CN103278717A - 新能源一体化并网测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及新能源一体化并网测试装置，包括输入断路器、输入变压器、双向变流器、电压调节器、输出变压器、输出断路器、旁路开关、外部电网、待测装置。本发明所述新能源一体化并网测试装置的优越效果在于：一套测试装置能够同时满足风电、光伏所有并网发电装置对高、低电压穿越测试、电网适应性测试和电能质量测试的要求，具有高度集成、体积小、成本低的优势；操作简单、省时省力，提高了测试效率，应用范围广。

Description

新能源一体化并网测试装置

技术领域

本发明涉及新能源领域，具体涉及光伏电站和风电机组的并网检测技术，特别是新能源一体化并网测试装置。

背景技术

近年来，中国风力发电、光伏发电产业发展迅速，装机容量连年快速增长。例如，2010年，风电机组新增12904台，装机容量18.93GW，同比增长73.3%，累计装机容量达44.733GW，超过美国居世界第一位，有三家风电设备生产企业进入世界十强。2011年，中国光伏产品产能30GW，占全球产能60%，有数家世界十大光伏企业都来自中国。目前，中国国家能源局公布了中国可再生能源发展的“十二五”规划目标，到2015年，风电并网装机容量将达到100GW，年产能量1900亿千瓦时；光伏发电装机容量将达到21GW，年产能量250亿千瓦时。

伴随着中国风电和光伏产业迅速发展的同时，问题也是频频出现，目前中国已有多个风电场多次发生了大规模风机脱网事件，给电力系统安全稳定运行带来巨大威胁。同样由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定差，调节能力差的能源，发电量受天气及地域的影响较大，并网发电后会对电网安全，稳定，经济运行以及电网的供电质量造成一定影响。归其原因，发电设备除了不具备高、低电压穿越能力外，对电网适应性能力差也是其重要原因。因此，并网设备只有同时具备低电压穿越、高电压穿越以及电网适应性能力，才能与大电网和谐共处，才能真正从技术上解决大规模风电、光伏并网问题。

目前，中国已经重视了此问题，针对光伏行业国家电网公司于2011年相继颁布了Q／GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》和Q／GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》两项企业标准，同时国家也颁布了国标GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》，明确了光伏电站开展低电压穿越测试、电压适应性和频率适应性测试的要求；针对风电行业国家也颁布了国标GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，同时能源行业标准《风力发电机组电网适应性测试规程》也已挂网征求意见，要求对并网系统进行低电压穿越能力、电网适应性(包括电压适应性、频率适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性)能力测试，同时还要满足电能质量要求和并网的技术要求。为此就需要通过专门的设备来模拟电网的实际情况来测试并网系统。

例如，申请号201210177538.0的专利文献公开了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。该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。

申请号201010206913.0的专利文献公开了一种风力发电机组电网适应性测试装置，包括基于功率半导体开关器件构建的变流器，该变流器输入端连接三相电源、输出端连接风力发电机组。该发明的风力发电机组电网适应性测试装置采用基于功率半导体开关器件构建的变流器，功率密度大，体积小、成本低，并且能够承受电网故障实验期间风力发电机组造成的大部分动态冲击，从而缓解实验系统对电网容量的要求；能够实现电压、频率的无级调节，从而可方便、灵活地模拟各类电网故障，扩展测试范围，丰富测试数据，缩减实验周期；还能够在电网故障测试前模拟电网电压的各种初始状态，从而实现完整测试风力发电机组在电网各种状态下发生故障时的数据。

上述专利一文献所公开的测试装置只是单独针对风电机组高低电压穿越测试，而专利二文献所公开的测试装置也只是单独针对风电机组电网适应性测试，还有其他公开的并网测试装置专利全都是针对某一方面进行测试，不仅将高低电压穿越测试和电网适应性测试分开成两套装置，而且对于应用领域(风力发电、光伏电站或其他并网发电装置)也做了区分，其应用单一，例如，对于既有风电又有光伏的用户，就需要购买四套装置才能完成所有的测试，其投资成本高、占地面积大，同时造成了资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提出新能源一体化并网测试装置，所述测试装置采用集约化设计，能同时完成高、低电压穿越测试，以及包括电压、频率、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波电压的电网适应性测试，功能多样化，且所述测试装置能同时满足风电、光伏所有并网发电装置对高、低电压穿越测试、电网适应性测试和电能质量测试的要求。

