Bewertung der Wirksamkeit von Maßnahmen zur Unterdrückung transienter Überspannungen in verschiedenen Windparktopologien unter Verwendung von SF6-Leistungsschaltern

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 13655 (2023) Diesen Artikel zitieren

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In der Literatur werden verschiedene Systeme zur Überspannungsminderung zur Unterdrückung von Schaltüberspannungen in Windparks verwendet. Die Bewertung, wie sich die Wirksamkeit dieser Schadensbegrenzungstechniken mit der Änderung der Windparktopologie ändern würde, ist jedoch noch unerforschtes Gebiet. Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, die Wirksamkeit von vier Schadensbegrenzungsmaßnahmen bei der Verwendung von SF6-Leistungsschaltern zu untersuchen: Die intelligente R-L-Drossel, die R-C-Dämpfungsschaltung, der Überspannungskondensator und der Voreinfügungswiderstand (PIR) wurden in vier verschiedenen Windparktopologien untersucht. radiale, einseitige Ring-, doppelseitige Ring- und Sterntopologien. Die Topologien basierten auf einem realen Windpark in Zaafrana, Ägypten. Die Ergebnisse zeigten, dass die R-L-Drossel das effektivste Schema für alle Topologien ist, gefolgt von PIR-, R-C-Snubber- und Stoßkondensator-Schemata. Ihr Prozentsatz der Überspannungsreduzierung lag zwischen 62 und 84 % für R-L-Drosseln, 33–67 % für PIR, 8–25 % für R-C-Überspannungsschutzschaltungen und 4–15 % für Überspannungskondensatoren. Außerdem wurde gezeigt, dass die Änderung der Windparktopologie keinen Einfluss auf die Reihenfolge der Wirksamkeit der Schadensbegrenzungsmaßnahmen hatte, sodass R–L für alle Topologien am effektivsten und der Überspannungskondensator am wenigsten effektiv blieb.

Das zweiseitige Problem, das sich aus der enormen Größe des Energiemarktes aufgrund der steigenden Nachfrage nach elektrischer Energie und dem abnehmenden Angebot an fossilen Reservebrennstoffen ergibt, hat zu einer beschleunigten Abhängigkeit von erneuerbaren Energiequellen geführt. Eine der Hauptquellen, die weltweit genutzt werden, ist die Windenergie, was zu übermäßigen Untersuchungen der Leistung und des Schutzes von Windparks führt. Die Struktur von Windparks unterscheidet sich jedoch von herkömmlichen Kraftwerken durch den Einsatz einer großen Anzahl von Leistungstransformatoren, Erdkabeln, die sich über große Entfernungen erstrecken, und Steuerungsalgorithmen, die häufige Schaltvorgänge erfordern1. Im Allgemeinen bestehen Windparks aus mehreren elektrischen und mechanischen Elementen wie Windtürmen, Turbinen, Erdkabeln, Transformatoren und Schutzvorrichtungen. Die Verbindungen zwischen diesen Elementen könnten in verschiedenen Topologien mit vier weithin bekannten Haupttopologien aufgebaut werden, nämlich: Zu den Topologien gehören die Radialtopologie, die Single-Sided-Ring-Topologie (SSR), die Double-Sided-Ring-Topologie (DSR) und die Sterntopologie2.

Das häufige Schalten induziert eine transiente Überspannung, deren zerstörerische Wirkung durch das Vorhandensein von Leistungstransformatoren und Mittelspannungskabeln verstärkt wird, die einen resonanten RLC-Kreis bilden3. Diese zerstörerische Wirkung hat zu Isolationsfehlern in Windparks geführt4. Die daraus resultierenden Verluste aufgrund dieser Ausfälle haben Forscher dazu veranlasst, die Auswirkungen transienter Überspannungen in Windparks zu untersuchen5,6,7. Die Highlights der Literatur zur Untersuchung der Auswirkungen von Überspannungen in Windparks und der zur Minderung der Überspannungen eingesetzten Unterdrückungsmaßnahmen sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Der Schwerpunkt der Umfrage lag auf aktuellen Veröffentlichungen der letzten fünf Jahre. Aus diesem Grund werden in der Tabelle die meisten Arbeiten aus den Jahren 2019 bis 2023 erfasst, mit insgesamt 18 Veröffentlichungen in den letzten fünf Jahren und 3 Veröffentlichungen in früheren Jahren.

