CN102981121A - 风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链，所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；本发明所述安全链包括硬件安全链和控制系统；所述硬件安全链与母线连接；通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员。本发明能充分保证操作人员的安全，且能充分保证试验设备的安全。

Description

风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链及实现方法

技术领域

本发明属于新能源接入与控制领域，具体涉及一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链及实现方法。

背景技术

近年来随着风力发电的快速发展，风电占电网供电比例逐年上升，大型风电场的并网发电也已成为风电发展的主流。到2010年底，我国风电装机容量是4400万千瓦，占全球装机容量的23%左右，部分电网的风电装机容量风电装机容量已超过电网统调总装机的15%，风电对接入电网的影响已不能忽略。为了保证风电大规模接入后电网的稳定，国家电网公司企业标准Q/GDW392-2009《风电场接入电网技术规定》中明确要求风电机组在电网故障并导致并网点电压骤降至一定值的情况下仍能够不脱离电网而持续稳定运行，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间，风电机组的这种能力被称为低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through，LVRT)。

风电机组的低电压穿越能力需要通过试验的方式来验证，基于阻抗分压式的风电机组移动式低电压穿越试验装置目前在风电机组低电压穿越现场试验中得到了广泛的应用。低电压穿越试验装置如图1所示，包括旁路开关、限流电抗器、跌落开关和短路电抗器；限流电抗器与旁路开关并联，再串联风机箱变压器后串联在电网和被试风电机组之间；限流电抗器和风机箱变压器之间设有另一支路，为串联的跌落开关和短路电抗器，并且短路电抗器另一端接地。限流电抗器旁路开关与限流电抗器并联，串接在机侧开关与网侧开关之间，在试验过程中用来限制短路时流过母线的电流。跌落开关并联在跌落母线和短路电抗器之间，闭合时产生电压跌落。试验时，通过限流电抗器的接入限制低电压跌落对电网的影响，通过并联在短路电抗器上的开关的闭合“制造”电压跌落故障。改变限流电抗器和短路电抗器的值，就可以改变电压跌落的幅度。该类型装置原理简单，现场接线方便，易于操作，便于运输。整个试验装置通常由两个以上集装箱组成，包括一个以上的工作集装箱及一个办公集装箱。其中，工作集装箱内布置了低电压穿越的试验装置主设备：电抗器、开关柜、控制柜，办公集装箱内为操作人员监测、控制系统的工作场地。基于现场工作、运行条件的限制，整个设备布置通常都比较紧凑，设备之间及设备与操作人员之间的安全间距距离规程要求的设定极限很近，裕度非常小。设计上考虑装置的安全链对于保证人身及设备的安全有着十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链及实现方法，能充分保证设备和操作人员的安全。

本发明提供的一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链，所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；其改进之处在于，所述安全链包括硬件安全链和控制系统；

所述硬件安全链与母线连接；通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员的安全。

其中，所述安全链包括紧急停止设施，其分为远程紧急停止设施和就地紧急停止设施；

所述远程紧急停止设施设置在办公集装箱内，用于人工控制所述硬件安全链的紧急停止；

所述就地紧急停止设施设置在工作集装箱内，用于所述控制系统控制所述硬件安全链的紧急停止。

其中，所述硬件安全链包括配置在5面开关柜内的设备：

设置在所述开关柜I中的设备包括隔离刀闸；所述隔离刀闸在电网与网侧开关之间，用于隔离电网与试验设备；

设置在所述开关柜II中的设备包括网侧开关和继电保护装置I；所述网侧开关串联在所述隔离刀闸和所述试验装置的限流电抗器之间，所述继电保护装置I与电网侧母线连接；

设置在所述开关柜III中的设备包括网侧电压互感器PT和消协阻尼器I；所述网侧电压互感器PT并联在电网母线与低电压穿越试验装置中性点之间，所述消谐阻尼器I并联在所述网侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；

设置在所述开关柜IV中的设备包括机侧开关和继电保护装置II；所述机侧开关串联在所述试验装置的限流电抗器与被试试风电机组的风机箱变之间，所述继电保护装置II与被试风电机组侧母线连接；

