CN102508157B - 一种风电机组低电压穿越测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组低电压穿越测试系统，所述测试系统包括电压跌落系统、就地测量系统、远方监控系统和就地控制系统；所述就地测量系统与所述远方监控系统双向连接，所述远方监控系统与所述就地控制系统双向连接，所述就地控制系统与所述电压跌落系统双向连接，所述电压跌落系统与所述就地测量系统单向连接，所述就地测量系统与所述就地控制系统双向连接；符合IEC61400-21标准，可以实现不同程度和不同类型的电压跌落，能满足所有国家对风电机组低电压穿越测试要求。测试系统为可移动的、适应于所有风电场已运行风电机组进行低电压穿越特性测试的检测系统，安全稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及测试系统，具体涉及一种风电机组低电压穿越测试系统。
背景技术
中国风电产业发展迅速，随着风电规模的不断扩大，风电与电网相互影响日趋显现。当电网发生瞬时故障时，如果风电机组不具备低电压穿越功能将导致区域电网中所有的风电机组全部退出运行，这样将破坏电网的有功功率平衡，在风电装机比重大的电网中甚至会发生电网崩溃。具有低电压穿越能力的风电机组组成的大规模风电场，在电网发生瞬间短路故障时能够继续提供功率支持，这将对中国整个电网，尤其是风电装机比例较大的地区电网具有十分重要的意义。
欧美风电发达国家的并网导则对并网型风电机组低电压穿越功能都有明确规定。中国即将颁布的有关风电场接入电网技术规定国家标准对风电机压低电压穿越功能有明确的要求。目前，中国国内几十家风电机组制造企业设计和生产了百余种型号的风电机组，并且每年都推出几十种新型风电机组。由于风电机组市场需求量大，出厂的大多数风电机组没有低电压穿越功能，宣称有低电压穿越功能的风电机组大多没有经过现场检测。因此，在我国需要开展风电机组低电压穿越能力检测。
IEC(国际电工委员会)已经颁布的风电机组测试的国际标准(IEC 61400-21：2008)对于风电机组低电压穿越测试系统和方法原理进行了规定，如图1所示，其中电抗A为限流电抗器，电抗B为短路电抗器，开关1为电抗A的旁路开关，开关2为短路开关。为了开展风电机组低电压穿越测试，急需研发符合IEC61400-21标准的可移动式风电机组低电压穿越测试系统。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电机组低电压穿越测试系统，符合IEC61400-21标准，可以实现不同程度和不同类型的电压跌落，能满足所有国家对风电机组低电压穿越测试要求。测试系统为可移动的、适应于所有风电场已运行风电机组进行低电压穿越特性测试的检测系统，安全稳定性高。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
所述测试系统包括电压跌落系统、就地测量系统、远方监控系统和就地控制系统；所述就地测量系统与所述远方监控系统双向连接，所述远方监控系统与所述就地控制系统双向连接，所述就地控制系统与所述电压跌落系统双向连接，所述电压跌落系统与所述就地测量系统单向连接，所述就地测量系统与所述就地控制系统双向连接。
所述电压跌落系统包括3个集装箱，所述集装箱均安装取暖和空调设施，所述其中两个集装箱分别安装一个电抗器组合，另一个安装开关柜组合。
所述开关柜为依次设置的7个气体绝缘开关柜，其中第1和第2开关柜用电网侧进线，第3和第5开关柜设置有电感互感器，第1和第7内分别安装保护装置，第7开关柜为所述风电机组侧保护开关。
所述电抗器组合为多抽头电抗器，所述抽头有外部连接抽头和短路抽头。
所述一个电抗器组合包括15个电抗器A，其中每相由5个所述电抗器A组成；所述电抗器A的参数为：额定阻抗值R1n为300Ω，通过调节分接头，实现40％R1n、50％R1n、60％R1n、80％R1n、90％R1n和110％R1n不同阻抗值。电抗器A参数如表1：
表1电抗器A参数表
所述其中另一个电抗器组合包括9个电抗器B，其中每相由3个所述电抗器B组成，所述电抗器B的参数为：额定阻抗值R2n为600Ω，通过调节分接头，可以实现40％R2n、50％R2n、60％R2n、80％R2n、90％R2n和110％R2n等不同阻抗值。电抗器B参数如表2：
表2电抗器B参数表
任意调节2个电抗器组合的阻抗值得到不同的组合方式，实现不同幅度的电压跌落，电抗器组合具体见表3：
表3电抗器组合方式表