Die Tabelle zeigt die vielfältigen Themen, die in der Literatur im Hinblick auf die Transientenanalyse in Windparks untersucht werden. Die Auswirkungen der Auswahl der am besten geeigneten Unterdrückungstechnik im Hinblick auf die Topologie des Windparks wurden jedoch bisher nicht untersucht. Dieses Thema ist von großer Bedeutung, da der Schweregrad der Schaltüberspannungen (SOV) hauptsächlich von der Topologie des Windparks abhängt3,19,20. Daher besteht das Hauptproblem, das dieses Papier angehen soll, darin, die am besten geeignete Unterdrückungsmaßnahme für jede Windparktopologie zu untersuchen. Daher werden die Beiträge dieses Papiers sein:

Untersuchung und Untersuchung der Auswirkungen verschiedener Windparktopologien (Radial, DSR, SSR und Stern) auf das transiente SOV. Ein solcher Vergleich wurde in der Literatur selten behandelt, und es gab nur wenige Veröffentlichungen, da Referenz 3 nur diesen Punkt behandelte.

Durchführen von Simulationen, um die am besten geeignete Unterdrückungstechnik für jede Windparktopologie zu finden, wobei der jeweilige Beitrag bisher in der Literatur noch nicht untersucht wurde.

Präsentation von Schlussfolgerungen auf der Grundlage der präsentierten Ergebnisse, die von Forschern zur Auswahl der optimalen Unterdrückungsmaßnahmen basierend auf der Netzwerktopologie verwendet werden können. Die Ergebnisse zeigten, dass die R-L-Drosselspule mit einem Prozentsatz der Reduzierung der SOV-Amplitude von 62–84 % die wirksamste Unterdrückungsmaßnahme zur Reduzierung des SOV darstellt.

Der Rest dieses Papiers ist wie folgt gegliedert. Im Abschnitt „Untersuchtes System“ wird das untersuchte System vorgestellt. Im Abschnitt „Modellierung des Systems“ werden die Modellierungsmethoden erläutert, die für verschiedene Elemente innerhalb des Systems verwendet werden. Simulationsergebnisse werden für jede Windparktopologie im Abschnitt „Simulationsergebnisse“ dargestellt. Die Ergebnisse des Abschnitts „Diskussion und Wirksamkeitsanalyse“ werden im Abschnitt „Diskussion und Wirksamkeitsanalyse“ besprochen und zeigen die Hauptmerkmale für die Auswahl der geeigneten Unterdrückungsmethode für jede Topologie. Abschließend werden in Abschn. 2.1 Schlussfolgerungen gezogen. Schlussfolgerungen.

Das zur Untersuchung ausgewählte System basiert auf einem realen System in Zaafrana, Ägypten. Das System hat eine Nennleistung von 550 MW und wird von 700 Windkraftanlagen erzeugt, von denen angenommen wird, dass sie identische Eigenschaften haben. Für jede Turbine wird ein 1 MVA 690 V/22 kV-Transformator verwendet. Für die Verbindung jeweils zweier hintereinander geschalteter Turbinen werden 200 m lange Kabel verwendet. Der Windpark ist über ein 220/22-kV-Umspannwerk an das Netz angeschlossen. Die Grundkonfiguration bleibt unverändert, die Verbindung zwischen den Turbinen wird jedoch geändert und umfasst vier verschiedene Verbindungstopologien, nämlich: radiale, einseitige Ring-, doppelseitige Ring- und Sternverbindung, die in Abb. 1 dargestellt sind. Die Längen der Einspeisungen sind wie folgt: Einspeisung F1 beträgt 8 km für alle Topologien, Einspeisung F2 beträgt 10,4 km in einseitiger Ringtopologie und 6,5 km in doppelseitiger Ringtopologie. Die Länge des Zubringers F3 beträgt 1 km. Die Länge der Kabel zwischen Reihenturbinen beträgt bei allen Topologien außer der Sterntopologie 200 m. In dieser speziellen Topologie beträgt die Länge des Kabels für jede Turbine 200 m für W1, 400 m für W2, 200 m für W3 und 400 m für W4. Die vorgenommenen Änderungen basieren auf den in 3 dargestellten Änderungen. Die Modellierung jeder Komponente des Systems wird im nächsten Abschnitt erläutert.

Topologien von Windparks.

Bei den in dieser Studie verwendeten Leistungsschaltern handelt es sich um SF6-Leistungsschalter, die mit mehreren Ansätzen modelliert werden könnten, wobei zwei der bekanntesten Modellierungsblöcke verwendet werden, die Mayr- und Cassie-Modelle. Beide Modelle werden in den nächsten Unterabschnitten besprochen.

