发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了填补现有技术的空白,本发明设计了高海拔地区并网光伏逆变器电网扰动模拟测试系统的移动式检测设备,依据海拔4000m设计,能够满足该海拔之下的所有逆变器的并网扰动性能测试。
本发明所采用的技术方案是:一种高海拔光伏电站电网扰动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,分别为集控及变压器集装箱、降压变压器集装箱、升压变压器集装箱,集装箱为标准尺寸,满足运输限制要求,其特征在于:
集控及变频器集装箱内部放置集控操作台、低压配电柜、低压变频器及水冷装置,集装箱内侧的固定安装架上固定18个一次接口,用于和变压器集装箱进行外部线路连接;
降压变压器集装箱内部放置降压变压器、中压开关柜以及配套的PT柜,集装箱尾部放置电缆卷盘,集装箱内侧的固定安装架上固定一二次电缆对外接口,用于和电站、集控及变频器集装箱连接;
升压变压器集装箱内部放置升压变压器、中压开关柜以及配套的PT柜,集装箱尾部放置电缆卷盘,集装箱内侧的固定安装架上固定一二次电缆对外接口,用于和电站、集控及变频器集装箱连接;
检测设备通过降压变压器将电网侧高压降低到低压,然后连接低压变频器,再通过升压变压器升高到高压侧,连接被测光伏电站。
如上所述的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,其特征在于,降压变压器的高压侧为35kV、10kV两种不同的电压等级,通过不同的抽头实现,低压侧为690V;升压变压器的低压侧为690V,高压侧为35kV、10kV两种不同的电压等级,通过不同的抽头实现。
如上所述的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,其特征在于,检测设备配置2套35kV开关,采用SF6开关柜,并且兼容35kV和10kV两种电压要求。
如上所述的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,其特征在于,中压开关柜内包含CT,PT单独放置在PT柜,PT具备35kV和10kV兼容测量;在升压变压器集装箱内,配置有2组PT,1组35kV PT,1组10kV PT,10kV PT连接在线路上。
如上所述的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,其特征在于,集控操作台上具有操作面板、PLC和微机后台,组成集控系统,用于整个电网扰动移动检测系统的监测与控制。
如上所述的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,其特征在于,集控及变频器集装箱、降压变压器集装箱和升压变压器集装箱内均安装烟雾报警装置,发生烟雾报警后,烟雾报警装置将报警信号传送到集控系统的PLC中,由PLC启动检测系统紧急停机流程。
本发明的有益效果是:本发明的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,应用于4000米以下高海拔大中型光伏电站的移动检测,能够满足容量1.5MW及以下光伏电站现场检测的要求,能够模拟电网稳态时的电压和频率扰动,检测光伏电站适应电网扰动的能力。
该检测设备采用电网模拟器作为频扰和高电压扰动源,同时实现频扰和高电压扰动等功能,操作简单,可靠性高。系统具有很高的电压调节范围,高电压扰动范围高达1.35PU,具有调整范围宽,测试灵活等特点。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。
与之前的检测设备相比较,该设备操作性更方便,操作更简便,可靠性高,精度高,可设计性更强。整个检测设备集装箱具备专业的抗震设计,适合西北荒漠化/半荒漠化地区开展光伏并网测试工作。
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。
