， ， ，

(1.國網(wǎng)重慶市電力公司綦南供電分公司 重慶 401420；2.國網(wǎng)重慶市電力公司永川供電分公司 重慶 402160； 3.國網(wǎng)重慶市電力公司江北供電分公司 重慶 401147)

0 引言

近十年來風(fēng)力發(fā)電在電力系統(tǒng)的占比逐漸增加，僅2014年就有超過51 GW風(fēng)力裝機(jī)，全球范圍內(nèi)風(fēng)力發(fā)電總占比已經(jīng)達(dá)到17%[2]，隨著技術(shù)發(fā)展及變革，風(fēng)力發(fā)電機(jī)(WT)的尺寸以及輸出功率在不斷增加，其風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子半徑達(dá)到90 m至150 m、功率等級達(dá)到2 MW至4 MW，風(fēng)力機(jī)總高度則可達(dá)200 m。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身高度較高，且通常建設(shè)在地形開闊的地區(qū)以及山脊位置或山頂，使得風(fēng)力機(jī)受雷擊影響的概率較高。我國很多風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中常常遭受到雷電干擾，其雷電流峰值可達(dá)200 kA或者更高，雷電擊中風(fēng)機(jī)后，雷電流經(jīng)過風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)入機(jī)艙內(nèi)部，最后通過風(fēng)機(jī)接地系統(tǒng)接地并散流，由于雷擊電流的幅值高、陡度大，從而使得風(fēng)力機(jī)遭受雷擊后其內(nèi)部電位差較大。

實(shí)際工程中人們通常在風(fēng)力機(jī)內(nèi)部加裝浪涌避雷器以保護(hù)風(fēng)機(jī)電氣和IT系統(tǒng)免受由電位差造成的損害，IEC 61400-24國際風(fēng)機(jī)防雷保護(hù)建議手冊參考了雷電保護(hù)區(qū)域的概念(LPZ)，并就浪涌保護(hù)器(SPDS)的安裝位置給出了相關(guān)建議和指導(dǎo)，但LPZ的主要缺陷在于并未清晰直接的解釋雷電流從風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)入風(fēng)機(jī)內(nèi)部接地系統(tǒng)的整個過程，因此本文利用EMTP-ATP軟件針對風(fēng)機(jī)內(nèi)部雷電流分布問題進(jìn)行了研究。首先，本文針對特定風(fēng)力機(jī)構(gòu)建了等效電路模型，其中包含RB(轉(zhuǎn)子葉片)、機(jī)芯、風(fēng)力機(jī)桿塔接地系統(tǒng)、風(fēng)力機(jī)電氣及通信(IT)系統(tǒng)等多種分布參數(shù)或集中參數(shù)元件?；谏鲜鲎杩鼓Ｐ捅疚脑贏TP軟件中搭建了風(fēng)力機(jī)的整體電氣等效電路，接著在模型中注入正極性雷電以及由雷擊引起的沖擊電流。本文根據(jù)上述建模和電源施加條件研究風(fēng)機(jī)是否加裝浪涌保護(hù)器(SPDS)以及更換SPDS安裝位置后的過電壓問題，同時該模型也可以用來計(jì)算SPDs的最佳安裝位置。

1 數(shù)學(xué)模型

依據(jù)一個標(biāo)準(zhǔn)多兆瓦型風(fēng)力機(jī)為例進(jìn)行研究，選取水平參考系以及3個(轉(zhuǎn)子葉片)RB建模，風(fēng)力機(jī)額定功率為2.4 MW，轉(zhuǎn)子半徑為117 m，輪轂高度為141 m。如圖1所示是風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，風(fēng)機(jī)運(yùn)行電壓為0.69 kV，風(fēng)機(jī)輸出功率通過電力電子功率變換器轉(zhuǎn)換為電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)接收功率，之后通過與電網(wǎng)聯(lián)結(jié)的變壓器將輸出電壓提升至20 kV，參考文獻(xiàn)[3-4]給出了風(fēng)力機(jī)在EMTP-ATP軟件中的數(shù)學(xué)模型的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，風(fēng)力機(jī)所有元件的建模細(xì)節(jié)如后所示。

1.1 風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子葉片模型

風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部的金屬導(dǎo)體主要用于對風(fēng)機(jī)葉片表面和尖端的雷電流進(jìn)行分流從而避免轉(zhuǎn)子葉片RB損壞。風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1-下端導(dǎo)體；2-發(fā)電機(jī)；3、6-操控柜；4-電纜系統(tǒng)； 5-數(shù)據(jù)及電源線；7-逆變器模塊； 8-功率變壓器20 kV/690 V。圖1 風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic view of investigated wind turbine configuration

