CN104124916B - 高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，该套检测设备采用车载集装箱的结构，采用高度集成的设计集中在3个集装箱内，分别为开关柜车、35kV电抗器车和10kV电抗器车，集装箱为标准尺寸，满足运输限制要求，另外有一套集控车搭载总体控制整个设备的控制系统。该设备可以对光伏电站进行低电压穿越检测能力检测，同时可以辅助进行风电低电压穿越试验，可以完成风电和光伏两种不同控制系统的切换，覆盖范围广，适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电站电网故障模拟系统的移动式检测，尤其涉及一种高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备。
背景技术
近年来，我国大力支持发展新能源技术，随着太阳能光伏发电装机比例的快速增加，同风力发电机组一样，电力系统对接入电网的大中型光伏电站在电网发生暂态故障时的运行能力提出了要求，国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》明确要求大中型光伏电站具备低电压穿越能力。
随着光伏并网检测试验的不断进行，目前适用于高海拔地区的光伏并网检测设备是是基于电力电子设备，通过对电力电子元器件的控制，改变输出电压的幅值，模拟电网电压的故障状态，根据各个电站的实际接线方式，选择不同的接线方式，将所用的测试设备串接在电站的逆变器与主母线之间，通过对电力电子设备的控制，对所测试的逆变器进行测试。
电力电子元件由于其本身的特性，必将产生谐波，无法实际体现电网的真实特性；另外电网故障将会产生故障电流，而基于电力电子设备所构建的检测设备无法真实的模拟电网故障时的真实状态。
目前国内针对高海拔地区大规模并网光伏电站的电网故障模拟测试中，基于阻抗分压为原理进行设计与制造的检测设备的研制目前还处于入门阶段，在该套设备之前还没有相关领域的研究。
有鉴于此，本发明提供一种高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，以满足实际应用需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了更好的模拟电网故障时的状态，将最真实的电网故障状态进行实时的模拟，设计和制造了基于电抗器系统为主要设备，通过电抗器阻抗分压原理进行系统的构建，从而更真实的体现电网故障状态，对电网故障模拟系统的实时控制模拟不同的电网故障状态，从而能更真实的对逆变器进行考验，使逆变器能更加适应电网的不同状态，保证电网安全与稳定。
本发明所采用的技术方案是： 一种高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，该套检测设备采用车载集装箱的结构，采用高度集成的设计集中在3个集装箱内，分别为开关柜车、35kV电抗器车和10kV电抗器车，集装箱为标准尺寸，满足运输限制要求，另外有一套集控车搭载总体控制整个设备的控制系统，其特征在于：
开关柜车对外由15根35kV电缆对外连接，其中：3根进线接口，接光伏电站网侧；3根出线接口，接入被测设备；9根接入35kV电缆与电抗器车连接：3根35kV电缆接入电抗器车限流电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车短路电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车测试点接口；开关柜车预留零线和地线接口，用于对地跌落试验和接地连接；
开关柜车与电抗器车之间二次电气连接，包括：2根32芯航插电缆A、B，用以控制分接开关信号、24V电源和温湿度通讯；1根4芯航插电缆C，用以给电抗器车辅助供电；
开关柜车与集控车之间的二次电气连接，包括：1根32芯航插电缆D，用以控制柜指示灯、开关信号和通讯；1根4芯航插电缆E，用以给集控车辅助供电；1根6芯航插电缆F和1根6芯航插电缆G，用以CT和PT信号传输；一根4芯二次电源航插，用以从接入变电站二次电源，给系统提供总的二次电源；1根网线接入集控车，用以集控车对故障模拟系统的控制操作。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，其特征在于，开关柜车内部主要设备如下：（1）7台开关柜，包括CB1~CB4共4台断路器和相关PT柜组成，断路器内置综合保护装置，用以电压跌落试验时限流电抗器和短路电抗器投入和切出；（2）4台接触器，包括K1~K4接触器，用以不同短路跌落方式自动切换；（3）1台控制柜，用以整套故障模拟系统的综合控制和通信；（4）1台电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；（5）1个配电箱，用以整套故障模拟系统全部二次配电；（6）15个T形头接口，包括：3相进线接口，用以接光伏电站；3相出线接口：接入被测设备；3相接入电抗器车限流电抗接口；3相接入电抗器车短路电抗接口；3相接入电抗器车测试点接口；零线和地线接口；