Der in Mayrs Modell verwendete Ansatz basiert auf der Verwendung einer dynamischen Analyse für den Lichtbogen, die die Fähigkeit des Unterbrechers definiert, eine erfolgreiche Öffnung zu erreichen28. Die bei der Lichtbogenanalyse berechnete Hauptvariable ist der Leitwert des Lichtbogens. Während des Öffnungsvorgangs durchläuft der Lichtbogen vier Phasen, die den Übergangsprozess des Leistungsschalters von einem bestimmten Zustand in einen anderen darstellen. Bei diesen Stufen handelt es sich um Stufen mit geschlossenem Leistungsschalter, Lichtbogenbildung, Lichtbogenlöschung und offene Stufen29,30. Für die erste Stufe, die einen geschlossenen Leistungsschalter darstellt, und die letzte Stufe, die einen offenen Leistungsschalter darstellt, wird der Leistungsschalter als konstanter Widerstand mit einem vernachlässigbar kleinen Wert von 1 μΩ bzw. einem hohen Wert von MΩ dargestellt. Für die verbleibenden Übergangsstufen konnte eine Reihenschaltung wie folgt abgeleitet werden29,31.

Während der Lichtbogenphase entsteht ein Ungleichgewicht zwischen der Heizleistung des Lichtbogens \({(\mathrm{P}}_{\mathrm{H}})\) und der Kühlleistung aufgrund der Dissipation der Energie aus dem Lichtbogen arc \({(\mathrm{P}}_{\mathrm{o}})\). Die Differenz beider Energien wird in der Bogensäule Q(t) gespeichert, wie in (1) angegeben

Die im Bogen Q(t) gespeicherte Energie wird verwendet, um den Leitwert \({\mathrm{g}}_{\mathrm{m}}\left(\mathrm{t}\right)\) wie in (2) angegeben zu definieren ), wobei τ die Lichtbogenzeitkonstante ist.

Der in (1) angegebene Ausdruck könnte in Bezug auf die Lichtbogenleitfähigkeit, wie in (3) angegeben, neu definiert werden.

(2) könnte in (3) ersetzt werden, wobei die Heizleistung gleich der Menge der elektrischen Leistung des Lichtbogens (v \(\times\) i) ist, wobei v die Lichtbogenspannung und i der daraus resultierende Lichtbogenstrom ist Gl. (4)

Schließlich könnte der Leitwert \({\mathrm{g}}_{\mathrm{m}}=\mathrm{v}/\mathrm{i}\) in (4) verwendet werden, um (5) zu erhalten.

Die Modellierung des SF6-Unterbrechers in der ATP/EMTP-Umgebung erfolgt durch die MODELS-Komponente. Diese Komponente ermöglicht es dem Benutzer, ein codiertes Programm zu erstellen, das seine Programmierung in das simulierte elektrische System integriert.

Die Modellierung der Übertragungsleitungen erfolgte durch das frequenzabhängige Modell der Übertragungsleitungen mit ihren in Tabelle 2 angegebenen Parametern. Für Kabel und Zuleitungen wurde hingegen das frequenzabhängige Kabelmodell mit ihren im vorherigen Abschnitt angegebenen Längen verwendet.

Das frequenzabhängige Transformatormodell wird verwendet, um die Nichtlinearitäten bei der Untersuchung der Stromversorgung des Transformators zu berücksichtigen. Bei der Transientenanalyse ist die Berücksichtigung der Auswirkung der Streukapazität von entscheidender Bedeutung. Aus diesem Grund wurden die Streukapazitäten zwischen jeder Wicklung und der Erde sowie die Kapazität zwischen den beiden Wicklungen der Haupttransformatoren mithilfe kapazitiver Elemente simuliert, die über die Transformatorkomponente auf ATP3,32 geschaltet waren.

Das Erzeugungssystem innerhalb der Windkraftanlage besteht aus verschiedenen Geräten, darunter Generator, Getriebe, Gleichrichter, Dreiphasenwechselrichter und anderen Komponenten. Da der Schwerpunkt dieser Forschung auf der Reaktion des Leistungsschalters liegt, wird ein Synchrongeneratormodell mit 5 MW und 690 V verwendet. Die Streureaktanz des Generators beträgt 0,1 H32.