參考文獻(xiàn)[5]指出在仿真初始階段時可以使用浪涌阻抗ZRB搭建轉(zhuǎn)子葉片RB模型，其計(jì)算過程與架空輸電線路的計(jì)算類似(RB水平位置已假定)，高度為ht(本例中輪轂高度為ht=141 m)下部導(dǎo)體半徑為r(比照25 mm2)。在EMTP-ATP軟件中，轉(zhuǎn)子葉片RB模型為一個單相“LINEZT_1”元件，該元件參數(shù)由浪涌阻抗表示，阻抗數(shù)值按下式計(jì)算：

(1)

仿真過程中同時考慮風(fēng)力機(jī)所有三個轉(zhuǎn)子葉片RB(相互之間不耦合)在精確分析輪轂處的反射行為時具有重要作用，RB長度為58 m，本文算例中浪涌阻抗數(shù)值為690 Ω。

1.2 風(fēng)力機(jī)桿塔模型

風(fēng)力機(jī)桿塔模型在EMTP-ATP軟件中可由一個LCC元件表示(線路/電纜參數(shù)為常數(shù))，其中貝杰龍線路模型的桿塔半徑為rte。實(shí)際桿塔塔身在EMTP模型中則表示為電導(dǎo)率較低的封閉管體(鋼筋混凝土塔身，電導(dǎo)率為σ=7.7·106S/m)塔身等效半徑為rte=4.4 m。EMTP-ATP軟件中，LCC元件默認(rèn)桿塔管體不與地電位相連接，通過增加LCC元件的相數(shù)可以在桿塔管體外部設(shè)置更多的線路分接頭，具體相數(shù)數(shù)量的設(shè)置則需要參考桿塔內(nèi)部電纜數(shù)量進(jìn)行設(shè)置。

模型中風(fēng)力機(jī)桿塔塔身鋼材相對磁導(dǎo)率μr設(shè)置為200，桿塔管體厚度設(shè)置為20 cm。使用EMTP-ATP軟件的優(yōu)勢是其中的耦合參數(shù)元件可以根據(jù)軟件自身程序計(jì)算桿塔模型元件之間的互感電容，例如：桿塔與電纜之間的互感電容、電纜之間的互感電容。

仿真過程中LCC元件在每次計(jì)算時只能設(shè)置一種計(jì)算頻率。假設(shè)雷電沖擊波的波形最高點(diǎn)位于雷電流波前位置(由于電感效應(yīng)的存在)時，本文選取確定的等效頻率fe來描述雷電流沖擊效應(yīng)，仿真時選取以下幾個等效頻率表征不同雷電流沖擊波形：10/350 μs代表頻率為25 kHz；0.25/100 μs代表頻率大致為1 MHz。EMTP-ATP模型中取不同頻率時LCC元件的電氣參數(shù)如表1所示。

表1 桿塔LCC建模電氣參數(shù)Table 1 Evaluated with LCC component electrical rarameters for the tower

當(dāng)頻率較低時，公式計(jì)算結(jié)果與EMTP-ATP軟件的計(jì)算結(jié)果吻合度較高。此處特別提醒EMTP-ATP的桿塔模型位于水平地表。

1.3 電纜系統(tǒng)模型

電能通過低壓電纜(EL)系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)傳輸至桿塔底部,本文模型中包含了上述6 NYY 1x400 mm2低壓電纜，如圖2所示，電纜嵌在桿塔內(nèi)部，塔內(nèi)同時嵌入了一條連接風(fēng)力機(jī)機(jī)芯和塔底的保護(hù)接地電纜(PE 導(dǎo)體)。電纜絕緣層相對介電常數(shù)為εr=2.4，導(dǎo)體材料為銅材料，電纜并沒有做屏蔽措施。具體電纜安裝位置以及幾何參數(shù)詳見表2。

表2 電纜系統(tǒng)參數(shù)Table 2 Papameters of cable systems

低壓電纜系統(tǒng)從發(fā)電機(jī)(LG=8 mH,RG=10 mΩ)連接至桿塔底部,輸出電能經(jīng)由全波變換器整流后通過一臺20/0.69kV變壓器升壓并接入電網(wǎng)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)懸空(經(jīng)由1兆歐電阻與風(fēng)力機(jī)機(jī)芯局部點(diǎn)位點(diǎn)PE_LOC相連接以避免EMTP-ATP軟件運(yùn)行出錯)。電纜模型示意圖如圖2所示。