本发明所述新能源一体化并网测试装置，包括输入断路器、输入变压器、双向变流器、电压调节器、输出变压器、输出断路器、旁路开关、外部电网、待测装置，所述输入断路器连接输入变压器，所述输入变压器并列连接双向变流器和电压调节器，在所述双向变流器和电压调节器的输出端连接输出变压器，所述输出变压器与输出断路器连接，在所述输出断路器与输入断路器之间设有旁路开关，所述输入断路器连接外部电网，所述输出断路器与待测装置相连。

优选为，所述电压调节器是变压器型调节器。

优选为，所述待测装置是风力发电机组、光伏发电站或其他并网发电装置。

优选为，所述输入变压器是多抽头输入变压器。

优选为，所述输出变压器是多抽头输出变压器。

所述新能源一体化并网测试装置能模拟电网的各种特性，包括高电压穿越测试、低电压穿越测试以及电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波电压的电网适应性测试，同时满足所有并网发电装置的测试要求。

所述新能源一体化并网测试装置对所有的待测装置共用输入断路器、输出断路器、旁路开关、输入变压器和输出变压器。

通过所述双向变流器实现电网适应性测试，即：调节所述双向变流器的输出电压实现电压适应性测试；调节所述双向变流器的输出频率实现频率适应性测试；通过改变所述双向变流器输出一相或两相电压幅值或相位，或者直接输出负序电压，产生三相不平衡电压，实现三相电压不平衡适应性；调节所述双向变流器的输出电压波动幅值和电压波动频度实现闪变适应性；调节所述双向变流器的输出频率和电压幅值实现谐波电压适应性。

通过所述电压调节器实现高、低电压穿越测试，所述电压调节器采用变压器型调节器，即变压器副边采用多抽头设计引出，引出抽头电压范围包括额定电压、额定电压以下及额定电压以上，并且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。通过控制晶闸管阀组的通断来改变变压器输出电压，实现电压调节完成高、低电压穿越测试。

所述旁路开关用于控制实际电网接入及模拟电网接入，当闭合旁路开关，待测装置由外部电网供电；断开旁路开关，待测装置由所述新能源一体化并网测试装置供电。

所述输入变压器和输出变压器采用多抽头方式设计，用于控制所述外部电网和待测装置电压之间的匹配，所述输入变压器连接在双向变流器和电压调节器的输入侧，将外部电网电压转换成与双向变流器和电压调节器匹配的电压；输出变压器连接在双向变流器和电压调节器的输出侧，将双向变流器和电压调节器的输出电压转换成与待测装置匹配的电压。

与现有技术相比，本发明所述新能源一体化并网测试装置的优越效果在于：

1.对于传统的并网测试装置来说，要完成高、低电压穿越测试和电网适应性测试，通常需要两台设备单独实现，同时现有传统的并网测试装置在应用领域单一，如同一测试功能在风电和光伏同样需要两套设备单独实现，而本发明所述新能源一体化并网测试装置，采用集约化设计，一套测试装置同时满足高、低电压穿越测试、电网适应性测试和电能质量测试要求，具有高度集成、体积小、成本低的优势；同时，集约化的设计，使得对于待测装置来说，输入侧只需要一次接线，就完成两种测试，操作简单、省时省力，提高了测试效率。