设置在所述开关柜V中的设备包括机侧电压互感器PT和消协阻尼器II；所述机侧电压互感器PT并联在电网母线与低电压穿越试验装置中性点之间，所述消谐阻尼器II并联在所述机侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；

所述开关柜（I、II、III、IV）均设置在工作集装箱内。

其中，所述控制系统用于对所述硬件安全链进行控制；进行控制时，提供自动操作模式。

其中，所述控制系统具有自检闭锁功能，每次电压跌落试验开始前，进行自检。

其中，所述控制系统包括处理器、单片机或FPGA。

本发明基于另一目的提供的一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链的实现方法，所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；其改进之处在于，所述方法是将所述硬件安全链与所述母线连接；通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员的安全。

其中，控制系统控制所述硬件安全链的步骤为：

（1）进行风电机组准备并网试验时：

1）断开各接地刀闸；

2）断开各断路器；

3）合上各隔离开关；

4）合上限流电抗器短路开关；

5）启动被试风电机组；

（2）试验操作人员进入工作集装箱试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开各断路器；

3）断开各隔离开关；

4）合上各接地刀闸；

（3）进行空载跌落试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开被试风电机组侧试验开关；

3）断开限流电抗器短路开关；

4）闭合跌落开关；

5）断开跌落开关；

6）闭合限流电抗器短路开关；

（4）进行低电压跌落测试试验时：

1）闭合被试风电机组侧试验开关；

2）断开限流电抗器短路开关；

3）闭合跌落开关；

4）断开跌落开关；

5）闭合限流电抗器短路开关。

其中，每次低电压跌落测试试验开始前，控制系统进行自检，其包括如下步骤：

（1）电压跌落前确定接入电网的限流电抗器能正常投入，反馈节点收到限流电抗器投入信号；

（2）确定模拟量测量信号正常和开关量输入信号正常；

（3）试验过程中，各跌落开关辅助接点位置不正确，流程化操作过程超时，控制系统控制试验停止；

（4）当操作区域带电时，控制系统自动闭锁该区域。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

（1）本发明能充分保证操作人员的安全。在试验过程及试验停止期间，保证操作人员不进入可能的带电区域内。

（2）本发明能充分保证试验设备的安全。试验过程中，若检测到设备异常，能及时停止试验，待设备正常后，再投入。

（3）本发明自动化程度高，安全链在正常情况下不动作，不干扰试验的正常进行。

附图说明

图1为本发明提供的风电机组移动式低电压穿越试验装置示意图。

图2为本发明提供的安全链结构示意图。

图3为本发明提供的硬件安全链中，继电器使用的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本实施例提供的风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链，其示意图如图2所示，包括硬件安全链和控制系统构成；

所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；所述硬件安全链与所述母线连接；所述控制系统与硬件安全链通信，通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护操作人员和所述被试风电机组的安全。

所述安全链还包括紧急停止设施，其分为远程紧急停止设施和就地紧急停止设施；所述远程紧急停止设施设置在操作人员办公室，用于人工控制所述硬件安全链的紧急停止；所述就地紧急停止设施设置在工作集装箱内，用于所述控制系统控制所述硬件安全链的紧急停止。风电机组的低电压穿越启动后，整个实验过程由软件控制自动完成。试验的紧急停止设施提供了一种在应急情况下停止试验过程的手段。停止后，试验系统自动复位，各开关回到试验前的开始状态，便于工作人员检查设备有无异常。紧急停止设施为停止按钮，在操作人员办公集装箱设置了一个远程停止按钮；在工作集装箱设置了一个就地停止按钮；同时在工作集装箱设置了各个开关、刀闸的就地操作（软）按钮。

其中，所述硬件安全链包括配置在5面开关柜内的设备，用于避免设备的操作过电压、电网故障过电压、过电流，保证设备不会因为正常的频繁操作损坏，不会因为电网的故障波及设备的安全；

设置在所述开关柜I中的设备包括隔离刀闸；所述隔离刀闸在电网与网侧开关之间，用于隔离电网与试验设备；

设置在所述开关柜II中的设备包括网侧开关和继电保护装置I；所述网侧开关串联在所述隔离刀闸和所述试验装置的限流电抗器之间，所述继电保护装置I与电网侧母线连接；其中网侧开关可为SF6真空开关，依靠气箱内的SF6起到气体绝缘效果，降低了操作过电压；