Die Untersuchung der Wirksamkeit verschiedener Minderungstechniken in Bezug auf die Topologie des Windparks wurde mithilfe der ATP/EMTP-Simulationsplattform durchgeführt. Verschiedene zuvor bereitgestellte und in Abb. 1 dargestellte Windparktopologien wurden wie im Abschnitt „Modellierung“ beschrieben modelliert. Für jede Topologie wurden nacheinander verschiedene Abhilfetechniken einzeln angewendet, um deren Fähigkeit zur Reduzierung der Schaltüberspannungen zu bewerten. Zu den untersuchten Abhilfetechniken gehören vier Schemata, deren Wirksamkeit in der Literatur nachgewiesen wurde, nämlich: RC-Dämpfungsschaltung8,9,11, Voreinfügungswiderstand (PIR)12 und Überspannungskondensator33. Die Werte der Parameter jedes Schemas (R und/oder C) wurden so eingestellt, dass eine maximale Reduzierung der Überspannungen basierend auf definierten Bereichen aus der Literatur34 erreicht wird. Die gewählten Werte waren 100 Ω für den PIR, R = 50 und C = 1 µF für die RC-Dämpfungsschaltung und die Kapazität des Stoßkondensators betrug 1 µF. Es kommt eine vierte Technik zum Einsatz, die als „Smart Choke“ bezeichnet wird und von ABB eingeführt wurde. Sie besteht aus einer Reihe paralleler RL-Filter, die vor einem geschützten Transformator35 in Reihe geschaltet sind. Die R–L sind in ihrer Wirkung mit der Phase-Erde-Kapazität des Transformators integriert und bilden einen Tiefpassfilter, der zur Reduzierung von du/dt und zur Begrenzung der Überspannungspegel beiträgt. Der Bereich der verschiedenen Parameter von R–L wird durch Bereiche von 25–50 Ω für den Dämpfungswiderstand und 0,6–1,5 mH für die Induktivität definiert36. Für diese Arbeit wurde der vorherige Wertebereich getestet und die Werte ausgewählt, die eine maximale Reduzierung der Schaltüberspannung ermöglichen, wobei sich ein R von 50 Ω und eine Induktivität von 1,5 mH ergab. Die Ergebnisse für verschiedene Abhilfetechniken für jede Topologie mit R-, L- und C-Werten wurden wie zuvor definiert festgelegt und sind in den folgenden Unterabschnitten enthalten.

Der in Abb. 1a dargestellte Leistungsschalter S1 für die radiale Topologie wurde bei t = 10 ms plötzlich geöffnet. Die Ergebnisse der auftretenden schaltenden transienten Überspannung sind in Abb. 2a dargestellt. Der PIR wurde parallel zu S1 geschaltet und reduzierte effektiv die Überspannungen, wie in Abb. 2b gezeigt. Anschließend wurde der PIR entfernt und die R-C-Dämpfungsschaltung parallel geschaltet, was zu den in Abb. 2c dargestellten transienten Überspannungen führte. Die gleiche Sequenz wurde für die intelligente Drossel und den Überspannungskondensator durchgeführt, deren Ergebnisse jeweils in Abb. 2d, e dargestellt sind. Die für jede Phase in jedem Minderungsschema aufgezeichneten Spitzenwerte sind in Tabelle 3 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die R-L-Smart-Drossel das wirksamste Schema zur Reduzierung von Schaltüberspannungen war. Eine weitere Diskussion und Analyse der Ergebnisse erfolgt im nächsten Abschnitt. Um den Einfluss der R-L-Drossel auf das resultierende SOV weiter zu verdeutlichen, wurden die Werte von R und L so angepasst, dass der Wert von R auf 100 Ω erhöht wurde, während L konstant bei 1,5 mH gehalten wurde, und dann wurde der Wert von L auf 2 mH erhöht während R konstant bei 50 Ω gehalten wird. Der resultierende SOV wurde für jeden Fall aufgezeichnet. Die Ergebnisse von SOVs mit neuem R und L sind in Tabelle 4 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass der minimale SOV für R = 50 Ω und L = 1,5 mH lag.

Schaltüberspannung am Leistungsschalter S1 in Radialtopologie.

Für diesen Abschnitt wird die gleiche Reihenfolge wie im vorherigen Abschnitt für eine einseitige Ringtopologie durchgeführt, sodass der Leistungsschalter S1 bei t = 10 ms geöffnet wurde. Die Ergebnisse der auftretenden transienten Schaltüberspannung ohne Abschwächung mit PIR, RC-Dämpfer, intelligenter Drossel und Überspannungskondensator sind in Abb. 3a–e dargestellt. Die Spitzenwerte der Schalttransienten pro Phase sind in Tabelle 5 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die R-L-Smart-Drossel wie im vorherigen Fall das wirksamste Schema zur Reduzierung von Schaltüberspannungen war. Wie in der vorherigen Topologie wurde der Einfluss der R-L-Drossel auf den resultierenden SOV untersucht, indem die Werte von R und L geändert wurden, wie in Tabelle 6 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass der minimale SOV für R = 50 Ω und L = 1,5 mH lag .