（7）相关辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，其特征在于，35kV电抗器车内部主要设备如下：（1）电抗器，包括：3台480mH电抗器、3台200mH电抗器；（2）相关底座、支柱绝缘子和固定设备；（3）3支避雷器；（4）6支红外检测仪，用以检测车内6台电抗器温度，温度值通过通信传输给人机界面；（5）分接开关，专门针对该故障模拟系统项目设计的分接开关，由三台分接开关合并连接而成；（6）分接开关配套的固定支架；（7）电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；（8）配电箱，用以电抗器车的二次辅助配电；（9）9个T形头接口，包括：3相接入电抗器车限流电抗接口、3相接入电抗器车短路电抗接口、3相接入电抗器车测试点接口；（10）相关辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器、防务闭锁装置。
如上所述的高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，其特征在于，10kV电抗器车内部主要设备与35kV电抗器车的内部设备相同，不同之处在于，10kV电抗器车内部的电抗器，包括：3台75mH电抗器、3台30mH电抗器。
本发明的有益效果是：本发明的主要技术特点及技术改进体现在：
1.结构进行优化，该系统主要针对高海拔地区的地理与环境特点，在结构上进行优化，采用密封式的试验环境，所有敞开式部分均加装密封条，密封圈进行密封，加强了环境适应性，减少了环境对测试的影响。
2.接线方式优化，采用冷缩钢板进行固定，将设备的内部电缆线与外部连接线通过冷缩固定钢板进行固定，统一接线，统一安装，优化了设备的布线结构，避免的线路的交叉互联，减少了电缆连接因错综复杂导致接线错误从而引发事故的概率。减少了试验人员的接线工作量，从而提升了工作效率。
3.加强了设备的抗绝缘能力，由于该移动式检测设备主要用于高海拔地区，其绝缘水平受到严格考核，该套移动式检测设备通过现场实际检测，对设备的绝缘性能进行了进一步加强，对各个连接点进行绝缘包覆，增强了设备的绝缘能力。在电抗器各个分接抽头处加装避雷器，在有限的空间内，对位置进行进行调整，加装避雷器，使移动检测设备具有更可靠的保护功能。
附图说明
图1为本发明高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备检测原理图。
图2为开关柜车内部布置图。
图3为35kV电抗器车及10kv电抗器车内部布置图。
图4为故障模拟系统对外一次、二次电气连接。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
本发明的高海拔地区并网逆变器电网故障模拟系统移动检测设备，应用于4000米以下高海拔大中型光伏电站的移动检测，满足大容量光伏电站现场检测的要求，能够模拟电网稳态时的电压扰动，检测光伏电站适应电网故障的能力。
高海拔地区并网逆变器电网故障模拟系统移动检测设备原理拓扑如图1所示，虚线框内为检测设备，其中CB1为进线开关，CB2为旁路开关，CB3为短路开关，Xsr、Xsc分别为限流电抗和短路电抗。
检测设备串联接入被测光伏电站。装置工作在旁路状态时，CB1、CB2闭合，CB3断开，光伏单元正常发电；装置工作在试验状态时，断开CB2，将限流电抗Xsr投入，然后闭合CB3，将短路电抗Xsc投入，测试点B的电压变为限流电抗与短路电抗的分压，实现模拟电压跌落，通过改变B点不同范围内的跌落来检验被测光伏单元的低电压穿越特性。
该套检测设备采用车载集装箱的结构，成套装置采用高度集成的设计集中在3个集装箱内，分别为开关柜车、35kV电抗器车和10kV电抗器车。集装箱为标准尺寸，满足运输限制要求。另外有一套集控车搭载总体控制整个设备的控制系统。
如图2所示，开关柜车内部主要设备如下：
（1）7台开关柜，包括CB1~CB4共4台断路器和相关PT柜组成，断路器内置综合保护装置，用以电压跌落试验时限流电抗器和短路电抗器投入和切出；
（2）4台接触器，包括K1~K4接触器，用以不同短路跌落方式自动切换；
（3）1台控制柜，用以整套故障模拟系统的综合控制和通信；
（4）1台电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；
（5）1个配电箱，用以整套故障模拟系统全部二次配电；
（6）15个T形头接口，包括：3相进线接口，用以接光伏电站；3相出线接口：接入被测设备；3相接入电抗器车限流电抗接口；3相接入电抗器车短路电抗接口；3相接入电抗器车测试点接口；零线和地线接口；
（7）相关辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器。
如图3所示，35kV电抗器车内部主要设备如下：
（1）电抗器，包括：3台480mH电抗器、3台200mH电抗器；
（2）相关底座、支柱绝缘子和固定设备；
（3）3支避雷器；
（4）6支红外检测仪，用以检测车内6台电抗器温度，温度值通过通信传输给人机界面；
