CN102353863A - 一种可再生能源发电并网测试平台 - Google Patents

Abstract

一种可再生能源发电并网测试平台，其输入模块由风轮(1)、发电机(2)、光伏电池板(3)组成，输出模块由开关柜和通用并网测试装置组成。开关柜和并网测试装置中的变压器(5)和交流变频电源(6)，以及电网(7)串联构成测试平台的主电路，分压单元(8)、限流单元(9)组成的阻抗网络并联于主电路，分压单元(8)由阻抗X1和开关K1串联组成，限流单元(9)由阻抗X2和开关K2并联组成。由风轮(1)、发电机(2)和被测的变流器(41)串联组成的风力发电系统和由光伏电池板(3)和被测的逆变器(42)串联组成光伏发电系统与开关柜相连，通过开关切换与并网测试装置中的变压器(5)连接。本发明可测试风电变流器和光伏逆变器。

Description

一种可再生能源发电并网测试平台

技术领域

本发明涉及一种可再生能源发电设备的测试装置。

背景技术

近年来，以风力发电和光伏发电为主的可再生能源并网发电技术在世界范围内得到了迅猛发展。截止到2010年底，中国风力发电装机容量超过40吉瓦，光伏发电装机容量超过1吉瓦，已成为世界上具有重要影响的可再生能源利用大国之一。

为保证可再生能源发电的安全高效，在发电设备安装到现场之前必须对其进行全面可靠的测试。然而与产业规模快速发展不相适应的是，我国在可再生能源并网发电设备的检测方面有所滞后，特别是并网接口设备(如变流器、逆变器)的检测手段和检测平台不能满足产业发展需求，以至于市场上各类产品良莠不齐，不利于产业的持续健康发展。这就需要有适合风力发电和光伏发电并网设备的商用或工业用的模拟电网电源和电压跌落测试设备。该套测试设备应该能够适用于高电压、大功率的风力发电机组或光伏并网逆变器的电网扰动信号测试和低电压穿越能力测试，应能模拟实际电网的物理特性，能够产生任意跌落深度和持续时间的跌落电压，真实精确地模拟电网暂态发生时的工况。

国内外的众多学者和专家针对可再生能源发电并网测试技术开展了系列研究，其中：专利CN101846707A提出了一种在低压侧实现风电机组低电压穿越的测试装置；专利CN201699430U提出的分布式光伏电源并网逆变器测试装置，其中的模拟电网电源功能为输出电压波动、频率波动和电网背景谐波；专利CN101753086A提出了一种双馈风力发电机的故障穿越性能模拟系统，可用于双馈电机低电压穿越、对弱电网的支持等性能的实验研究；专利EP1876460A1通过阻抗分压的形式实现电网电压跌落，通过选择不同的开关组合，可以实现各种电压跌落的形式；专利US5886429提出了一个计算机可控的电压波动发生及测试设备。邹建章等人在论文《光伏逆变器综合性能测试平台研究》中通过系统仿真研究了光伏逆变器的综合测试平台；德国的C.Wessels等人发表《Transformer based voltage sag generatorto perform LVRT and HVRT tests in the laboratory》一文提出基于变压器形式的电压跌落发生器，可用于实验室小功率风力发电系统的低电压穿越和高电压穿越测试；韩国的Dr.Yong Ho Chung等人发表《Voltage sag，swell and flicker generator with series injectedinverter》一文提出基于串联变流器的电压跌落发生器，该设备可在实际现场安装之前对大功率设备的抗电网电压扰动性进行测试，该电压跌落发生器可模拟电网电压跌落、突升和闪变的情况。

总结国内外关于风力发电和光伏发电并网测试的发展现状可以发现，目前见诸报道的各种测试平台及测试装置均存在着测试功能单一、模拟能力不足、集成度和自动化程度低等问题，不能满足可再生能源产业快速发展对质量检测能力提出的要求。

中国专利CN101846707A包括分压单元、限流单元、控制单元、变压器、UPS、被测变流器，变压器、限流单元、UPS、变流器组成主电路，分压单元与主电路并联，控制单元负责控制主电路、分压单元、限流单元的开关。其功能仅能实现风电变流器的低电压穿越测试，不适用于光伏逆变器，也不能模拟电网的其他物理特性。

发明内容

本发明的目的在于克服目前可再生能源发电并网测试装置测试功能单一、模拟能力不足、集成度和自动化程度低等问题，提出一种可同时具备模拟电网特性：电压、频率、谐波、闪变、三相不平衡、产生低电压跌落故障条件，既可用于风电并网测试又可用于光伏并网测试的多功能通用并网设备测试平台，以弥补目前可再生能源并网发电检测能力的不足。

