CN103995201A - 一种风电机组孤岛测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组孤岛测试装置，该装置位于风电机组出口变压器高压侧和电网之间；所述装置包括可调式变压器、智能负载、并网断路器、负载断路器、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网断路器连接电网，并依次通过负载断路器和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据可实时传入远程监控系统。本发明提供一种移动式中压型风电机组孤岛测试装置，该测试装置可在风电机组出口变压器高压侧在线模拟发生孤岛现象的条件，通过对测试过程的在线采集和分析，实现对风电机组的孤岛能力进行试验与检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，具体涉及一种移动式中压型风电机组孤岛测试装置。
背景技术
随着我国大型风电基地的建设和风电装机规模的不断扩大，风电在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大，大规模风电并网运行对电力系统安全稳定运行产生一定的影响。
孤岛现象即当电网由于故障中断供电时，发电系统仍向周围的负载供电。随着风电并网比例的不断增加，单台风电机组的容量变大并逐步投入运行，风电发生孤岛的概率会不断升高。目前大容量的风电机组大多采用直驱(半直驱)型风电机组，直驱(半直驱)型风电机组其通过全功率变流器与电网完全隔离，而与全功率变流器与电网的完全隔离，是发生孤岛运行的一个十分必要的条件。而发生孤岛的另一个条件是风电机组提供的功率与负载需求功率相匹配。对于大规模远距离输电来说，负载与发电能力相差较大，很难达到匹配，但是随着海上风电的发展，及许多地区采取就近消纳的原则，要达到匹配条件的可能性还是很大的。另一方面，近年来越来越多的目光投入到微电网中，然而在微电网情况下，一些不允许中断对负载供电的情况下，就需要供电不间断的转换，即从并网运行模式平稳转换到孤岛运行模式。因此，风电机组的孤岛能力因包括，防孤岛运行能力及孤岛运行能力。
目前，对于风电机组的并网特性已有不少研究，包括电能质量，有功/无功控制，低电压穿越等，并已具备相应的检测手段，但是对于风电机组孤岛能力的检测研究较少，同时也缺少相应的检测装置及检测手段。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种移动式中压型风电机组孤岛测试装置，该测试装置可在风电机组出口变压器高压侧在线模拟发生孤岛现象的条件，通过对测试过程的在线采集和分析，实现对风电机组的孤岛能力进行试验与检测。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种风电机组孤岛测试装置，所述孤岛测试装置位于风电机组出口变压器高压侧和电网之间；所述装置包括可调式变压器、智能负载、并网断路器、负载断路器、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网断路器连接电网，并依次通过负载断路器和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据实时传入远程监控系统。
所述可调式变压器采用干式变压器；为适应不同电压等级，干式变压器采用多电压等级抽头方式，其低压侧电压为400V，高压侧电压等级选择10kV或35kV，各电压等级变化范围为±5％，并通过抽头调节。
所述可调式变压器的技术参数包括额定容量、高压侧电压等级、空载损耗、负荷损耗、空载电流和绕组电阻不平衡率；所述额定容量、空载损耗、负荷损耗和空载电流分别为2MVA、4.5kW、19kW和0.6％，绕组线电阻不平衡率小于2％，绕组相电阻不平衡率小于4％。
所述智能负载为在线自动调节智能负载，在线自动调节智能负载每相均包括依次串联的电感、电容和电阻。
所述智能负载的技术参数包括额定电压、额定频率、频率运行范围、电阻负载容量、感性负载容量和容性负载容量，分别为400V、50Hz、45Hz～66Hz、0.1kW～2MW、0.1kVA～1MVA、-0.1kVA～-1MVA。