（5）分接开关，专门针对该故障模拟系统项目设计的分接开关，由三台分接开关合并连接而成；
（6）分接开关配套的固定支架；
（7）电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；
（8）配电箱，用以电抗器车的二次辅助配电；
（9）9个T形头接口，包括：3相接入电抗器车限流电抗接口、3相接入电抗器车短路电抗接口、3相接入电抗器车测试点接口；
（10）相关辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器、防务闭锁装置。
如图3所示，10kV电抗器车内部主要设备与35kV电抗器车的内部设备相同，不同之处在于，10kV电抗器车内部的电抗器，包括：3台75mH电抗器、3台30mH电抗器。
如图4所示，为故障模拟系统对外一次、二次电气连接。一次电气连接为：开关柜车对外由15根35kV电缆对外连接，其中：3根进线接口，接光伏电站网侧；3根出线接口，接入被测设备；9根接入35kV电缆与电抗器车连接：3根35kV电缆接入电抗器车限流电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车短路电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车测试点接口。开关柜车预留零线和地线接口，用于对地跌落试验和接地连接。
二次电气连接为：开关柜车与电抗器车之间二次电气连接，包括：2根32芯航插电缆A、B，用以控制分接开关信号、24V电源和温湿度通讯；1根4芯航插电缆C，用以给电抗器车辅助供电。
开关柜车与集控车之间的二次电气连接，包括：1根32芯航插电缆D，用以控制柜指示灯、开关信号和通讯；1根4芯航插电缆E，用以给集控车辅助供电；1根6芯航插电缆F和1根6芯航插电缆G，用以CT和PT信号传输；一根4芯二次电源航插，用以从接入变电站二次电源，给系统提供总的二次电源；1根网线接入集控车，用以集控车对故障模拟系统的控制操作。
本发明的高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备的特点以及能实现的功能有：
a、能完成移动式低电压穿越检测，测试点共5个，能够在0%、20%UN、20%UN ~50%UN、50%UN ~75%UN、75%UN ~90%UN范围进行电压跌落，且跌落深度步距应控制在5%Un，电压跌落精度应控制在≤±2%Un，跌落对系统侧电压影响低于5%Un。
b、该系统采用全自动化设计，具备流程化测试功能。无需人工进行电抗器接线，在任意跌落深度进行低电压穿越实验时，可通过控制界面自动实现电抗器接线，增强试验的安全可靠性。
c、系统应能实现三相对称跌落试验、两相相间不对称跌落、在升压变副边为星形接地的条件下，实现单相接地不对称跌落。
d、系统可以对光伏电站进行低电压穿越检测能力，同时可以辅助进行风电低电压穿越试验，控制界面可以完成风电和光伏两种不同控制系统的切换，覆盖范围广，适应性强。
e、系统应满足10kV、35kV电压等级、容量在5MW以上光伏电站的检测要求。
f、系统的测试分辨率高，满足GB/T
19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》及其配套的检测规程中低电压穿越测试要求。
g、结构上进行改进，加强设备的密封性，使移动式检测设备能更加适应恶劣的气候与环境，增强了设备的可靠运行能力。
h、优化了接线方式，避免了移动式检测设备内部接线的复杂性，减少了电缆线路的交叉连接，从而减小了误接线的几率，从而提高了设备的运行可靠性。另外，统一接线，减少了工作量，提高了工作效率。
i、增强的设备的抗绝缘性能。在移动式检测设备内部元件电抗器的各个抽头处均加装了避雷器，并对各个接线端进行了绝缘包覆处理，从而加强了设备的绝缘能力，加装了可靠的保护，提高了设备稳定、可靠运行能力。
具体试验时的操作步骤如下：
操作台和控制柜上都有“调试/试验”旋钮、“启动/停止”旋钮、“急停”按钮，“调试/试验”旋钮的组合如表1所示，“启动/停止”旋钮的组合如表2所示，“急停”按钮的组合如表3所示。
表1 “调试/试验”旋钮
| 序号 | 控制柜 | 操作台 | 对应功能 |
| 1 | 调试 | 调试 | 调试 |
| 2 | 调试 | 试验 | 试验 |
| 3 | 试验 | 调试 | 试验 |
| 4 | 试验 | 试验 | 试验 |
表2 “启动/停止”旋钮
| 序号 | 控制柜 | 操作台 | 对应功能 |
| 1 | 停止 | 停止 | 停止 |
| 2 | 停止 | 启动 | 启动 |
| 3 | 启动 | 停止 | 启动 |
| 4 | 启动 | 启动 | 启动 |
表3 “急停”按钮
| 序号 | 控制柜 | 操作台 | 对应功能 |
| 1 | 未急停 | 未急停 | 未急停 |
| 2 | 未急停 | 急停 | 急停 |
| 3 | 急停 | 未急停 | 急停 |
| 4 | 急停 | 急停 | 急停 |
调试态：调试态下，操作员可控制4个断路器的分合、4个接触器的分合以及三个分接开关的调档，点击“遥控合”或“遥控分”即可。