Schaltüberspannung am Leistungsschalter S1 in einseitiger Ringtopologie.

Die Ergebnisse der auftretenden transienten Schaltüberspannung an S1 in der doppelseitigen Ringtopologie von Abb. 1c für den Fall, dass keine Abhilfemaßnahmen verwendet werden, mit PIR, RC-Dämpfer, intelligenter Drossel und Überspannungskondensator, dargestellt in Abb. 4a–e. Die Spitzenwerte der Schalttransienten pro Phase sind in Tabelle 7 dargestellt. Auf die gleiche Weise wie in früheren Topologien wurden die Werte von R und L geändert, wie in Tabelle 8 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die gleiche Schlussfolgerung wie in früheren Topologien vorliegt ist der minimale SOV für R = 50 Ω und L = 1,5 mH.

Schaltüberspannung am Leistungsschalter S1 in doppelseitiger Ringtopologie.

Die Ergebnisse für die schaltende transiente Überspannung an S1 in der Sterntopologie von Abb. 1d für den Fall, dass keine Abhilfemaßnahmen verwendet werden, mit PIR, RC-Dämpfer, intelligenter Drossel und Überspannungskondensator, wie in Abb. 5a–e dargestellt. Die Spitzenwerte der Schalttransienten pro Phase sind in Tabelle 9 dargestellt. In der gleichen Reihenfolge für R und L wurden Tests für diese Topologie durchgeführt wie in früheren Topologien, wie in Tabelle 10 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die gleichen Schlussfolgerungen wie in früheren Topologien gezogen wurden .

Schaltüberspannung am Leistungsschalter S1 in Sterntopologie.

Um die Wirksamkeit jedes verwendeten Abhilfemaßnahmen zu bewerten, wurde das Ausmaß der Reduzierung der Schaltüberspannungen berechnet. Bei der radialen Topologie erreichte die transiente Überspannung der Phase A einen Spitzenwert von 17,6 kV, ohne dass Abhilfemaßnahmen eingesetzt wurden. Bei Verwendung von PIR wurde dieser Wert für dieselbe Phase auf 6,6 kV reduziert. Somit beträgt der Prozentsatz der Reduzierung der Schaltüberspannung in diesem Fall 62,32 % bezogen auf die ungeminderte ursprüngliche Überspannung von 17,6 kV. Der Prozentsatz der Reduzierung für Phase A für jedes Minderungsschema und in jeder Topologie ist in Abb. 6a dargestellt. Ähnliches gilt für die Phasen B und C in Abb. 6b bzw. c. Die Ergebnisse zeigen, dass die intelligente Drossel R–L für alle Topologien das effektivste Schema war. Diese Wirksamkeit wurde anhand des Prozentsatzes der Überspannung überwacht, der bei einseitiger Ringtopologie 84,7 % erreichte und bei anderen Topologien zwischen 62 und 73 % lag. Die verbleibenden Schemata könnten in der Reihenfolge ihrer Wirksamkeit als PIR, RC-Dämpfer bzw. Überspannungskondensator angeordnet werden. Der PIR-, RC-Snubber- und Stoßkondensator-Kondensator hatte eine prozentuale Reduzierung von 33 bis 67 %, 8 bis 25 % bzw. 4 bis 15 %. Es konnte auch festgestellt werden, dass die Reihenfolge der Wirksamkeit von Schadensbegrenzungsmaßnahmen für alle Topologien gleich blieb.

Prozentsatz der Reduzierung von Schaltüberspannungen aufgrund unterschiedlicher Abhilfemaßnahmen in jeder Topologie.

Der Effekt einer Vergrößerung der Zuleitungslänge wurde auch untersucht, indem die Länge der Zuleitung F1 von 8 auf 10 km bzw. 12 km verlängert wurde. Die Vergrößerung der Einspeisungslänge verringerte zwar die Schaltüberspannung, diese Reduzierung war jedoch sehr begrenzt, wie in Abb. 7 dargestellt. Die Abbildung zeigt die Höhe der Schaltüberspannung für jede Topologie für Einspeisung F1 von 8 km, 10 km und 12 km. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der Einfluss der Feederlänge sehr begrenzt war.

Die transiente Überspannung in jeder Topologie für unterschiedliche Längen von Abzweig F1.