所述高压断路器和负载断路器均采用机械式气体绝缘开关，机械式气体绝缘开关的高压带电部分安装在密封的六氟化硫气体中。
所述就地监控包括就地控制系统、就地采集系统和安全链系统；所述就地控制系统实现对孤岛测试装置各功能的操作，并通过与就地采集系统数据信号交互，对孤岛测试装置进行控制；所述就地采集系统实现对各采集点数据及孤岛测试装置运行状态量的采集和计算；所述安全链系统对孤岛测试装置进行安全监控，保证整个测试过程中人员及孤岛测试装置的安全。
所述就地监控系统通过光纤或网线连接远程监控系统，两者之间进行信息交互，通过远程监控系统实时显示，并实现孤岛测试装置各功能的远程操作。
所述可调式变压器用于调节不同类型风电机组并网接入点电压，使得孤岛测试点更接近风电场并网点或分布式风电机组的负载端；所述智能负载用于匹配负载，使得负载与风电机组的输出功率匹配，通过自动调节或手动输入调节，匹配至所需负载值；所述并网断路器和负载断路器配合动作，并网断路器的作用是当风电机组与智能负载匹配时，断开并网开关，使得风电机组进入孤岛检测状态，所述负载断路器的作用是测试时进入匹配负载与风电机组输出功率状态，不进行测试时，负载断路器断开，风电机组正常运行；就地监控平台和远程监控系统对孤岛测试装置及进行监控。
所述可调式变压器、并网断路器和负载断路器均位于变压器及开关室，所述智能负载和就地监控平台分别位于负载室和监控室。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)更加接近于并网点或用户端：测试装置实现在风电机组出口变压器高压侧进行测试，更加接近风电场并网点或就地负荷，实现测试期间与电网或负荷完全断开，提高测试期间的安全性。
(2)真实模拟孤岛现象：通过可调式智能负载，真实模拟孤岛发生现象，并且可匹配风电机组不同功率段输出，更加全面的反映风电机组的孤岛/防孤岛运行能力。
(3)多电压等级，可移动式，满足在不同地理环境、电气环境下开展现场测试的需求。
附图说明
图1是本发明实施例中移动式中压型风电机组孤岛测试原理图；
图2是本发明实施例中孤岛测试过程开关动作时序图；
图3是本发明实施例中可调式智能负载接线图；
图4是本发明实施例中就地监控平台结构图；
图5是本发明实施例中移动式中压型风电机组孤岛测试装置布局图；
图6是本发明实施例中孤岛功能测试功率波形图；
图7是本发明实施例中防孤岛功能测试功率波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种风电机组孤岛测试装置，所述孤岛测试装置位于风电机组出口变压器高压侧和电网之间；所述装置包括可调式变压器、智能负载、并网断路器CB1、负载断路器CB2、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网断路器CB1连接电网，并依次通过负载断路器CB2和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据实时传入远程监控系统。
所述可调式变压器采用干式变压器；为适应不同电压等级，干式变压器采用多电压等级抽头方式，其低压侧电压为400V，高压侧电压等级选择10kV或35kV，各电压等级变化范围为±5％，并通过抽头调节。为减小谐波对测试结果的影响，变压器的连接组别选择DYn11连接方式。主要技术指标参数表如表1所示。
表1
| 技术参数 | 对应值 |
| 额定容量 | 2MVA |
| 高压侧电压等级 | 35kV/10kV |
| 空载损耗 | 4.5kW |
| 负载损耗 | 19kW |
| 空载电流 | 0.6％ |
| 绕组电阻不平衡率 | 线：<2％,相：<4％ |
所述可调式变压器的技术参数包括额定容量、高压侧电压等级、空载损耗、负荷损耗、空载电流和绕组电阻不平衡率；所述额定容量、空载损耗、负荷损耗和空载电流分别为2MVA、4.5kW、19kW和0.6％，绕组线电阻不平衡率小于2％，绕组相电阻不平衡率小于4％。
通过调节智能负载的有功消耗情况及无功吸收或发送情况，使得被测风电机组与智能负载之间达到一个功率平衡。智能负载的示意图如图3所示，智能负载消耗的有功、无功功率连续可调。智能负载主要技术指标参数表如表2所示。
表2
| 技术参数 | 对应值 |
| 额定电压 | 400V |
| 额定频率 | 50Hz |
| 频率运行范围 | 45Hz‐66Hz |