设置在所述开关柜III中的设备包括网侧电压互感器PT和消协阻尼器I；所述网侧电压互感器PT并联在电网母线与低电压穿越试验装置中性点之间，所述消谐阻尼器I并联在所述网侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；其中消协阻尼器I起阻尼与限流的作用，可以起到良好的限制电压互感器铁磁谐振的效果，电网正常运行时，消谐器上电压＜500V，非线性电阻呈高电阻值，阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，消谐器上电压较高，非线性电阻呈低值，PT开口三角电压较小；电网弧光接地时，非线性电阻仍能保持一定的阻值，这样可以限制互感器涌流；

设置在所述开关柜IV中的设备包括机侧开关和继电保护装置II；所述机侧开关串联在所述试验装置的限流电抗器与被试试风电机组的风机箱变压器之间，所述继电保护装置II与被试风电机组侧母线连接；其中机侧开关可为SF6真空开关，依靠气箱内的SF6起到气体绝缘效果，降低了操作过电压；

设置在所述开关柜V中的设备包括机侧电压互感器PT和消协阻尼器II；所述机侧电压互感器PT并联在电网母线与中性点之间，所述消谐阻尼器II并联在所述机侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；其中消协阻尼器II起阻尼与限流的作用，可以起到良好的限制电压互感器铁磁谐振的效果；电网正常运行时，消谐器上电压＜500V，非线性电阻呈高电阻值，阻尼作用大，使谐振在起始阶段不易发展；当电网单相接地时，消谐器上电压较高，非线性电阻呈低值，PT开口三角电压较小；电网弧光接地时，非线性电阻仍能保持一定的阻值，这样可以限制互感器涌流；

所述开关柜（I、II、III、IV）均设置在工作集装箱内。5个开关柜各节点逻辑上采用串行连接，任一节点的触发均会导致安全链动作，试验自动停止，从而保护现场操作人员及设备的安全。

本实施例的继电保护装置测量被保护线路的电压、电流，当被保护线路过压、过流时，切断被保护线路。继电保护装置的原理如图3所示。

控制系统用于对所述硬件安全链进行控制，进行控制时，提供自动操作模式。控制系统还具有自检闭锁功能，每次电压跌落试验开始前，进行自检闭锁。

本实施例的控制系统包括处理器或单片机或者FPGA。

对应的，本实施例提供的一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链的实现方法，在现有的低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接的基础上，将所述硬件安全链与所述母线连接；所述控制系统与硬件安全链通信，通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员的安全。

其中，控制系统控制所述保护装置的步骤为：

（1）进行风电机组准备并网试验时：

1）断开各接地刀闸；

2）断开各断路器；

3）合上各隔离开关；

4）合上限流电抗器短路开关；

5）启动被试风电机组；

（2）试验操作人员进入工作集装箱试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开各断路器；

3）断开各隔离开关；

4）合上各接地刀闸；

（3）进行空载跌落试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开被试风电机组侧试验开关；

3）断开限流电抗器短路开关；

4）闭合跌落开关；

5）断开跌落开关；

6）闭合限流电抗器短路开关；

（4）进行低电压跌落测试试验时：

1）闭合被试风电机组侧试验开关；

2）断开限流电抗器短路开关；

3）闭合跌落开关；

4）断开跌落开关；

5）闭合限流电抗器短路开关。

其中，在每次跌落试验开始前，系统进行自检，其包括如下步骤：

（1）电压跌落前确保接入电网的限流电抗器能正确投入，反馈节点收到限流电抗器投入信号；

（2）模拟量测量信号正常、开关量输入信号正常，才能启动风电机组低电压穿越试验。

（3）试验过程中，各跌落开关辅助接点位置不正确，流程化操作过程超时，试验自动停止。

（4）当操作区域带电时，自检系统自动闭锁该区域，不允许操作人员进入。

控制系统通过控制器设定自动的操作流程，程序化控制采用美国CygnalC8051F120智能芯片为主控制器，C8051F120为高集成度的片上系统（SOC），内部集成了16路程序存储及数据存储RAM、A/D转换、输入/输出接口及串行接口。其可用C/C++语言实现，由数据采集与处理模块、流程化控制模块、定时器模块、通讯模块等组成。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链，所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；其特征在于，所述安全链包括硬件安全链和控制系统；