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,满足容量1.5MW及以下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扰动的能力。
如图所示,本检测设备直接和35kV或10kV电网相连,经过网侧开关柜后通过降压变压器变到690V,经电网扰动装置后输出电压和频率可变的电压,然后通过升压变压器升压至35kV或10kV,通过机侧开关柜连接到被测光伏单元。电网扰动系统采用低压四象限背靠背变频器方式实现,整个检测设备通过集控系统实现系统的监控。
35kV或10kV电网系统进线通过内锥形插头接入网侧开关柜,开关柜内配置一组CT,CT有保护和测量两组抽头,保护抽头连接至综合保护装置,从开关柜出来后分接2路,1路去PT柜,1路去内部接线端子,从内部接线端子再连接降压变压器,从降压变压器出线侧连接集装箱内对外接口端子,从降压变压器集装箱对外接口端子连接690V电缆,连接变频器集装箱对外接口端子,从变频器的输出侧对外接口端子连接690V电缆,连接升压变压器对外接口电缆,升压变压器高压侧输出线通过内锥形插头接入机侧开关柜,并分接1路到PT柜,固定连接2组PT,1组35kV PT,1组10kV PT,10kV PT通过电动刀闸连接在线路上,机侧开关柜出线侧配置一组测量CT,从机侧开关柜的出线连接至降压变压器集装箱对外接口,通过对外接口连接电站电缆。
如图2所示,集控及变频器集装箱内部放置集控操作台、低压配电柜、低压变频器及水冷装置,集装箱内侧的固定安装架上固定18个一次接口,用于和变压器集装箱进行外部线路连接。此外在集控操作箱体内安装一台空调。
降压变压器集装箱内部放置降压变压器、中压开关柜以及配套的PT柜,集装箱尾部放置电缆卷盘,集装箱内侧的固定安装架上固定一二次电缆对外接口,用于和电站及变频器集装箱连接。内部布局图如图3所示。
升压变压器集装箱内部布置与降压变压器集装箱基本相同,内部放置升压变压器、中压开关柜以及配套的PT柜,集装箱尾部放置电缆卷盘,集装箱内侧的固定安装架上固定一二次电缆对外接口,用于和电站及变频器集装箱连接。内部布局图如图3所示。
本检测设备通过降压变压器将电网侧高压降低到低压,然后连接变频器,再通过升压变压器升高到高压侧,连接被测光伏电站。
因此本检测系统包含一台降压变压器和一台升压变压器。降压变压器的高压侧为35kV、10kV两种不同的电压等级,通过不同的抽头实现,低压侧为690V。升压变压器的低压侧为690V,高压侧为35kV、10kV两种不同的电压等级,通过不同的抽头实现。
对于高海拔应用,根据变压器国家标准中的规定需对绝缘水平及温升进行修正,由于绝缘水平的升高,变压器需采取适当增加高压线圈与低压线圈间的主空道距离,增加绝缘筒数量,增加高压线圈与铁芯轭部的距离,增加每相高压线圈间的间距等措施。对于车载情况,考虑到抗震因素,变压器铁心加强绑扎,同时将线圈与铁心之间撑紧,线圈上下部垫块采用橡胶垫进行减震,同时变压器整体采用合理的钢架固定,变压器具备一定的抗震能力。
检测设备配置2套35kV开关,由于本检测系统运行在4000米海拔,因此选择SF6开关柜,并且兼容35kV和10kV两种电压要求。
开关柜具体参数如下:
表1 开关柜参数表
变频电源容量1.5MW,网侧电压690V、机侧电压690V。电压调节到1.35UN需手动调节变压器抽头。不提供谐波输出功能,输出三相调节。
变频电源基本技术参数如下表所示:
表2 变频电源技术参数表
开关柜内包含CT,PT单独放置在PT柜。PT应具备35kV和10kV兼容测量,考虑到测量精度,在机侧配置2组PT,1组35kV PT,1组10kV PT,10kV PT连接在线路上。
35kV PT,测量额定电压为35kV,变比35kV:100V;
10kV PT,测量额定电压为10kV,变比10kV:100V;
10kV时,开关柜线路上的额定电流为86.61A,因此CT变比选择100:1。
检测设备的配电系统包括变频器集装箱、降压变集装箱和升压变集装箱的二次电源系统。配电系统的总体架构如图4所示,系统采用TT接线方式。