| 电阻负载容量 | 0.1kW～2MW |
| 感性负载容量 | 0.1kVA～1MVA |
| 容性负载容量 | ‐0.1kVA～‐1MVA |
风电机组在孤岛运行下，频率不稳定，因此智能负载应考虑在宽频率范围内正常运行；另外测试点选在风电机组高压侧，需考虑风电机组出口变压器及设备可调式变压器对测试的影响。针对以上可能对测试结果产生影响的因素，通过仿真及试验计算得出智能负载在各功率下对应的电阻，电感，电容参数，如表3所示。
表3
| 功率(MW/Mvar) | 电阻(Ω) | 电感(mH) | 电容(F) |
| 0.1 | 0.658 | 2.330 | 0.005 |
| 0.2 | 0.295 | 1.043 | 0.012 |
| 0.3 | 0.190 | 0.672 | 0.019 |
| 0.4 | 0.140 | 0.495 | 0.025 |
| 0.5 | 0.111 | 0.392 | 0.032 |
| 0.6 | 0.092 | 0.325 | 0.039 |
| 0.7 | 0.078 | 0.277 | 0.045 |
| 0.8 | 0.068 | 0.242 | 0.052 |
| 0.9 | 0.061 | 0.214 | 0.058 |
| 1 | 0.054 | 0.192 | 0.065 |
| 1.1 | 0.049 | —— | —— |
| 1.2 | 0.045 | —— | —— |
| 1.3 | 0.042 | —— | —— |
| 1.4 | 0.039 | —— | —— |
| 1.5 | 0.036 | —— | —— |
| 1.6 | 0.034 | —— | —— |
| 1.7 | 0.032 | —— | —— |
| 1.8 | 0.030 | —— | —— |
| 1.92 | 0.0280.027 | ———— | ———— |
所述智能负载为在线自动调节智能负载，在线自动调节智能负载每相均包括依次串联的电感、电容和电阻。
所述智能负载的技术参数包括额定电压、额定频率、频率运行范围、电阻负载容量、感性负载容量和容性负载容量，分别为400V、50Hz、45Hz～66Hz、0.1kW～2MW、0.1kVA～1MVA、-0.1kVA～-1MVA。
所述高压断路器和负载断路器CB2均采用机械式气体绝缘开关，为保证足够的绝缘强度，机械式气体绝缘开关的高压带电部分安装在密封的六氟化硫气体中。有效的防止来自外界的污秽、潮气、异物及其他有害影响，减小了开关柜的体积，以保证设备的集成性，灵活性，及稳定性。
如图4，就地监控包括就地控制系统、就地采集系统和安全链系统；所述就地控制系统实现对孤岛测试装置各功能的操作，并通过与就地采集系统数据信号交互，对孤岛测试装置进行控制；所述就地采集系统实现对各采集点数据及孤岛测试装置运行状态量的采集和计算；所述安全链系统对孤岛测试装置进行安全监控，保证整个测试过程中人员及孤岛测试装置的安全。
所述就地监控系统通过光纤或网线连接远程监控系统，两者之间进行信息交互，通过远程监控系统实时显示，并实现孤岛测试装置各功能的远程操作。
所述可调式变压器用于调节不同类型风电机组并网接入点电压，使得孤岛测试点更接近风电场并网点或分布式风电机组的负载端；所述智能负载用于匹配负载，使得负载与风电机组的输出功率匹配，通过自动调节或手动输入调节，匹配至所需负载值；所述并网断路器CB1和负载断路器CB2配合动作，并网断路器CB1的作用是当风电机组与智能负载匹配时，断开并网开关，使得风电机组进入孤岛检测状态，所述负载断路器CB2的作用是测试时进入匹配负载与风电机组输出功率状态，不进行测试时，负载断路器CB2断开，风电机组正常运行；就地监控平台和远程监控系统对孤岛测试装置及进行监控。
如图5，所述可调式变压器、并网断路器CB1和负载断路器CB2均位于变压器及开关室，所述智能负载和就地监控平台分别位于负载室和监控室。
实施例
测试在35kV中压电网侧进行，断开风电机组升压变压器高压侧接线，将风电机组孤岛测试装置串联接入风电机组出口变压器高压侧与接入电网之间，实现孤岛及防孤岛运行特性的试验检测，测试过程中测试设备及风电机组的输出特性如下：
(1)测试系统设定为孤岛运行测试，负载消耗功率设定值为450kW。负载匹配后，断开并网断路器CB1，实测风电机组输出功率P_wec及负载消耗功率P_load波形如图6所示。