停机态：停机态下，所有的断路器和接触器都会处于断开状态。
待机态：待机态下，设置跌落时间、跌落深度、跌落方式，跌落深度的每次设置需等待分接开关已调节到位，否则可能会造成分接开关卡住。若分接开关调档过程中卡住了，则会进入分接开关卡态。
试验态：试验态下，所有的操作都是自动进行，不需人为干预，除了按“停止”按钮。
分接开关卡态：分接开关卡态下，需手动强制分接开关到位，再按“故障复归”按钮即可返回待机态。
故障态：故障态下，PLC会分断所有断路器和接触器。
系统实验按照以下流程：
1）检测车主回路未通电前，先进入调试态，测试断路器、接触器和分接开关是否动作良好，在测试完毕主回路通电后，请不要再进入调试态；
2）主回路上电后，系统处于停机态，请查看综保的模拟采集量是否正常；
3）一切正常，进入待机态后，设置跌落时间、跌落深度、跌落方式，等待分接开关调节到位，当分接开关调节到位后，即可点击“试验”按钮开始试验。若分接开关出现卡住现象，则手动强制分接开关到位，然后点击“故障复归”按钮；
4）一次试验自动完成后会返回待机态，重新设置跌落时间、跌落深度、跌落方式，等待分接开关调节到位，当分接开关调节到位后，即可点击“试验”按钮开始再一次试验；
5）所有试验完成后，在待机态下点击“停止”按钮，即进入停机态。确认断路器都分闸后即可断开主回路供电；
6）当运行过程中进入故障态后，请确定故障原因，排查完毕后即可点击“故障复归”按钮回到停机态；
7）在其它状态下（除了调试态），后台界面上仍可操作断路器或接触器的遥控分或遥控合，但PLC不会响应。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (1)
1.一种高海拔光伏电站电网故障模拟测试系统移动检测设备，所述检测设备采用车载集装箱的结构，采用高度集成的设计集中在3个集装箱内，分别为开关柜车、35kV电抗器车和10kV电抗器车，集装箱为标准尺寸，满足运输限制要求，另外有一套集控车搭载总体控制整个设备的控制系统，其特征在于：
开关柜车对外由15根35kV电缆对外连接，其中：3根进线接口，接光伏电站网侧；3根出线接口，接入被测设备；9根接入35kV电缆与电抗器车连接：3根35kV电缆接入电抗器车限流电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车短路电抗接口；3根35kV电缆接入电抗器车测试点接口；开关柜车预留零线和地线接口，用于对地跌落试验和接地连接；
开关柜车内部主要设备如下：（1）7台开关柜，包括CB1~CB4共4台断路器和相关PT柜组成，断路器内置综合保护装置，用以电压跌落试验时限流电抗器和短路电抗器投入和切出；（2）4台接触器，包括K1~K4接触器，用以不同短路跌落方式自动切换；（3）1台控制柜，用以整套故障模拟系统的综合控制和通讯；（4）1台电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；（5）1个配电箱，用以整套故障模拟系统全部二次设备配电；（6）15个T形头接口，包括：3相进线接口，用以接光伏电站；3相出线接口：接入被测设备；3相接入电抗器车限流电抗接口；3相接入电抗器车短路电抗接口；3相接入电抗器车测试点接口；零线和地线接口；（7）辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器；
35kV电抗器车内部主要设备如下：（1）电抗器，包括：3台480mH电抗器、3台200mH电抗器；（2）底座、支柱绝缘子和固定设备；（3）3支避雷器；（4）6支红外检测仪，用以检测车内6台电抗器温度，温度值通过通信传输给人机界面；（5）分接开关，专门针对该故障模拟系统项目设计的分接开关，由三台分接开关合并连接而成；（6）分接开关配套的固定支架；（7）电缆卷盘，用以自动收放试验电缆；（8）配电箱，用以电抗器车的二次辅助配电；（9）9个T形头接口，包括：3相接入电抗器车限流电抗接口、3相接入电抗器车短路电抗接口、3相接入电抗器车测试点接口；（10）辅助设备，包括：照明：前照明、后照明、应急灯照明；加热器：共4台加热器；风扇：前风扇、后风扇；温湿度检测仪、烟雾报警器、防务闭锁装置；
10kV电抗器车内部主要设备与35kV电抗器车的内部设备相同，不同之处在于，10kV电抗器车内部的电抗器，包括：3台75mH电抗器、3台30mH电抗器；
开关柜车与电抗器车的二次设备之间电气连接，包括：2根32芯航插电缆A、B，用以控制分接开关信号、24V电源和温湿度检测仪通讯；1根4芯航插电缆C，用以给电抗器车辅助供电；
开关柜车与集控车的二次设备之间电气连接，包括：1根32芯航插电缆D，用以控制柜指示灯、开关信号和通讯；1根4芯航插电缆E，用以给集控车辅助供电；1根6芯航插电缆F和1根6芯航插电缆G，用以CT和PT信号传输；一根4芯航插二次电源，用以从变电站接入二次电源，给系统提供总的二次电源；1根网线接入集控车，用以集控车对故障模拟系统的控制操作。
Priority Applications (1)
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