Power Systems Research ， 2021 ， 195 ： 107153 ．

OHNO T ， BAK C L ， AKIHIRO A ， et al . Derivation of theoretical formulas of the frequency component contained in the overvoltage related to long EHV cables ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 866 - 876 .

LENNERHAG O ， ROGERSTEN R ， RÅSTRÖM S . A parallel resonance investigation in stockholm's future cablified transmission grid： a prospective study on transformer energization ［C］// 2020 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition （T&D）， October 12-15 ， 2020 ， Chicago， USA ： 1 - 5 .

LENNERHAG O ， BOLLEN M H J . Impact of uncertainties on resonant overvoltages following transformer energization ［J］. Electric Power Systems Research ， 2020 ， 187 ： 106503 .

张星海，甄威，马御棠，等 . 换流站中500 kV站用变铁磁谐振过电压的研究［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 3 ）： 56 - 62 .

ZHANG Xinghai ， ZHEN Wei ， MA Yutang ， et al . Research on ferroresonance overvoltage occurred in 500 kV transformer for power supply of converter station ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 3 ）： 56 - 62 .

DE MATTOS L M N ， MENDES A M P ， TAVARES M C ， et al . Enhanced analysis of oscillatory undamped overvoltages in transformer energization ［J］. Electric Power Systems Research ， 2016 ， 138 ： 72 - 77 .

LENNERHAG O ， LUNDQUIST J ， BOLLEN M H J . Temporary detuning of cablified transmission grids for mitigation of resonant overvoltages ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2022 ， 37 （ 2 ）： 1050 - 1057 .

曹斌，张鹏，陈波，等 . 基于PSCAD的500 kV自耦变压器铁磁谐振过电压仿真［J］. 高压电器， 2015 ， 51 （ 12 ）： 155 - 161 .

CAO Bin ， ZHANG Peng ， CHEN Bo ， et al . Simulation of ferroresonance overvoltage caused by commissioning 500 kV auto-transformer based on the PSCAD ［J］. High Voltage Apparatus ， 2015 ， 51 （ 12 ）： 155 - 161 .

李振强，谷定燮，戴敏 . 特高压空载变压器谐振过电压和励磁涌流分析及抑制方法［J］. 高电压技术， 2012 ， 38 （ 2 ）： 387 - 392 .

LI Zhenqiang ， GU Dingxie ， DAI Min . Analysis and suppression method of no-load ultra high voltage transformer resonance overvoltage and inrush current ［J］. High Voltage Engineering ， 2012 ， 38 （ 2 ）： 387 - 392 .

林集明，王晓刚，班连庚，等 . 特高压空载变压器的合闸谐振过电压［J］. 电网技术， 2007 ， 31 （ 2 ）： 5 - 10 .

LIN Jiming ， WANG Xiaogang ， BAN Liangeng ， et al . Resonance overvoltage caused by energizing no-load transformers in 1 000 kV AC transmission system ［J］. Power System Technology ， 2007 ， 31 （ 2 ）： 5 - 10 .

FOUAD A ， ELSHAHED M ， SAYED M ， et al . Harmonic resonance overvoltage due to main transformer energization in large wind farms， Zafarana， Egypt ［J］. Ain Shams Engineering Journal ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 731 - 743 .

ATEFI M A ， SANAYE-PASAND M ， BAHARI S . Preventing transformer energizing resonant overvoltages using surge arrester temperature rise index and controlled closing method ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2013 ， 28 （ 2 ）： 998 - 1006 .

班连庚，郑彬，周佩朋，等 . 特高压交流变压器选相合闸技术研究及工程应用［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 4 ）： 1226 - 1233 .

BAN Liangeng ， ZHENG Bin ， ZHOU Peipeng ， et al . Research and engineering application of phase selection closing technology for UHV AC transformers ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 4 ）： 1226 - 1233 .

董国震，和敬涵 . 电力系统局部电路谐波谐振产生原因分析及对策［J］. 继电器， 2007 ， 35 （ 1 ）： 77 - 80 .

DONG Guozhen ， HE Jinghan . Causal analysis and countermeasure on harmonic resonance in local circuit of electric power systems ［J］. Relay ， 2007 ， 35 （ 1 ）： 77 - 80 .

LETERME W ， HEYLEN E ， VAN HERTEM D . On the use of the frequency domain in assessing resonant overvoltages during transformer energization ［J］. Electric Power Systems Research ， 2021 ， 196 ： 107164 .

王育学，曹文斌，黄明辉，等 . 变压器零模涌流解析分析及其等值电路［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3960 - 3968 .

WANG Yuxue ， CAO Wenbin ， HUANG Minghui ， et al . Mathematical analysis for zero-mode inrush current of transformer and its equivalent circuit ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 3960 - 3968 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据