2.本发明新能源一体化并网测试装置，同时通过输入变压器和输出变压器进行电压匹配，能够实现多种电压等级的测试，应用范围广，节约成本。

附图说明

图1是本发明新能源一体化并网测试装置工作原理图；

图2是本发明新能源一体化并网测试装置电压调节器电路原理图；

图3是本发明新能源一体化并网测试装置实施例2工作原理图；

图4是本发明新能源一体化并网测试装置实施例3工作原理图；

图5是本发明新能源一体化并网测试装置实施例4工作原理框图；

图6是本发明新能源一体化并网测试装置实施例4电网适应性测试原理框图；

图7是本发明新能源一体化并网测试装置实施例4高低电压穿越测试原理框图。

附图标记说明如下：

1-输入断路器，2-输入变压器，3-双向变流器，4-电压调节器，41-多抽头变压器，42-晶闸管阀组，43-反并联晶闸管阀组，5-输出变压器，6-输出断路器，7-旁路开关，8-外部电网，9-待测装置，10-输入装置，20-输出装置，30-电网适应性装置，40-高低压穿越装置，50-控制检测装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示为本发明新能源一体化并网测试装置工作原理图，所述新能源一体化并网测试装置，包括输入断路器1、输入变压器2、双向变流器3、电压调节器4、输出变压器5、输出断路器6、旁路开关7，所述输入断路器1连接输入变压器2，所述输入变压器2并列连接双向变流器3和电压调节器4，在所述双向变流器3和电压调节器4的输出端连接输出变压器5，所述输出变压器5与输出断路器6连接，在所述输出断路器6与输入断路器1之间设有旁路开关7，所述输入断路器1连接外部电网8，所述输出断路器5与待测装置9相连。所述电压调节器4是变压器型调节器，所述待测装置9是风力发电机组、光伏发电站或其他并网发电装置，所述输入变压器2是多抽头输入变压器，所述输出变压器5是多抽头输出变压器。

所述新能源一体化并网测试装置利用共同的输入断路器1、输入变压器2、输出变压器5、输出断路器6和旁路开关7完成高电压穿越测试、低电压穿越测试和包括电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波电压的电网适应性测试，并且同时满足风力发电机组和光伏发电站并网测试要求。

所述旁路开关7用于控制实际电网接入或是模拟电网接入，闭合旁路开关7，待测装置9由实际外部电网8供电；断开旁路开关7，进入测试过程，待测装置9由所述并网测试装置供电。

1、高、低电压穿越测试

高、低电压穿越测试由电压调节器4实现，首先要闭合输入断路器1、输出断路器6，测试组成部分为外部电网8、输入变压器2、电压调节器4、输出变压器5和待测装置9。

如图2所示为本发明新能源一体化并网测试装置电压调节器电路原理图，电压调节器4采用变压器型电压调节器，由多抽头变压器41和晶闸管阀组42组成，变压器副边抽头设计为最低电压为0，最高为Un+x（Un为额定电压，x为高于额定电压的百分数，其中x可根据需要灵活设计），即测试点处电压能够实现在0-Un+x之间以5%或者10%变化。变压器副边每个抽头对应串联一个晶闸管阀组，与0-Un+x对应为TS₀—TS_Un+x。通过控制晶闸管通断来改变接入系统的变压器副边分接头，实现对被测装置不同电压等级故障的模拟测试，同时满足低电压穿越测试试验和高电压穿越测试试验。

2、电网适应性测试

电网适应性测试由双向变流器3实现，首先要闭合输入断路器1、输出断路器6，测试组成部分为外部电网8、输入变压器2、双向变流器3、输出变压器5和待测装置9。

通过调节双向变流器3的输出电压幅值进行电压适应性测试试验；调节输出频率进行频率适应性测试试验；其中，电压调节步长为额定电压的1%，频率调节步长为0.01Hz。

通过改变双向变流器3输出一相或两相电压幅值或相位，或者直接输出负序电压，产生三相不平衡电压，实现三相电压不平衡适应性测试试验；调节输出电压波动幅值和电压波动频度进行闪变适应性测试试验；调节输出频率和电压幅值实现谐波电压适应性测试试验。

实施例2

如图3所示，在实施例1的基础上，将实现高、低电压穿越测试的多抽头变压器41与输入变压器1合并为一个变压器，即变压器的原副边都设计为多抽头引出，双向变流器3连接到变压器副边额定档抽头，这样既节省了成本，又减小了体积。