本发明提出的可再生能源发电并网测试平台，结合了风力发电设备和光伏发电设备的并网功能特点，充分考虑了装置的通用性和便利性，可以一套装置实现多个测试功能。

本发明测试平台的测试对象为变流器和逆变器。所述的测试平台包括输入模块和输出模块，其中输入模块由风轮、发电机、光伏电池板3个部分组成，风轮和发电机将风能转换为电能输入给被测的变流器，光伏电池板将太阳能转换为电能输入给被测的逆变器；输出模块由开关柜和通用并网测试装置组成，并网测试装置由交流变频电源、分压单元、限流单元、变压器等部分构成，为被测设备提供电网物理特性：电压、频率、谐波、电压波动、闪烁、三相不平衡和低电压跌落的测试条件。

在本发明中，风轮、发电机、被测的变流器串联组成的风力发电系统与光伏电池板、被测的逆变器串联组成的光伏发电系统分别与开关柜相连，通过开关柜中的开关切换实现与并网测试装置中的变压器连接。变压器、开关K3、交流变频电源、电网串联组成并网测试装置的主电路，分压电压和限流单元组成的阻抗网络并联连接于交流变频电源和第三开关的两端，第一阻抗和第一开关串联，第二阻抗和第二开关并联。

整体而言，该测试平台具有为被测设备提供电网物理特性和低电压跌落故障两大功能，根据被测设备的不同，通用并网测试装置可提供不同的测试条件。当需要电压测试条件时：根据风电和光伏不同的并网发电原理，当测试风电变流器时，并网测试装置输出690V±10％的电压；当测试光伏逆变器时，并网测试装置输出400V±10％的电压。当需要频率、谐波、电压波动、闪烁、三相不平衡等测试条件时，交流变频电源将可输出符合国家标准的电能信号，可以是以上任何一项的独立信号，也可以是包括几种信号的复合信号。当需要低电压穿越测试条件时，交流变频电源将不再输出电能信号，而是仅作为控制系统，控制限流单元、分压单元和主电路的开关通断以及调节阻抗大小，以产生符合不同测试要求的电压跌落-维持-恢复过程。

交流变频电源作为通用并网测试装置的核心部件，既可以输出模拟电网物理特性的电能信号，也可以作为整个并网测试装置的控制系统。

附图说明

图1为本发明可再生能源发电并网测试平台的结构图；

图2为本发明的另一种实现方式的结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明测试平台包括输入模块和输出模块，其中输入模块由风轮1、发电机2、光伏电池板3组成，风轮1和发电机2将风能转换为电能输入给被测的变流器41，光伏电池板3将太阳能转换为电能输入给被测的逆变器42；输出模块由开关柜和并网测试装置组成，并网测试装置由交流变频电源6、分压单元8、限流单元9、变压器5等部分构成。所述的风轮1、发电机2、被测的变流器41串联组成的风力发电系统与光伏电池板3、被测的逆变器42串联组成的光伏发电系统分别与开关柜相连，通过开关柜中的开关切换实现与并网测试装置中的变压器连接。变压器、第三开关K3、交流变频电源6、电网7串联组成并网测试平台的主电路，分压电压和限流单元组成的阻抗网络并联连接于交流变频电源和第三开关K3的两端，第一阻抗X1和第一开关K1串联，第二阻抗X2和第二开关K2并联。

图1描述了本发明可再生能源发电并网测试平台实施例的结构。如图1所示，此实施例包括输入模块、被测设备和输出模块，其中输入模块由风轮1、发电机2、光伏电池板3组成；被测设备4包括变流器41和逆变器42。输出模块由开关柜和通用并网测试装置组成，开关柜中包括A、B1、B2三个接头，并网测试装置由交流变频电源6、分压单元8、限流单元9、变压器5构成。其特征是：风轮1和发电机2将风能转换为电能输入给被测设备4中的变流器41，光伏电池板3将太阳能转换为电能输入给被测设备4中的逆变器42，被测设备4、开关柜、变压器5、交流变频电源6和电网7构成测试平台的主电路，分压单元8、限流单元9组成阻抗网络，分压单元8由第一阻抗X1和第一开关K1组成，限流单元9由第二阻抗X2和第二开关K2组成。

本发明的连接方式如下：风轮1、发电机2、变流器41串联组成风力发电系统。光伏电池板3、逆变器42串联组成光伏发电系统。所述的风力发电系统和光伏发电系统分别与开关柜相连，通过开关柜中的开关切换实现与并网测试装置中的变压器5连接。变压器5、第三开关K3、交流变频电源6、电网7串联组成并网测试装置的主电路，分压单元8的一端接地，另一端接在变压器5和第三开关K3之间。限流单元9的一端接在变压器5和第三开关K3之间，另一端接在交流变频电源6和电网7之间，第一阻抗X1和第一开关K1串联，第二阻抗X2和第二开关K2并联。