1)通过调节电抗器A和电抗器B的阻抗值，试验时在测试系统风电机组侧可以实现0～90％Un范围内任意电压跌落(制造短路故障)，误差小于1％Un；
2)短路故障持续时间在100ms～10000ms范围内可随意设定；
3)从正常运行到短路故障在1ms之内实现；
4)从短路故障到正常运行在1ms之内实现；
5)在测试期间同时记录测试数据包括：电抗器A两侧三相电压数据，流过开关1、开关3、开关4的三相电流数据。
所述集装箱上设有带电缆穿孔的电缆固定密封接头。
所述电缆固定密封接头固定于所述集装箱底部。
所述电缆固定密封接头包括位于中间部分的橡胶片和上、下金属片；所述上金属片上设置有用于安装紧固螺丝孔；所述橡胶片和金属片的厚度分别为4cm～5cm和0.4cm～0.5cm。
所述安装开关柜组合的集装箱与2个安装电抗器组合的集装箱之间分别通过所述穿孔采用高压电缆连接。
所述电缆用35KV内锥式电缆插拔头连接，以实现多次插拔。
在所述就地控制系统的控制下，所述电压跌落系统实现电压跌落，所述电压跌落的幅度任意调整，以实现三相、双相或单向短路故障。
所述就地测量系统包括电压互感器、电流互感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器、开关柜气压传感器、模拟滤波器、A/D转换器、数据处理器、D/A转换器和显示器。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
1.测试系统可移动，整个测试系统安装于3个标准海运集装箱内，集装箱之间用一次电缆连接，电缆用可多次插拔的电缆终端连接，运输过程中连接电缆拆除后单独运输，适应于所有风电场已运行风电机组进行低电压穿越特性测试的检测系统，解决风电机组分散安装，运行现场进行低电压穿越困难的问题；
2.标准集装箱内空间有限，解决开关柜组合的设计与安装问题，同时考虑中压35kV电压等级的绝缘问题；
3.在风电机组出口变压器高压侧制造电网短路故障，包括三相故障和两相故障，精确控制短路时间和短路故障严重程度，采用先进的检测方法得到风电机组在电网故障时的运行特性，要求试验制造的短路故障对电网没有任何影响；
4.安全稳定性高，测试系统配有单独的继电保护系统，确保在任何情况下电网、风电机组以及测试系统的安全，同时考虑到中国的风电场普遍位于偏远的地区，环境比较恶劣，在测试系统中配备了加热、除湿和空调设施，保证在我国任何风电场都可以运行测试。
附图说明
图1是IEC标准规定风电机组低电压穿越测试系统原理图；
图2是电抗器组合和开关柜自合安装示意图；
图3是一种风电机组低电压穿越测试系统集装箱安装布置图；
图4是一种风电机组低电压穿越测试系统结构图；
图5是一种风电机组低电压穿越测试系统接入图；
图6是一种风电机组低电压穿越测试系统完成风电机组A穿越测试图；
图7是一种风电机组低电压穿越测试系统完成风电机组B穿越测试图；
图8是一种风电机组低电压穿越测试系统完成风电机组C穿越测试图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步补充说明。
图2是电抗器组合和开关柜自合安装示意图；
图3是集装箱安装布置图；
如图4所示，所述测试系统包括电压跌落系统、就地测量系统、远方监控系统和就地控制系统；所述就地测量系统与所述远方监控系统双向连接，所述远方监控系统与所述就地控制系统双向连接，所述就地控制系统与所述电压跌落系统双向连接，所述电压跌落系统与所述就地测量系统单向连接，所述就地测量系统与所述就地控制系统双向连接。
远方监控系统和就地控制系统主要控制电压跌落系统，使其动作行为按照预定的程序进行，在风电机组侧实现一定的电压跌落。一旦电压跌落系统发生故障，电压跌落系统将状态信号传给就地控制系统，就地控制系统可以准确判断，对电压跌落系统发出控制指令，保护动作同时断开开关1和开关3，使电压跌落系统从电网中切出去，保护风电机组低电压穿越测试系统和电网的安全。远方监控系统和就地控制系统通过与就地测量系统之间的信息交互，实现数据采集的起始和终止，并可以随时将就地测量系统的测量数据传输到远方监控系统以便后台进行分析计算和处理，进而对就地测量系统发出控制指令。远方控制系统和就地控制系统可以实现相同功能，两者之间通过信息交互实现同步。
所述电压跌落系统包括3个集装箱，所述集装箱均安装取暖和空调设施，所述其中两个集装箱分别安装一个电抗器组合，另一个安装开关柜组合。
所述开关柜为依次设置的7个气体绝缘开关柜，其中第1和第2开关柜用电网侧进线，第3和第5开关柜设置有电感互感器，第1和第7内分别安装保护装置，第7开关柜为所述风电机组侧保护开关。
所述电抗器组合为多抽头电抗器，所述抽头有外部连接抽头和短路抽头。
所述一个电抗器组合包括15个电抗器A，其中每相由5个所述电抗器A组成；所述电抗器A的参数为：额定阻抗值R1n为300Ω，通过调节分接头，实现40％R1n、50％R1n、60％R1n、80％R1n、90％R1n和110％R1n不同阻抗值。电抗器A参数如表1：
表1电抗器A参数表
所述其中另一个电抗器组合包括9个电抗器B，其中每相由3个所述电抗器B组成，所述电抗器B的参数为：额定阻抗值R2n为600Ω，通过调节分接头，可以实现40％R2n、50％R2n、60％R2n、80％R2n、90％R2n和110％R2n等不同阻抗值。电抗器B参数如表2：
表2电抗器B参数表
任意调节2个电抗器组合的阻抗值得到不同的组合方式，实现不同幅度的电压跌落，电抗器组合具体见表3：
表3电抗器组合方式表
1)通过调节电抗器A和电抗器B的阻抗值，试验时在测试系统风电机组侧可以实现0～90％Un范围内任意电压跌落(制造短路故障)，误差小于1％Un；
2)短路故障持续时间在100ms～10000ms范围内可随意设定；
3)从正常运行到短路故障在1ms之内实现；
4)从短路故障到正常运行在1ms之内实现；
5)在测试期间同时记录测试数据包括：电抗器A两侧三相电压数据，流过开关1、开关3、开关4的三相电流数据。
所述集装箱上设有带电缆穿孔的电缆固定密封接头。
所述电缆固定密封接头固定于所述集装箱底部。
所述电缆固定密封接头包括位于中间部分的橡胶片和上、下金属片；所述上金属片上设置有用于安装紧固螺丝孔；所述橡胶片和金属片的厚度分别为4cm～5cm和0.4cm～0.5cm。
所述安装开关柜组合的集装箱与2个安装电抗器组合的集装箱之间分别通过所述穿孔采用高压电缆连接。
所述电缆用35KV内锥式电缆插拔头连接，以实现多次插拔。检测时3个集装箱连接后整体运行，完毕后运输时集装箱之间的高低压电力电缆和通讯单独运输。为了适应各个风电场温度和湿度不同的需要，各个集装箱均安装取暖设施和空调设施。测试系统的就地测量系统主要是将采集的电压、电流信号通过带隔离的传感器进行隔离传送，对就地控制系统采用金属机壳屏蔽接地实现抗干扰隔离。保护措施主要是采取接地保护和避雷器防雷、防浪涌保护，确保其可以长时间持续稳定地运行。测试系统可以通过远程监控系统远程监控，并将就地数据采集系统采集的数据及时传输到后台，进行一系列分析、计算和报表形成。
在所述就地控制系统的控制下，所述电压跌落系统实现电压跌落，所述电压跌落的幅度任意调整，以实现三相、双相或单向短路故障。
所述就地测量系统包括电压互感器、电流互感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器、开关柜气压传感器、模拟滤波器、A/D转换器、数据处理器、D/A转换器和显示器。
由电压互感器、电流互感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器和开关柜气压传感器将一次强电信号转为标准的二次信号，经过模拟滤波器和A/D转换器将二次信号转为数字信号，数字信号由数据处理器分析计算，分析计算结果经D/A转换器转换为模拟信号，完成显示器显示和报表处理。
如图5，风电机组低电压穿越测试系统在测试时串联接入风电机组出口变压器高压侧，利用控制系统制造电网短路故障，通过测量系统将风电机组试验前后及试验过程中的数据记录和分析。电压跌落系统、就地控制系统以及就地测量系统集中安装在一起，远方监控系统安装于较远的安全地带。远方监控系统与就地控制系统之间可以进行通信，实现所有试验远程控制和数据传输。
自从2009年12月在中国开展首次风电机组低电压穿越测试以来，利用本申请研制的测试系统共完成了8台风电机组低电压穿越测试，测试结果表明利用本申请研制的测试系统完全满足IEC标准要求，达到国际先进水平。例证如下：
(A)测试系统实际测试时设定为三相短路，电压跌落幅度为20％Un，持续时间625ms。实际电压跌落情况如图6所示，实际电压跌落幅度为21.5％Un，距设定值20％Un的偏差为1.5％Un；电压跌落持续时间为620ms，完全满足IEC标准要求。
(B)测试系统实际测试时设定为三相短路，电压跌落幅度为35％Un，持续时间920ms。实际电压跌落情况如图7所示，实际电压跌落幅度为35.9％Un，距设定值35％Un的偏差为0.9％Un；电压跌落持续时间为910ms，完全满足IEC标准要求。