圖2 ATP LCC模型中電力電纜和通信電纜位置示意圖Fig.2 Location of power and information cables presented by ATP LCC model

1.4 接地系統(tǒng)模型

桿塔塔基處的接地系統(tǒng)(ETS)由鋼結(jié)構(gòu)建成，在ATP軟件中，筆者使用LETS，RETS，CETS三個元件構(gòu)建接地系統(tǒng)等效電路，取土壤相對電阻率為ρe<500 Ω·m。接地系統(tǒng)模型為頻變模型。

1.5 電力電子模型

本文利用ATP軟件平臺搭建了功率變換器電路模型，由于實(shí)際雷電的作用時間只有10 μs，而開關(guān)動作時間通常超過30 μs，因此仿真時只取一種開關(guān)位置進(jìn)行仿真。如圖7所示是功率變換器的等效電路以及相對開關(guān)位置，之后本文將分別針對散熱片、電路隔離電容器(ICC)以及IGBTS處出現(xiàn)的過電壓設(shè)計(jì)對應(yīng)的模型進(jìn)行研究[18]。

2 模型仿真結(jié)果

筆者基于EMTP-ATP軟件針對特定風(fēng)力機(jī)的雷電流分布問題和直擊雷引起的過電壓問題進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模仿真研究。模型幾何結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

圖3 帶功率變換器模型的等效電路示意圖Fig.3 Schematic view of investigated equivalent circuit with inverter module

研究按以下兩種情況依次進(jìn)行：(1)風(fēng)力機(jī)裝備過電壓保護(hù)設(shè)備，(2)風(fēng)力機(jī)未裝備過電壓保護(hù)設(shè)備。根據(jù)參考文獻(xiàn)9的結(jié)論[9]本文使用的雷電參數(shù)為：波形參數(shù)為10/350 μs、峰值為200 kA的正極性過電壓波(FPS)，以及由雷擊引起的波形參數(shù)為0.25/100 μs、峰值為50 kA的負(fù)極性過電壓波(NSS)。

2.1 未裝備過電壓保護(hù)設(shè)備時的仿真結(jié)果

筆者開始針對風(fēng)力機(jī)沒有裝備過電壓保護(hù)設(shè)備的情況進(jìn)行研究。風(fēng)力機(jī)內(nèi)部關(guān)鍵部件的計(jì)算主要基于過電壓保護(hù)的基本概念。如表3所示是負(fù)極性電流波(NSS)和雷電流波(FPS)作用于不裝備過電壓保護(hù)設(shè)備的風(fēng)機(jī)時的仿真結(jié)果。結(jié)果顯示在風(fēng)力機(jī)內(nèi)部的IT和EL系統(tǒng)，以及風(fēng)機(jī)桿塔塔腿處這樣兩個分別對地和對局部地電位都沒有電氣連接的位置上，產(chǎn)生了臨界過電壓。

表3 NSS、FPS計(jì)算所得電壓峰值表Table 3 Calculated peak voltage values by nss and fps

結(jié)果表明IT系統(tǒng)和EL系統(tǒng)之間產(chǎn)生了極高的電位升，并且該電位升超過了風(fēng)機(jī)電氣絕緣耐受強(qiáng)度。如統(tǒng)計(jì)表所示，過電壓等級可達(dá)數(shù)MV級別，但在實(shí)際工程中這種情況不會出現(xiàn)，因?yàn)檫@種等級的過電壓會引發(fā)閃絡(luò)現(xiàn)象，閃絡(luò)之后電位會下降到0，但發(fā)生閃絡(luò)時風(fēng)機(jī)EL和IT系統(tǒng)就會收到損壞。根據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果，EL(EL_1)電纜系統(tǒng)和IT(IT_1)電纜系統(tǒng)以及桿塔頂部的局部地電位(PE_LOC)之間會產(chǎn)生較高過電壓，由此可能會在發(fā)電機(jī)終端箱體和發(fā)電機(jī)絕緣之間引發(fā)電氣閃絡(luò)現(xiàn)象。除此以外，上述現(xiàn)象對IT系統(tǒng)也有損害。研究發(fā)現(xiàn)在塔基處的EL和IE系統(tǒng)以及接地系統(tǒng)之間也觀測到了較高電位差。由計(jì)算結(jié)果可知該過電壓等級遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了變壓器以及功率變換器元件的絕緣強(qiáng)度(例如IGBT為4 kV)，而沿接地系統(tǒng)處的電壓降(EARTH)為NSS：2MV，F(xiàn)PS：1MV。