以下描述本发明的工作过程：当开关柜中接头A与接头B1相连接时，测试平台用于风测试电变流器41；当开关柜中接头A与接头B2相连接时，测试平台用于测试光伏逆变器42。交流变频电源6作为通用并网测试装置的核心部件，既可以输出模拟电网物理特性的电能信号，也可以作为整个并网测试装置的控制系统。当被测设备4需要电压测试条件时，在交流变频电源6的控制下，第三开关K3闭合，第一开关K1和第二开关K2断开，由于风电变流器和光伏逆变器不同的并网电压等级要求，并网测试装置分别输出690V±10％和400V±10％的电压；当被测设备4需要频率、谐波、电压波动、闪烁、三相不平衡等测试条件时，第三开关K3闭合，第一开关K1和第二开关K2断开，交流变频电源6控制变压器5输出符合国家标准的电能信号，可以是以上任何一项的独立信号，也可以是包括几种信号的复合信号；当被测设备4需要低电压穿越测试条件时，在交流变频电源6的控制下，K3断开，分压单元8和限流单元9并入主电路工作，通过控制第一开关K1和第二开关K2的通断与调整阻抗X1、X2的大小，变压器5输出跌落深度和维持时间均可调的电压跌落-维持-恢复过程，满足风电变流器和光伏逆变器不同的测试要求。

图2为本发明设计的可再生能源发电并网测试平台的另一种拓扑结构。与图1不同的是，通用并网测试装置的变压器采用双分裂式变压器5，开关柜中变流器41的接头与双分裂式变压器的一个副边相连，逆变器42的接头与双分裂式变压器的另一个副边相连。交流变频电源6不再输出不同的电压，而是输出相同的电压信号，通过双分裂式变压器5原边与两个副边之间不同的变比实现不同的电压输出，即690V±10％和400V±10％。

本发明可再生能源发电并网测试平台充分考虑了风力发电和光伏发电的并网要求，在变流器和逆变器的测试中可共用同一套装置，因此该平台具有通用性。此外，本发明中的交流变频电源可在输出不同类型电网模拟信号的同时，还可以充当整个平台的控制系统，提高了测试平台的集成度和智能化水平。

Claims (3)

1.一种可再生能源发电并网测试平台，其特征在于，所述的测试平台包括输入模块和输出模块；所述的输入模块由风轮(1)、发电机(2)、光伏电池板(3)组成；所述的被测设备(4)包括变流器(41)和逆变器(42)；所述的输出模块由开关柜和并网测试装置组成，并网测试装置由交流变频电源(6)、分压单元(8)、限流单元(9)和变压器(5)构成；所述的风轮(1)和发电机(2)将风能转换为电能，输入所述变流器(41)，光伏电池板(3)将太阳能转换为电能，输入所述的逆变器(42)；变压器(5)、第三开关K3、交流变频电源(6)和电网(7)串联构成并网测试装置的主电路，分压单元(8)、限流单元(9)组成的阻抗网络并联连接于交流变频电源和第三开关的两端，分压单元(8)由第一阻抗X1和第一开关K1串联组成；限流单元(9)由第二阻抗X2和第二开关K2并联组成；分压单元(8)的一端接地，分压单元(8)的另一端接在变压器(5)和第三开关K3之间；限流单元(9)的一端接在变压器(5)和第三开关K3之间，另一端接在交流变频电源(6)和电网(7)之间。

2.按照权利要求1所述的可再生能源发电并网测试平台，其特征在于，所述的测试平台在测试时，所述的风轮(1)、发电机(2)和所述的变流器(41)串联组成风力发电系统；所述的光伏电池板(3)和所述的逆变器(42)串联组成光伏发电系统；所述的风力发电系统和光伏发电系统分别与开关柜相连，通过开关柜中的开关切换与并网测试装置中的变压器(5)连接。

3.如权利要求1或2所述的可再生能源发电并网测试平台，其特征在于，当被测设备(4)需要电压测试条件时，在交流变频电源(6)的控制下第三开关K3闭合，第一开关K1、第二开关K2断开，并网测试装置分别输出690V±10％和400V±10％的电压；当被测设备(4)需要频率、谐波、电压波动、闪烁、三相不平衡测试条件时，第三开关K3闭合，第一开关K1、第二开关K2断开，交流变频电源(6)控制变压器(5)输出符合国家标准的电能信号；当被测设备(4)需要低电压穿越测试条件时，在交流变频电源(6)的控制下，第三开关K3断开，分压单元(8)和限流单元(9)并入主电路工作，通过控制第一开关K1、第二开关K2的通断和调节第一阻抗X1、第二阻抗X2的大小，变压器5输出跌落深度和维持时间均可调的电压跌落-维持-恢复过程，满足风电变流器(41)和光伏逆变器(42)不同的测试要求。

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