Die zunehmende Nutzung von Windparks und ihren verschiedenen Topologien erfordert die Untersuchung der Wirksamkeit der verschiedenen Überspannungsunterdrückungssysteme innerhalb jeder Topologie. In dieser Studie wurden vier verschiedene Topologien ausgewählt: radiale, einseitige Ring-, doppelseitige Ring- und Sterntopologien. Die Simulationstests zeigten für jede Topologie eine signifikante transiente Überspannung beim Schalten des Leistungsschalters. Um diese Überspannungen zu unterdrücken, gibt es vier verschiedene Abhilfemaßnahmen, darunter einen Voreinfügungswiderstand (PIR), eine RC-Überspannungsschutzschaltung, eine R-L-Drosselspule und einen Überspannungskondensator.

Um die Wirksamkeit der einzelnen Abhilfemaßnahmen zu bewerten, wurde für jeden Fall der Prozentsatz der Reduzierung der transienten Überspannung berechnet. Die prozentuale Reduzierung der Schaltüberspannung zeigte, dass die R-L-Drosselspule mit einem prozentualen Reduzierungswert zwischen 62 und 84 % das wirksamste Minderungsschema darstellt. Bei PIR, R–C und Snubber kam es zu einer prozentualen Reduzierung von 33 bis 67 %, 8 bis 25 % bzw. 4 bis 15 %. Daraus lässt sich schließen, dass die Wirksamkeit der Systeme in der Reihenfolge ihrer Wirksamkeit als R-L-Drosselspule, PIR, R-C-Drosselspule bzw. Überspannungskondensator angeordnet werden könnte. Weitere Untersuchungen ergaben, dass der Wert von R für die Drosselspule bei 50 Ω hochwirksam ist. Die Induktivität der Drosselspule zeigte bei 1,5 mH eine hohe Wirksamkeit. Die vorherigen R-L-Werte wiesen 62–84 % auf, was den höchsten Prozentsatz an Reduzierung unter allen Minderungsmaßnahmen darstellte. Außerdem wurde festgestellt, dass eine Änderung der Windparktopologie keinen Einfluss auf die bisherige Wirksamkeitsreihenfolge der Schadensbegrenzungsmaßnahmen hatte.

Die Daten, die die Ergebnisse dieser Studie stützen, sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Leistungsschalter

Doppelseitiger Ring

gm Leitfähigkeit des Lichtbogens

PH Heizleistung des Lichtbogens

Po Kühlleistung

Voreinfügungswiderstand

Im Lichtbogen gespeicherte Energie

τ Bogenzeitkonstante

Einseitiger Ring

Holdyk, A., Holbøll, J., Koldby, E. und Jensen, A. Einfluss der Auslegung von Offshore-Windparks auf elektrische Resonanzen. In Proceedings of Cigre Session 45, Paris, Frankreich (2014).

Manwell, JF, McGowan, JG & Rogers, AL Windenergie erklärt, Theorie, Design und Anwendung (Wiley, 2010).

Google Scholar

Elshahed, M., Ragab, A., Gilany, M. & Sayed, M. Untersuchung von Schaltüberspannungen bei verschiedenen Windparktopologien. Ain Shams Eng. J. 12(3), 2695–2707 (2021).

Artikel Google Scholar

Sweet, W. Dänische Windkraftanlagen nehmen eine unglückliche Wendung. IEEE Spectr. 41(11), 30–34 (2004).

Artikel ADS Google Scholar

Abdulahovic, T. & Thiringer, T. Spannungsbelastung in einer Transformatorwicklung während sehr schneller Transienten, die durch das Schließen des Leistungsschalters verursacht werden. IEEE Trans. Stromversorgung 29(4), 1946–1954 (2014).

Artikel Google Scholar

Liljestrand, L., Sannino, A., Breder, H. & Thorburn, S. Transienten in Sammelnetzen großer Offshore-Windparks. Windenergie 11, 45–61 (2008).

Artikel ADS Google Scholar

Abdulahovic, T. Analyse hochfrequenter elektrischer Transienten in Offshore-Windparks. In Abt. Energie und Umwelt. Bd. MSc: Chalmers University of Technology (2009).

Sun, Q. et al. Untersuchung zur Wiederzündwahrscheinlichkeit von Schaltüberspannungen durch Vakuum-Leistungsschalter in Offshore-Windparks. IEEE Trans. Stromversorgung 37(5), 4438–4447 (2022).

Artikel Google Scholar

Xin, Y. et al. Entwicklung verbesserter Unterdrückungsmaßnahmen gegen Rückzündungsüberspannungen durch Vakuum-Leistungsschalter in Offshore-Windparks. IEEE Trans. Stromversorgung 37(1), 517–527 (2021).