(2)测试系统设定为防孤岛运行测试，负载消耗功率设定值为300kW。负载匹配后，断开并网断路器CB1，实测风电机组输出功率P_wec及负载消耗功率P_load波形如图7所示。
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 (10)
1.一种风电机组孤岛测试装置，所述孤岛测试装置位于风电机组出口变压器高压侧和电网之间；其特征在于：所述装置包括可调式变压器、智能负载、并网断路器、负载断路器、就地监控平台和远程监控系统；风电机组出口变压器高压侧通过并网断路器连接电网，并依次通过负载断路器和可调式变压器连接智能负载，所述就地监控平台对孤岛测试装置进行就地监控，并将采集到的数据实时传入远程监控系统。
2.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述可调式变压器采用干式变压器；为适应不同电压等级，干式变压器采用多电压等级抽头方式，其低压侧电压为400V，高压侧电压等级选择10kV或35kV，各电压等级变化范围为±5％，并通过抽头调节。
3.根据权利要求1或2所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述可调式变压器的技术参数包括额定容量、高压侧电压等级、空载损耗、负荷损耗、空载电流和绕组电阻不平衡率；所述额定容量、空载损耗、负荷损耗和空载电流分别为2MVA、4.5kW、19kW和0.6％，绕组线电阻不平衡率小于2％，绕组相电阻不平衡率小于4％。
4.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述智能负载为在线自动调节智能负载，在线自动调节智能负载每相均包括依次串联的电感、电容和电阻。
5.根据权利要求1或4所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述智能负载的技术参数包括额定电压、额定频率、频率运行范围、电阻负载容量、感性负载容量和容性负载容量，分别为400V、50Hz、45Hz～66Hz、0.1kW～2MW、0.1kVA～1MVA、-0.1kVA～-1MVA。
6.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述高压断路器和负载断路器均采用机械式气体绝缘开关，机械式气体绝缘开关的高压带电部分安装在密封的六氟化硫气体中。
7.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述就地监控包括就地控制系统、就地采集系统和安全链系统；所述就地控制系统实现对孤岛测试装置各功能的操作，并通过与就地采集系统数据信号交互，对孤岛测试装置进行控制；所述就地采集系统实现对各采集点数据及孤岛测试装置运行状态量的采集和计算；所述安全链系统对孤岛测试装置进行安全监控，保证整个测试过程中人员及孤岛测试装置的安全。
8.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述就地监控系统通过光纤或网线连接远程监控系统，两者之间进行信息交互，通过远程监控系统实时显示，并实现孤岛测试装置各功能的远程操作。
9.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述可调式变压器用于调节不同类型风电机组并网接入点电压，使得孤岛测试点更接近风电场并网点或分布式风电机组的负载端；所述智能负载用于匹配负载，使得负载与风电机组的输出功率匹配，通过自动调节或手动输入调节，匹配至所需负载值；所述并网断路器和负载断路器配合动作，并网断路器的作用是当风电机组与智能负载匹配时，断开并网开关，使得风电机组进入孤岛检测状态，所述负载断路器的作用是测试时进入匹配负载与风电机组输出功率状态，不进行测试时，负载断路器断开，风电机组正常运行；就地监控平台和远程监控系统对孤岛测试装置及进行监控。
10.根据权利要求1所述的风电机组孤岛测试装置，其特征在于：所述可调式变压器、并网断路器和负载断路器均位于变压器及开关室，所述智能负载和就地监控平台分别位于负载室和监控室。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |