CN102736028B

CN102736028B - 移动式风电机组高低电压穿越测试装置

Info

Publication number: CN102736028B
Application number: CN201210177538.0A
Authority: CN
Inventors: 战秀河; 赵彩宏; 田云峰; 白恺; 黄胜利; 刘辉; 张涛; 吴宇辉; 徐广腾; 宋鹏
Original assignee: BEIJING RONGHUA HENGXIN SWITCH TECHNOLOGY Co Ltd; North China Electric Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: BEIJING RONGHUA HENGXIN SWITCH TECHNOLOGY Co Ltd; North China Electric Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-05-31
Publication date: 2014-09-24
Anticipated expiration: 2032-05-31
Also published as: CN102736028A

Abstract

本发明提供一种移动式风电机组高低电压穿越测试装置，可同时适用于高压系统和低压系统测试，所述测试装置串联在风电机组和电网之间，主要包括输入断路器、电压调节单元、旁路断路器和输出断路器，采用变压器副边多抽头调压形式、晶闸管高速切换控制以及车载集装箱结构，通过控制晶闸管通断来改变变压器输出电压，实现对被测风电机组不同电压等级故障的模拟测试。本发明能够同时完成高低电压穿越测试试验，装置集成度高，可靠性高，经济技术指标最高；能够适用于各种类型风机测试，满足中国以及欧美各国高低电压穿越试验标准，适用范围广；采用车载集装箱结构，模块化设计，运输方便，测试灵活。

Description

移动式风电机组高低电压穿越测试装置

技术领域

本发明属于可再生能源并网测试技术领域，特别涉及一种能够同时实现风电机组高电压穿越和低电压穿越能力测试的移动式风电机组高低电压穿越测试装置。

背景技术

风能作为低碳经济发展中清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。风电技术日益成熟，应用规模越来越大。发展以风电为代表的可再生能源，已成为世界各国应对未来能源安全和气候变化压力的长期策略。中国可开发的风能潜力巨大，陆上加海上的总量约为7亿～12亿千瓦，风电将成为中国未来能源结构中重要的组成部分。大量风电机组的并网发电，成为中国完成节能减排目标、加快能源结构调整的重要力量。

当前风电成为能源领域增长最快的行业，随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大，风力发电系统对电网的影响也越来越突出。特别对于中国风电大规模集中接入的方式，当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦风电机组自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行；当电网发生故障造成并网点电压升高时，由于风电机组的自动脱网同样会影响电网的安全稳定运行。近来，发生了多起大规模风机脱网事件，风电机组不具备低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through，LVRT)已是行业共识，但不具备高电压穿越能力(High Voltage Ride Through，HVRT)同样是另外一个重要原因，给电力系统安全稳定运行带来了巨大威胁，也制约着我国风电产业的健康发展。因此，提高设备技术水平，加强风电并网准入检测等工作显得迫在眉睫。

中国国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》明确了新建和扩建风电场的并网技术要求，明确了风电场低电压穿越能力的具体要求(见附图1)。关于高电压穿越目前尚没有国家标准、行业标准或电网公司企业标准。风电发展比较发达的国家对高电压穿越能力的要求一般是1.1～1.3倍额定电压。

例如，申请号CN201120075802.0的专利文献公开了新型移动式模块化多功能MW级低电压穿越能力检测装置，包括断路器集装箱、降压变压器集装箱、功率单元集装箱和升压变压器集装箱，各集装箱之间的一次回路通过高压电缆相连接，箱与箱之间信号线通过矩形接插件直接相连。该实用新型能够完成大中型光伏电站和风力发电机组的低电压穿越能力和电压/频率扰动响应特性测试。

申请号CN201110002700.0的发明专利文献公开了一种风力发电机组用移动式低电压穿越测试装置。该装置串联在被测风电机组与电网之间，采用阻抗分压形式、车载集装箱结构，通过模拟电压跌落故障实现对风电机组低电压穿越性能的测试。

申请号CN201110286289.4的基于电网电压跌落复合模拟结构的低电压穿越测试方法采用电力电子变换器和阻抗变换单元串联的方式，电力电子变换器采用高压变频器方案，能够有效控制电压跌落类型、跌落持续时间、跌落深度和跌落相位；阻抗变换单元采用组合电抗器分档投切的方案，实现对电网电压跌落过程中的电网电压、相位、频率及其阻抗特性的模拟，反映电网电压跌落过程的真实情况。

上述这些专利文献所公开的有关电压穿越能力的测试装置、方法和分析系统仅仅是针对低电压穿越能力测试，所采用的方法主要是变流器型和阻抗分压型。本发明提出了基于变压器的快速调节分接头方案，该测试装置能够同时完成高低电压穿越能力测试试验，尤其是高电压穿越测试，高电压穿越只有在风电发展比较发达的国家才有要求，中国研究高电压穿越还处于初级阶段。

然而，由于国内试验和测试手段匮乏，目前很少有研制与技术标准相配套的高低电压穿越测试装置，尤其是高电压穿越测试装置，主要测试设备均依赖进口，难以为风电场的并网验收提供有效的技术支撑，也严重制约着中国风电行业的健康有序发展。

对此，本发明开发出了一种移动式风电机组高低电压穿越测试装置，既能够适用于高压系统(10kV或35kV)测试，也适用于低压系统(690V)测试，能够满足中国以及欧美各国高低电压穿越试验标准。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种移动式风电机组高低电压穿越测试装置。所述装置既适用于高压系统(10kV或35kV)测试，也适用于低压系统(690V)测试。所述测试装置通过快速调节变压器副边分接头的方法实现对被测风电机组不同电压等级故障的模拟，能够实现各种机型风电机组的高低电压穿越测试试验，满足中国以及欧美各国的高低电压穿越试验标准。

本发明采用如下技术方案：

本发明为一种移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述测试装置适用于高压系统和低压系统的测试。该装置串联在风电机组和电网之间，主要包括输入断路器、电压调节单元、旁路断路器和输出断路器，其输入断路器、电压调节单元、输出断路器依次连接，旁路断路器并联在电压调节单元两端；该装置采用变压器副边多抽头调压形式、晶闸管高速切换控制以及车载集装箱结构，通过控制晶闸管通断来改变变压器输出电压，实现对被测风电机组不同电压等级故障的模拟测试。

本发明优选为，所述电压调节单元包括变压器和晶闸管阀组，所述变压器设计为副边多抽头引出，抽头设计电压范围包括额定电压、额定电压以下及额定电压以上，所述变压器副边的每个引出抽头串联一组反并联的晶闸管阀组。

本发明优选为，所述测试装置安装在至少一台集装箱内，在该装置主接线中，电压调节单元与旁路断路器和输出断路器的连接点即为该装置的并网测试点。

本发明优选为，所述测试装置调节电压最低为0，最高为额定电压的1.5倍(可根据需要灵活设计)，即测试点处电压能够实现在额定电压的150％、140％、130％、120％、110％、100％、90％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、35％、30％、20％、10％、0之间变换，一台测试装置能够同时满足低电压穿越测试和高电压穿越测试试验。

本发明优选为，所述变压器副边多抽头之间采用反并联的晶闸管阀组进行高速切换。

本发明优选为，所述晶闸管阀组能够使用GTO、IGBT、IGCT、MCT或IEGT中的任一种功率半导体元件来代替。

本发明优选为，所述测试装置用于高压系统时，串联在电网与被测风机箱变高压侧之间；用于低压系统时，串联在风机与箱变低压侧之间。

本发明优选为，所述旁路断路器并联在所述电压调节单元两端，用于风电机组正常发电过程中的通路。

本发明优选为，所述测试装置能够根据要求，实现电压的一次恢复或阶梯型恢复。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，串联在被测风机和电网之间，既适用于高压系统(10kV或35kV)测试，也适用于低压系统(690V)测试，测试灵活，安装方便；

2、本发明提供的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，能够适用于各种类型风机测试，满足中国以及欧美各国高低电压穿越试验标准，适用范围广；

3、本发明提供的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，能够同时完成高低电压穿越测试试验，与单独的低电压穿越测试装置和高电压穿越测试装置相比，装置集成度高，可靠性高，经济技术指标最高；

4、不同电压等级的故障模拟通过控制晶闸管阀组对变压器副边分接头的高速切换来实现，测试灵活方便，可靠性高，同时可根据要求实现电压的一次恢复或阶梯型恢复；

5、本发明提供的移动式风电机组高低电压穿越测试装置采用车载集装箱结构，模块化设计，运输方便，测试灵活。

附图说明

图1是国家标准《风电场接入电力系统技术规定》中对风电场低电压穿越要求的曲线；

图2是本发明用于高压系统的移动式风电机组高低电压穿越测试装置原理的框图；

图3是本发明用于低压系统的移动式风电机组高低电压穿越测试装置原理的框图；

图4是本发明变压器与晶闸管阀组连接的A相原理图；

图5是本发明变压器与晶闸管阀组连接的B相原理图；

图6是本发明变压器与晶闸管阀组连接的C相原理图；

图7为本发明测试装置低电压穿越测试曲线图；其中，(a)为电压跌落和一次恢复曲线图；(b)为电压跌落和阶梯型恢复曲线图；

图8为本发明测试装置高电压穿越测试曲线图；其中，(a)为电压骤升和一次恢复曲线图；(b)为电压骤升和阶梯型恢复曲线图。

具体实施方式

以下，结合附图，对本发明的具体实施方式进行进一步说明。

如表示本发明一实施例的移动式风电机组高低电压穿越测试装置安装方式的图2、图3所示，所述测试装置既适用于高压系统(10kV或35kV)测试试验，也适用于低压系统(690V)测试试验，其主要包括输入断路器、电压调节单元、旁路断路器和输出断路器；其输入断路器、电压调节单元、输出断路器依次连接，旁路断路器并联在电压调节单元两端。

当用于高压系统(10kV或35kV)时，测试装置串联在电网和被测风机箱变高压侧之间。当用于低压系统(690V)时，测试装置串联在风机和箱变低压侧之间。

无论是用于高压系统还是用于低压系统，输入断路器都用于控制所述测试装置接入电网系统；输出断路器都用于控制测试装置与风电机组的连接；电压调节单元与输入断路器和输出断路器相连接，用于调节电压跌落和电压骤升以实现不同电压等级故障的模拟测试；旁路开关并联在电压调节单元两端，用于风电机组正常发电过程中的通路。

参见表示本发明变压器与晶闸管阀组连接原理的图4、图5、图6，所述测试装置电压调节单元由变压器和晶闸管阀组组成。

将变压器副边抽头设计为最低电压为0，最高为额定电压的1.5倍(可根据需要灵活设计)，即测试点处电压可实现在额定电压的150％、140％、130％、120％、110％、100％、90％、80％、75％、70％、60％、50％、40％、35％、30％、20％、10％、0之间变换，通过改变接入系统的变压器副边分接头实现对被测风电机组不同电压等级故障的模拟测试，既能满足低电压穿越测试试验，又能满足高电压穿越测试试验。

变压器副边的每个分接头串联一组反并联的晶闸管阀组，任一电压等级变化都能够通过控制晶闸管阀组的快速切换满足测试要求。

以下，具体说明本发明的另一实施例。

1、低电压穿越测试实施

所述测试装置的电压跌落过程通过控制额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)与期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝0～11)之间的高速切换来实现。电压跌落和恢复过程曲线见图7所示，电压恢复能够根据需要采用一次恢复和阶梯型恢复，具体描述如下：

试验前首先通过闭合输入断路器、旁路断路器、输出断路器使风电机组并网运行。在满足一定测试条件时，开始低电压穿越试验，首先导通额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)，接着断开旁路开关，晶闸管阀组导通持续时间t₁能在线设定。之后封锁额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)的触发脉冲，待其关断后，迅速导通期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝0～11)，就实现了并网点电压从额定电压至期望电压的跌落过程。在交流系统中，由于晶闸管封锁触发脉冲后最长关断时间为半个周波(10ms)，所以电压跌落时间t₂≤10ms，电压跌落曲线非常陡峭。电压跌落持续时间t₃为期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝0～11)导通持续时间，同样能在线设定。