Artikel Google Scholar

Xin, Y. et al. Konfiguration von Unterdrückungsschemata gegen hochfrequente transiente Wiederzündungsüberspannungen, die durch das Abschalten von Nebenschlussreaktoren in Offshore-Windparks verursacht werden. Int. J. Elektr. Energiesystem. 141, 108170 (2022).

Artikel Google Scholar

Zhou, J., IEEE Access 7, 64651–64662 (2019).

Artikel Google Scholar

Said, A., Ezzat, M., Abd-Allah, MA, Fouda, MM & Abouelatta, MA Optimierung basierend auf Minderungstechniken der vorübergehenden Überspannung in großen Offshore-Windparks. IEEE Access 11, 6320 (2023).

Artikel Google Scholar

Ghasemi, S., Allahbakhshi, M., Behdani, B., Tajdinian, M. & Popov, M. Wahrscheinlichkeitsanalyse von Schalttransienten aufgrund des Betriebs von Vakuum-Leistungsschaltern an Aufwärtstransformatoren von Windkraftanlagen. Elektr. Stromversorgungssystem. Res. 182, 106204 (2020).

Artikel Google Scholar

Geng, Y. et al. Dreiphasenmodellierung eines 40,5-kV-Vakuum-Leistungsschalters zum Abschalten von Nebenschlussdrosseln und Analyse von Überspannungsunterdrückungsmaßnahmen. Elektr. Stromversorgungssystem. Res. 194, 107058 (2021).

Artikel Google Scholar

Akinrinde, A., Swanson, A. & Davidson, I. Untersuchung und Abmilderung vorübergehender Überspannungen, die durch Stromabschaltung in einem Offshore-Windpark verursacht werden. Energies 13(17), 4439 (2020).

Artikel Google Scholar

Xin, YL, Tang, WH, Zhou, JJ, Yang, YH & Liu, G. Sensitivitätsanalyse der Wiederzündungsüberspannung für Vakuum-Leistungsschalter in Offshore-Windparks mithilfe experimenteller Modellierung. Elektr. Stromversorgungssystem. Res. 172, 86–95 (2019).

Artikel Google Scholar

Li, Y. et al. Methoden zur Überspannungsunterdrückung für das MMC-VSC-HVDC-Windpark-Integrationssystem. IEEE Trans. Schaltungen Syst. II Express Briefs 67(2), 355–359 (2019).

Google Scholar

Kafshgari, NA, Ramezani, N. & Nouri, H. Auswirkungen von Hochfrequenzmodellierung und Erdungssystemparametern auf die transiente Wiederherstellungsspannung an Vakuum-Leistungsschaltern für Kondensatorschaltungen in Windkraftanlagen. Int. J. Elektr. Energiesystem. 104, 159–168 (2019).

Artikel Google Scholar

Zhang, T., Sun, L. & Zhang, Y. Studie zum Schalten von Überspannungen in Offshore-Windparks. IEEE Trans. Appl. Supercond. 24, 1–5 (2014).

Google Scholar

Villar, F., Reza, M., Srivastava, K. und Da Silva, L. Ausbreitung hochfrequenter Transienten und der Mehrfachreflexionseffekt in Sammelnetzen für Offshore-Windparks. In der Generalversammlung der IEEE Power and Energy Society, Detroit, MI (2011).

Chennamadhavuni, A., Munji, KK und Bhimasingu, R. Untersuchung transienter und vorübergehender Überspannungen in einem Windpark. In Auckland: Power System Technology (2012).

Zheng, Z. et al. Untersuchung der Überspannung, die durch das Abschalten des Shunt-Reaktors durch Vakuum-Leistungsschalter in Offshore-Windparks verursacht wird. Hochspannung 7(5), 936–949 (2022).

Artikel Google Scholar

Guo, Y. et al. Durch Vakuum-Leistungsschalter induzierte Rückzündungsüberspannungen und deren Unterdrückung in Offshore-Windparks. Int. J. Elektr. Energiesystem. 122, 106227 (2020).

Artikel Google Scholar

Sun, Q. et al. Untersuchung mehrfacher Wiederzündungen, die durch das Abschalten des Shunt-Reaktors durch einen Vakuum-Leistungsschalter verursacht werden, unter Berücksichtigung der Kontaktbewegung in Offshore-Windparks. IEEE Trans. Stromversorgung 38, 2360 (2023).