高、低电压穿越测试时，不启动双向变流器3，通过控制变压器各个抽头上晶闸管的通断来改变接入系统的变压器副边分接头，实现对待测装置9不同电压等级故障的模拟测试；

电网适应性测试时，断开所有的晶闸管阀组42，启动双向变流器3，通过控制双向变流器3的输出电压和频率实现电网适应性测试。

实施例3

如图4所示，在实施例2的基础上，增加一组反并联晶闸管阀组43，串联在所述双向变流器3之后。在做高、低电压穿越测试时，为了补偿变压器输出电压的限制，通过晶闸管阀组43切换到双向变流器3，实现测试电压的无级调节。

实施例4

如图5～7所示，所述新能源一体化并网测试装置采用模块化设计和车载集装箱结构，由输入装置10、输出装置20、电网适应性装置30、高、低压穿越装置40和控制、检测装置50组成。

对于实施例1的方案，输入装置10中包括输入断路器1、输入变压器2和旁路开关7；输出装置20包括输出断路器6和输出变压器5；电网适应性装置30包括双向变流器3；高、低电压穿越装置40包括电压调节器4；控制、检测装置50包括上位机和主控单元；其中，旁路开关7设置在输入装置10中，也能设置在输出装置20中。

测试现场，将装置10、20、30、40、50组装依次进行电网适应性和高、低电压穿越测试，对于不同待测装置9需要同时测试时，增加一套输入装置10、一套输出装置20和一套控制检测装置50，将电网适应性装置30和高、低电压穿越装置40分开，组合灵活、拆装简单、方便、提高测试效率。由于输入变压器2、输出变压器5采用多抽头设计，所述新能源一体化并网测试装置采用同一套输入装置10、输出装置20不仅对同电压等级的不同待测装置9进行同时测试，同时对不同电压等级的不同待测装置9进行测试。

对于实施例2的方案，输入装置10包括输入断路器1、变压器和旁路开关7；输出装置20包括输出断路器6和输出变压器5；电网适应性装置30包括双向变流器3；高、低电压穿越装置40包括晶闸管阀组42；控制、检测装置50包括上位机和主控单元；同样，旁路开关7既能设置在输入装置10中，也能设置在输出装置20中。

对于实施例3的方案，输入装置10包括输入断路器1、变压器和旁路开关7；输出装置20包括输出断路器6和输出变压器5；电网适应性装置30包括双向变流器3和晶闸管阀组43；高、低电压穿越装置40包括晶闸管阀组42；控制、检测装置50包括上位机和主控单元；同样，旁路开关7既能设置在输入装置10中，还能设置输出装置20中。

所述上位机是电脑操作终端，所述主控单元是数字控制芯片。

本发明所述新能源一体化并网测试装置根据实际情况来确定输入断路器1、输出断路器6和待测装置9的类型。

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，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims (6)

1.新能源一体化并网测试装置，包括输入断路器(1)、输入变压器(2)、双向变流器(3)、电压调节器(4)、输出变压器(5)、输出断路器(6)、旁路开关(7)、外部电源（8）、待测装置（9），其特征在于，所述输入断路器（1）连接输入变压器（2），所述输入变压器（2）并列连接双向变流器（3）和电压调节器（4），在所述双向变流器（3）和电压调节器（4）的输出端连接输出变压器（5），所述输出变压器（5）与输出断路器（6）连接，在所述输出断路器（6）与输入断路器（1）之间设有旁路开关（7），所述输入断路器（1）连接外部电网（8），所述输出断路器（5）与待测装置（9）相连。

2.根据权利要求1所述的新能源一体化并网测试装置，其特征在于，所述电压调节器（4）是变压器型调节器。

3.根据权利要求1所述的新能源一体化并网测试装置，其特征在于，所述待测装置（9）是风力发电机组。

4.根据权利要求1所述的新能源一体化并网测试装置，其特征在于，所述待测装置（9）是光伏发电站。

5.根据权利要求1所述的新能源一体化并网测试装置，其特征在于，所述输入变压器（2）是多抽头输入变压器。

6.根据权利要求1所述的新能源一体化并网测试装置，其特征在于，所述输出变压器（5）是多抽头输出变压器。

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