第二步，筆者研究了風(fēng)力機(jī)內(nèi)部固體元件和電纜系統(tǒng)的雷電流分布，如表格IV所示是EMTP-ATP的仿真結(jié)果，尤其是負(fù)極性電流波(NSS)和雷電流波(FPS)兩種雷電流作用下風(fēng)力機(jī)中各種不同元件的雷電流峰值。本文所建立的數(shù)學(xué)模型考慮了反擊電流波的影響，當(dāng)電流流通路徑中的阻抗發(fā)生變化時就會出現(xiàn)反擊電流，在改進(jìn)過的網(wǎng)絡(luò)模型中，反擊主要出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子葉片RB(M_ROT)邊界以及桿塔之間，和接地系統(tǒng)(EARTH)與桿塔之間，本文并未考慮轉(zhuǎn)子葉片RB之間的反擊電流和雷電通道的影響。階躍電流作用下風(fēng)機(jī)內(nèi)部反擊電流波形示意圖如圖4所示。

圖4 100 kA階躍電流作用下風(fēng)機(jī)內(nèi)部反擊電流波形圖Fig.4 Reflection in wind turbine during flowing of step current 100 kA

如圖4所示當(dāng)取3個轉(zhuǎn)子葉片RB為案例時，本文在塔頂位置ΓI1處添加階躍函數(shù)(SF)研究階躍電流作用下產(chǎn)生的回?fù)綦娏鳎?jì)算得到的電流回?fù)粢驍?shù)為0.3。桿塔塔基處土壤電阻率較低時(10 Ω)其回?fù)綦娏鞣瓷湟驍?shù)ΓI2數(shù)值大概在0.75，如下式所示主要用于計(jì)算沖擊電流峰值的最大值：

(2)

如圖5所示，展現(xiàn)了RB內(nèi)部、桿塔以及接地系統(tǒng)中沿雷電流主路徑上雷電流分布情況，其中圖5(a)清晰顯示了NSS電流的回?fù)粜?yīng)。圖5(b)所示是FPS電流隨轉(zhuǎn)子葉片RB傳播至桿塔以及沿桿塔傳播至接地端過程中逐漸升高，僅觀察到輕微反射現(xiàn)象。

(a)NSS雷電流條件下

(b)FPS雷電流條件下圖5 風(fēng)力機(jī)不同邊界處的雷電流反射波形圖Fig.5 Lightning current reflection at different boundaries of wind turbine during flowing of NSS and of FPS

2.2 裝備有過電壓保護(hù)設(shè)備時的仿真結(jié)果

由上述研究結(jié)果可得，直擊雷會在風(fēng)力機(jī)內(nèi)部造成極高的過電壓，為了保證風(fēng)力機(jī)安全可靠的運(yùn)行，需要安裝過電壓保護(hù)設(shè)備以限制過電壓等級以避免其損壞風(fēng)力機(jī)電氣與通信系統(tǒng)，如圖3所示，當(dāng)風(fēng)力機(jī)內(nèi)部設(shè)備沒有發(fā)生閃絡(luò)時，由仿真結(jié)果可知電力電子系統(tǒng)、通信系統(tǒng)電纜與接地點(diǎn)、地電位端之間都會存在有極高電壓峰值的過電壓。雷電沖擊會造成極高電位升現(xiàn)象，如果設(shè)備不加裝過電壓保護(hù)裝置則會引起設(shè)備閃絡(luò)放電。

與此同時，目前人們尚未完全清楚如何設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過電壓保護(hù)系統(tǒng)時需要考慮以下幾個要點(diǎn)：1)需要考慮各種不同種類的過電壓，2)需要考慮過電壓的來源，即過電壓是來源于外部或者是電力電子系統(tǒng)內(nèi)部，3)需要考慮所有獨(dú)立導(dǎo)電部件比如IGBTS的散熱片，4)如果接入金屬氧化物避雷器的話需要考慮變流器開關(guān)動作造成的電壓波形變化。為了防止內(nèi)部過電壓的侵害，如圖6所示是風(fēng)力機(jī)的過電壓保護(hù)系統(tǒng)，圖中所示在風(fēng)力機(jī)機(jī)芯和桿塔塔基都安裝了浪涌避雷器SPDS。