Artikel ADS Google Scholar

Tao, J. et al. Schalttransienten durch Vakuum-Leistungsschalter in Sammelnetzen von Offshore-Windparks. Windenergie 24(12), 1501–1516 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Pu, Z., Liu, H., Wang, Y., Yu, X. & Wu, T. Simulation und Schutz der Wiederzündungsüberspannung in Windparks unter Berücksichtigung des mikroskopischen dielektrischen Wiederherstellungsprozesses des Vakuum-Leistungsschalters. Energien 16(4), 2070 (2023).

Artikel Google Scholar

Zhou, Z. et al. Studie zur transienten Überspannung von Offshore-Windparks unter Berücksichtigung verschiedener elektrischer Eigenschaften von Vakuum-Leistungsschaltern. J. Mar. Sci. Ing. 7(11), 415 (2019).

Artikel Google Scholar

Gouda, OE, Awaad, MI & Afifi, ZE Einfluss des supraleitenden Strombegrenzers auf die Eigenschaften von gasförmigen HGÜ-Leistungsschaltern. Elektr. Stromversorgungssystem. Res. 199, 107442 (2021).

Artikel Google Scholar

Badran, EA, Abd-Allah, MA, Hamza, AH und Elyan, T. Eine vorgeschlagene Technik zur Abschwächung der transienten Wiederherstellungsspannung bei Fehlern, die vom Generator-Leistungsschalter gespeist werden. J. Elektr. Syst. 9(1), 66–72 (2013).

Google Scholar

Bizak, G., Zunko, P. & Povh, D. Kombiniertes Modell eines SF6-Leistungsschalters zur Verwendung in digitalen Simulationsprogrammen. IEEE Trans. Stromversorgung 19(1), 174–180 (2004).

Artikel Google Scholar

Gouda, OE, Amer, G., Awaad, M. & Ahmed, M. Leistung kaskadierter gasförmiger HGÜ-Leistungsschalter unter Verwendung des Black-Box-Arc-Modells. Elektr. Ing. 103(2), 1199–1215 (2021).

Artikel Google Scholar

Abouelatta, MA, Ezzat, M., Abd-Allah, MA & Said, A. Analyse und Abschwächung der Blitzüberspannung in kapazitiv gekoppelten netzgekoppelten Offshore-Windkraftanlagen. Int. J. Elektr. Ing. Informieren. 14(2), 443–464 (2022).

Google Scholar

Xin, Y., Liu, B., Tang, W. & Wu, Q. Modellierung und Abschwächung hochfrequenter Schalttransienten aufgrund der Stromversorgung in Offshore-Windparks. Energies 9(12), 1044 (2016).

Artikel Google Scholar

Ebrahim, MA, Elyan, T., Wadie, F. & Abd-Allah, MA Optimales Design einer RC-Dämpfungsschaltung zur Abschwächung transienter Überspannungen am VCB mittels hybridem FFT/Wavelet-Genetik-Ansatz. Elektr. Stromversorgungssystem. Res. 143, 451–461 (2017).

Artikel Google Scholar

Smugala, D. et al. Verfahren zum Schutz von Windkrafttransformatoren gegen hochfrequente Transienten. IEEE Trans. Stromversorgung 30, 853–860 (2015).

Artikel Google Scholar

Smugała, D. et al. Neuer Ansatz zum Schutz von Transformatoren vor Hochfrequenztransienten – Fallstudie zu Windkraftanlagen. Prz. Elektrotech. 89, 186–190 (2013).

Google Scholar

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Open-Access-Finanzierung durch die Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) in Zusammenarbeit mit der Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Fakultät für Ingenieurwissenschaften an der Shoubra, Benha-Universität, Kairo, 11629, Ägypten

Tamer Eliyan

Abteilung für elektrische Energie und Maschinentechnik, The Higher Institute of Engineering at El-Shorouk City, Alshorouk Academy, Kairo, 11837, Ägypten

Tamer Eliyan

Abteilung für Mechatronik und Robotiktechnik, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Ägyptisch-Russische Universität, Stadt Badr, Ägypten

Fady Wadie

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TA und FW waren an (a) der Konzeption, Analyse und Interpretation der Daten und (b) der Ausarbeitung des Artikels oder der kritischen Überarbeitung des Artikels im Hinblick auf wichtige intellektuelle Inhalte beteiligt.

Korrespondenz mit Tamer Eliyan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Eliyan, T., Wadie, F. Bewertung der Wirksamkeit von Maßnahmen zur Unterdrückung transienter Überspannungen in verschiedenen Windparktopologien unter Verwendung von SF6-Leistungsschaltern. Sci Rep 13, 13655 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-40768-4

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Eingegangen: 04. März 2023

Angenommen: 16. August 2023

Veröffentlicht: 22. August 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-40768-4

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