所述硬件安全链与母线连接；通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员的安全。

2.如权利要求1所述的安全链，其特征在于，所述安全链包括紧急停止设施，其分为远程紧急停止设施和就地紧急停止设施；

所述远程紧急停止设施设置在办公集装箱内，用于人工控制所述硬件安全链的紧急停止；

所述就地紧急停止设施设置在工作集装箱内，用于所述控制系统控制所述硬件安全链的紧急停止。

3.如权利要求1所述的安全链，其特征在于，所述硬件安全链包括配置在5面开关柜内的设备：

设置在所述开关柜I中的设备包括隔离刀闸；所述隔离刀闸在电网与网侧开关之间，用于隔离电网与试验设备；

设置在所述开关柜II中的设备包括网侧开关和继电保护装置I；所述网侧开关串联在所述隔离刀闸和所述试验装置的限流电抗器之间，所述继电保护装置I与电网侧母线连接；

设置在所述开关柜III中的设备包括网侧电压互感器PT和消协阻尼器I；所述网侧电压互感器PT并联在电网母线与低电压穿越试验装置中性点之间，所述消谐阻尼器I并联在所述网侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；

设置在所述开关柜IV中的设备包括机侧开关和继电保护装置II；所述机侧开关串联在所述试验装置的限流电抗器与被试试风电机组的风机箱变之间，所述继电保护装置II与被试风电机组侧母线连接；

设置在所述开关柜V中的设备包括机侧电压互感器PT和消协阻尼器II；所述机侧电压互感器PT并联在电网母线与低电压穿越试验装置中性点之间，所述消谐阻尼器II并联在所述机侧电压互感器PT一次侧中性点与地之间；

所述开关柜（I、II、III、IV）均设置在工作集装箱内。

4.如权利要求1所述的安全链，其特征在于，所述控制系统用于对所述硬件安全链进行控制；进行控制时，提供自动操作模式。

5.如权利要求1所述的安全链，其特征在于，所述控制系统具有自检闭锁功能，每次电压跌落试验开始前，进行自检。

6.如权利要求1所述的安全链，其特征在于，所述控制系统包括处理器、单片机或FPGA。

7.一种风电机组移动式低电压穿越试验装置安全链的实现方法，所述低电压穿越试验装置通过母线分别与电网和被试风电机组连接；其特征在于，所述方法是将所述硬件安全链与所述母线连接；通过所述控制系统控制所述硬件安全链，在所述被试风电机组进行低电压穿越试验时，保护所述被试风电机组和操作人员的安全。

8.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，控制系统控制所述硬件安全链的步骤为：

（1）进行风电机组准备并网试验时：

1）断开各接地刀闸；

2）断开各断路器；

3）合上各隔离开关；

4）合上限流电抗器短路开关；

5）启动被试风电机组；

（2）试验操作人员进入工作集装箱试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开各断路器；

3）断开各隔离开关；

4）合上各接地刀闸；

（3）进行空载跌落试验时：

1）被试风电机组停机；

2）断开被试风电机组侧试验开关；

3）断开限流电抗器短路开关；

4）闭合跌落开关；

5）断开跌落开关；

6）闭合限流电抗器短路开关；

（4）进行低电压跌落测试试验时：

1）闭合被试风电机组侧试验开关；

2）断开限流电抗器短路开关；

3）闭合跌落开关；

4）断开跌落开关；

5）闭合限流电抗器短路开关。

9.如权利要求7所述的实现方法，其特征在于，每次低电压跌落测试试验开始前，控制系统进行自检，其包括如下步骤：

（1）电压跌落前确定接入电网的限流电抗器能正常投入，反馈节点收到限流电抗器投入信号；

（2）确定模拟量测量信号正常和开关量输入信号正常；

（3）试验过程中，各跌落开关辅助接点位置不正确，流程化操作过程超时，控制系统控制试验停止；

（4）当操作区域带电时，控制系统自动闭锁该区域。

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