由圖中過電壓保護(hù)方案可知，SPDS安裝在機(jī)芯內(nèi)部與電氣、通信系統(tǒng)和地電位點(diǎn)之間(PE_LOC)。塔基部位SPDS的安裝位置為電氣以及通信系統(tǒng)和接地系統(tǒng)之間。除此以外，如圖7所示是電力電子系統(tǒng)中單項(xiàng)電壓逆變器的內(nèi)部過電壓保護(hù)方案。其中SGa、SGb、SGc、分別是三個球隙(火花放電間隙)，RD是阻尼電阻[19]。

圖6 風(fēng)力機(jī)及其OVP方案電路示意圖Fig.6 Schematic circuit for considered wind turbine with its initial OVP concept

圖7 單相電壓逆變器過電壓保護(hù)方案Fig.7 Overvoltage protection concept for single-phase VSI

本文研究初期主要是利用放電間隙SG保護(hù)電力電纜系統(tǒng)和通信電纜系統(tǒng)，同時保護(hù)功率變換器。用于電氣電纜系統(tǒng)保護(hù)的SG電壓等級為2.5 kV，用于通信系統(tǒng)保護(hù)的SG電壓等級為1 kV，本文主要對以下這幾種情況進(jìn)行了研究：1)如圖7所示，放電間隙(SG)安裝在ICC端。2)放電間隙(SG)安裝在電氣電纜系統(tǒng)和通信電纜系統(tǒng)的桿塔塔基部位。3)放電間隙(SG)安裝在電氣電纜系統(tǒng)和通信電纜系統(tǒng)的桿塔頂端。

2.2.1 過電壓保護(hù)方案1

由圖7所示，本案例是在ICC上安裝放電間隙(SG)，從而使得散熱器以及電力電子系統(tǒng)進(jìn)出電纜的過電壓相等，圖8和圖9所示是該過電壓保護(hù)方案下風(fēng)力機(jī)內(nèi)部過電壓波形圖，從圖中可以得知應(yīng)用方案1之后過電壓數(shù)值由MVs級下降到了20 kV，但是該電壓等級依然比放電間隙(SG)保護(hù)等級(2.5 kV)要高，其額外的電壓降主要來自于放電間隙(SG)設(shè)備的終端。如圖8(a)所示，過電壓在變壓器低壓端由數(shù)MVs級別削減至5 kV，與此同時如圖8(b)(c)所示電氣電纜系統(tǒng)在桿塔塔頂和塔基位置的過電壓也尚未消除。

圖8 不同OVP方案及其對不同位置電氣電纜 系統(tǒng)過電壓的影響Fig.8 Realization of OVP concepts and its influence on overvoltages in different places of EL system

2.2.2 過電壓保護(hù)方案2

如圖6所示，在桿塔頂端為EL和IT系統(tǒng)加裝額外的配合保護(hù)系統(tǒng)，并與接地系統(tǒng)ETS相連接，應(yīng)用該方案之后同樣在變壓器低壓側(cè)以及ICC進(jìn)線端觀測到了過電壓的削減，除此以外，EL系統(tǒng)與電力電子系統(tǒng)接口處的過電壓也得到了抑制(圖8(b))，同時如圖9(a)所示塔基位置電位差的削減也受到了抑制，此處過電壓等級下降到了放電間隙(SG)的電壓等級范圍內(nèi)。如圖8(c)和圖9(b)所示，加裝OVP裝置并沒有減小EL、IT系統(tǒng)以及機(jī)芯的過電壓。

圖9 不同OVP方案及其對不同位置通信 系統(tǒng)過電壓的影響Fig.9 Realization of OVP concepts and its influence on overvoltages in different places of IT system