电压的一次恢复通过控制晶闸管阀组来实现，其恢复过程与跌落过程正好相反。首先封锁晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝0～11)触发脉冲，待其关断后，迅速导通额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)，就实现了并网点电压从期望跌落电压至额定电压的一次性恢复。由于晶闸管导通需要时间为几十微秒级，所以电压恢复时间t₄＜1ms，电压恢复曲线非常陡峭。额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)导通持续时间t₅能在线设定，之后闭合旁路开关，封锁晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)触发脉冲，风电机组重新并网运行，一次低电压穿越测试试验结束。

电压的阶梯恢复通过控制相邻分接头处晶闸管阀组的切换，来实现并网点电压按阶梯状逐渐恢复，两阶梯间电压差精度主要取决于变压器分接头的设置，能够为10％UN或其整数倍。

2、高电压穿越测试

所述测试装置的电压骤升过程通过控制额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)与期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝13～17)之间的高速切换来实现。电压骤升和恢复过程曲线见图8所示，电压恢复能够根据需要采用一次恢复和阶梯恢复，具体描述如下：

试验前首先通过闭合输入断路器、旁路断路器、输出断路器使风电机组并网运行。在满足一定测试条件时，开始高电压穿越试验，首先导通额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)，接着断开旁路开关，晶闸管阀组导通持续时间t₁能在线设定。之后封锁额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)的触发脉冲，待其关断后，迅速导通期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝13～17)，就实现了并网点电压从额定电压至期望电压的骤升过程。同样电压骤升时间t₂≤10ms，电压骤升曲线非常陡峭。电压骤升持续时间t₃为期望电压分接头处晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝13～17)导通持续时间，同样能在线设定。

电压的一次恢复通过控制晶闸管阀组来实现，其恢复过程与骤升过程正好相反。首先封锁晶闸管阀组(SCRaX、SCRbX、SCRcX，X为分接头对应的晶闸管阀组编号，X＝13～17)触发脉冲，待其关断后，迅速导通额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)，就实现了并网点电压从期望骤升电压至额定电压的一次性恢复。由于晶闸管导通需要时间为几十微秒级，所以电压恢复时间t₄＜1ms，电压恢复曲线非常陡峭。额定电压分接头处晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)导通持续时间t₅能在线设定，之后闭合旁路开关，封锁晶闸管阀组(SCRa12、SCRb12、SCRc12)触发脉冲，风电机组重新并网运行，一次低电压穿越测试试验结束。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，能够同时适用于高压系统和低压系统的测试，所述测试装置串联在风电机组和电网之间，包括输入断路器、电压调节单元、旁路断路器和输出断路器，其输入断路器、电压调节单元、输出断路器依次连接，旁路断路器并联在电压调节单元两端；该装置采用变压器副边多抽头调压形式、晶闸管高速切换控制以及车载集装箱结构，通过控制晶闸管通断来改变变压器输出电压，实现对被测风电机组不同电压等级故障的模拟测试；

所述电压调节单元包括变压器和晶闸管阀组，所述变压器设计为副边多抽头引出，抽头设计电压范围包括额定电压、额定电压以下及额定电压以上，所述变压器副边的每个引出抽头串联一组反并联的晶闸管阀组；

所述测试装置安装在至少一台集装箱内，在所述测试装置主接线中，所述电压调节单元与所述旁路断路器和所述输出断路器的连接点即为该装置的并网测试点。

2.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述测试装置调节电压最低为0，最高为额定电压的1.5倍，一台测试装置能够同时满足低电压穿越测试和高电压穿越测试试验。

3.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述变压器副边多抽头之间采用反并联的晶闸管阀组进行高速切换。

4.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述晶闸管阀组能够使用GTO、IGBT、IGCT、MCT或IEGT中的任一种功率半导体元件来代替。

5.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述测试装置用于高压系统时，串联在电网与被测风机箱变高压侧之间；用于低压系统时，串联在风机与箱变低压侧之间。

6.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述旁路断路器并联在所述电压调节单元两端，用于风电机组正常发电过程中的通路。

7.根据权利要求1所述的移动式风电机组高低电压穿越测试装置，其特征在于，所述测试装置能够实现电压的一次恢复或阶梯型恢复。