(C)测试系统实际测试时设定为两相短路，电压跌落幅度为50％Un，持续时间1214ms。实际电压跌落情况如图8所示，实际电压跌落幅度为50.3％Un，距设定值50％Un的偏差为0.3％Un；电压跌落持续时间为1220ms，完全满足IEC标准要求。
Claims (12)
1.一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述测试系统包括电压跌落系统、就地测量系统、远方监控系统和就地控制系统；所述就地测量系统与所述远方监控系统双向连接，所述远方监控系统与所述就地控制系统双向连接，所述就地控制系统与所述电压跌落系统双向连接，所述电压跌落系统与所述就地测量系统单向连接，所述就地测量系统与所述就地控制系统双向连接；
所述电压跌落系统包括3个集装箱，所述集装箱均安装取暖和空调设施，其中两个集装箱分别安装一个电抗器组合，另一个安装开关柜组合；
所述开关柜组合为依次设置的7个气体绝缘开关柜，其中第1和第2开关柜用电网侧进线，第3和第5开关柜设置有电感互感器，第1和第7内分别安装保护装置，第7开关柜为所述风电机组侧保护开关。
2.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述电抗器组合为多抽头电抗器，所述抽头有外部连接抽头和短路抽头。
3.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述一个电抗器组合包括15个电抗器A，其中每相由5个所述电抗器A组成；所述电抗器A的参数为：额定阻抗值R1n为300Ω，通过调节分接头，实现40%R1n、50%R1n、60%R1n、80%R1n、90%R1n和110%R1n不同阻抗值。
4.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述其中另一个电抗器组合包括9个电抗器B，其中每相由3个所述电抗器B组成，所述电抗器B的参数为：额定阻抗值R2n为600Ω，通过调节分接头，可以实现40%R2n、50%R2n、60%R2n、80%R2n、90%R2n和110%R2n不同阻抗值。
5.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述集装箱上设有带电缆穿孔的电缆固定密封接头。
6.如权利要求5所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述电缆固定密封接头固定于所述集装箱底部。
7.如权利要求6所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述电缆固定密封接头包括位于中间部分的橡胶片和上、下金属片；上金属片上设置有用于安装紧固螺丝的孔；所述橡胶片和金属片的厚度分别为4cm～5cm和0.4cm～0.5cm。
8.如权利要求5所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述安装开关柜组合的集装箱与2个安装电抗器组合的集装箱之间分别通过所述穿孔采用高压电缆连接。
9.如权利要求5所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述电缆用35KV内锥式电缆插拔头连接，以实现多次插拔。
10.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：在所述就地控制系统的控制下，所述电压跌落系统实现电压跌落，所述电压跌落的幅度任意调整，以实现三相、双相或单向短路故障。
11.如权利要求1所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：所述就地测量系统包括电压互感器、电流互感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器、开关柜气压传感器、模拟滤波器、A/D转换器、数据处理器、D/A转换器和显示器。
12.如权利要求11所述的一种风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于：由电压互感器、电流互感器、电流传感器、温度传感器、湿度传感器和开关柜气压传感器将一次强电信号转为标准的二次信号，经过模拟滤波器和A/D转换器将二次信号转为数字信号，数字信号由数据处理器分析计算，分析计算结果经D/A转换器转换为模拟信号，完成显示器显示和报表处理。
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