2.2.3 過電壓保護(hù)方案3

如圖6所示，過電壓保護(hù)方案3進(jìn)一步考慮了在機(jī)芯內(nèi)部、EL系統(tǒng)、IT系統(tǒng)安裝放電間隙(SG)的情況。仿真模型中在桿塔頂部安裝放電間隙(SG)并與局部地電位點(diǎn)相連接(PE_LOC)。圖8c所示是過電壓方案3就EL系統(tǒng)的仿真結(jié)果，圖9c是該方案就IT系統(tǒng)的仿真結(jié)果。由仿真結(jié)果可得過電壓數(shù)值已經(jīng)被成功削減到臨界值以下，因此該保護(hù)方案可以用于應(yīng)對所有風(fēng)力機(jī)內(nèi)機(jī)芯內(nèi)部EL系統(tǒng)、IT系統(tǒng)過電壓、桿塔塔基過電壓以及電源逆變器內(nèi)部過電壓。如表格3所示的仿真結(jié)果顯示，應(yīng)用過電壓保護(hù)方案3之后過電壓得到了明顯的抑制，其中有部分過電壓計(jì)算結(jié)果高于放電間隙(SG)的電壓等級，這是由于在階躍電流作用下SG與電纜連接處的電感效應(yīng)產(chǎn)生了感應(yīng)電壓[20]。

筆者就過電壓在保護(hù)方案3計(jì)算了每一個SG的能量比值：W/R，計(jì)算結(jié)果顯示加裝在通信系統(tǒng)和電源電壓逆變器的放電間隙(SG)會承受較高電壓(NSS案例中可達(dá)20 kJ/Ω)，而在FPS作用下安裝在電源電壓逆變器處的放電間隙(SG)所承受的能量為520 kJ/Ω

綜上所述應(yīng)用過電壓保護(hù)方案3之后由直擊雷引起的過電壓收到了較大限制，但與此同時該保護(hù)系統(tǒng)的附加效應(yīng)是短時間內(nèi)會有較大雷電流通過通信系統(tǒng)電纜。電流峰值見表4。

表4 電流峰值表Table 4 Calculated peak current values

本文在第二階段中，通過引入雷電保護(hù)區(qū)等概念來進(jìn)一步應(yīng)用避雷器限制雷電流。表5為放電間隙最大能量值表：

表5 過電壓保護(hù)方案3中放電間隙(SG)最大能量計(jì)算值Table 5 Calculated maximum values of specific energy for(SG) for ovp voncept Ⅲ KJ/Ω

3 結(jié)論

基于軟件EMTP-ATP搭建風(fēng)力機(jī)數(shù)值電網(wǎng)絡(luò)模型分析計(jì)算由雷擊造成的雷電流分布問題，仿真結(jié)果顯示隨雷電流傳播，風(fēng)力機(jī)電力電纜系統(tǒng)、通信電纜系統(tǒng)以及電力電子系統(tǒng)都出現(xiàn)了較為危險的過電壓。仿真中應(yīng)用了兩種形式的雷電過電壓：①雷擊電流引起的二次電流(NSS),波形參數(shù)為0.25/100 μs,50 kA，②正極性雷電沖擊電流(FPS)10/350 μs,200 kA。由于NSS電流陡度較大、能量應(yīng)力較高，因此FPS電流能夠產(chǎn)生感應(yīng)電壓。

筆者一開始在不設(shè)置過電壓保護(hù)裝置的條件下基于EMTP-ATP數(shù)學(xué)模型研究電力電纜系統(tǒng)、通信電纜系統(tǒng)、功率變換器以及變壓器上的過電壓。

隨著研究深入筆者最終提出了較為完善的風(fēng)力機(jī)過電壓保護(hù)方案：

1)在電力電子系統(tǒng)中加裝了過電壓保護(hù)裝置用于避免功率變換器散熱口處由于懸空所引起的電位升，結(jié)果顯示功率變換器過電壓受到了較好限制但桿塔塔基、風(fēng)力機(jī)機(jī)芯任然受到較高電壓等級的過電壓威脅。

2)在桿塔塔基設(shè)置了浪涌避雷器，結(jié)果顯示此時塔基過電壓已經(jīng)得到抑制，但風(fēng)力機(jī)機(jī)芯任然具有較高電位升。

3)研究了在風(fēng)力機(jī)電力、通信系統(tǒng)加裝浪涌避雷器后的過電壓限制情況，結(jié)果表明風(fēng)力機(jī)過電壓得到抑制，但與此同時浪涌避雷器在通信系統(tǒng)中引入了峰值較高的沖擊電流，因此本文再次加裝避雷器以限制沖擊電流。

4)通過在風(fēng)力機(jī)通信、電氣系統(tǒng)、桿塔塔頂、塔基分別加裝避雷器，結(jié)果顯示仿真模型得出了較為理想的過電壓抑制效果。

研究表明位于RB、桿塔邊界；桿塔、接地系統(tǒng)之間的雷電反擊電流會在風(fēng)力機(jī)桿塔塔底引起雷電流峰值的明顯上升。