配电柜安装于变频器集装箱内,结构如图5所示,配电柜尺寸0.8米*0.6米*2.2米(宽X深X高)。
变频器集装箱二次电源容量如表3所示。
表3 变频器集装箱二次电源容量
设备 | 电源类型/功率 | 备注 |
变频器散热柜 | 380/2kW | 散热控制柜/散热风机 |
电加热器 | 220/1.5kW*3 | 散热片室一个、变频器室两个 |
空调 | 220/1kW | 集控室空调 |
集装箱照明 | 220/0.45kW | 3个应急防爆灯(100W)、3个普通照明灯(50W) |
变频器室换气扇 | 220/0.5kW | 一个250W共2个 |
集控平台 | 220/5kW | 电脑、PLC、备用电源插座 |
其他 | 220/0.2kW | 变频器室的温湿度控制器、烟雾报警器 |
总计 | 13.65kW | |
降压变集装箱二次电源容量如表4所示。
表4 降压变集装箱二次电源容量
设备 | 电源类型/功率 | 备注 |
降压变监控装置 | 220V/0.5kW | |
电加热器 | 220/2kW*3 | 电缆室1个、变压器室2个 |
开关柜二次用电功率 | 220/1kW | 综保装置、柜内加热、照明 |
集装箱照明 | 220/0.3kW | 两个应急防爆灯(100W)、两个普通照明灯(50W) |
电缆室换气扇 | 220/0.5kW | 一个250W共2个 |
变压器室散热风扇 | 380/1.5kW | 一个 |
电缆卷盘 | 380/2kW*2 | 两个卷盘 |
其他 | 220/0.2kW | 温湿度控制器、烟雾报警器 |
总计 | 14kW | |
升压变集装箱二次电源容量如表5所示。
表5升压变集装箱二次电源容量
设备 | 电源类型/功率 | 备注 |
升压变监控装置 | 220V/0.5kW | |
电加热器 | 220/2kW*3 | 电缆室1个、变压器室2个 |
开关柜二次用电功率 | 220/1kW | 综保装置、柜内加热、照明 |
集装箱照明 | 220/0.3kW | 两个应急防爆灯(100W)、两个普通照明灯(50W) |
电缆室换气扇 | 220/0.5kW | 一个250W共2个 |
变压器室散热风扇 | 380/1.5kW | |
电缆卷盘 | 380/2kW*2 | 两个卷盘 |
其他 | 220/0.2kW | 温湿度控制器、烟雾报警器 |
总计 | 14kW | |
集控系统由操作面板、PLC、微机后台组成,用于整个电网扰动移动检测系统的监测与控制,能够完成扰动检测操作,读取检测系统关键节点电气量信息,故障状态下通过急停按钮对检测系统进行紧急停机。集控系统结构原理图如图6所示。
集控操作台安装于集控及变频器集装箱内,尺寸1.8米*1.0米*1.6米(长X宽X高)。集控操作台用于安装操作面板、PLC和微机后台,摆放检测仪器(示波器、录波仪等)。操作面板上设置断路器远方操作把手、断路器位置指示灯、急停按钮以及35kV/10kV机侧电压、电流测量接口。操作面板布置示意图如图7所示。
PLC主要用于工业过程控制领域,能够提供大量可定义I/O接口,可靠性较高,并且通过扩展模块,可以支持各种现场总线。集控系统用PLC主要用于采集各子系统电气量信息,显示系统一、二次电气量信息。PLC功能结构图如图8所示。
降压变集装箱和升压变集装箱的高压开关柜上各装设一台测控、保护一体化微机保护装置,用于变压器的保护(变压器高压侧出口至变压器低压侧出口)和变压器高压侧的电压、电流测量,并支持远方遥控操作。
降压变保护:电流速断保护、过电流保护、非电量保护(变压器超温告警、变压器超温跳闸)
降压变测量:三相电压、三相电流、零序电压、零序电流、频率、有功、无功、功率因数。
升压变保护:过电流保护、非电量保护(变压器超温告警、变压器超温跳闸)。
升压变测量:三相电压、三相电流、零序电压、频率、有功、无功、功率因数。
变频器集装箱的变频电源室、降压变集装箱的变压器室和升压变集装箱的变压器室安装烟雾报警装置。发生烟雾报警后,烟雾报警装置将报警信号传送到集控系统的PLC中,由PLC启动检测系统紧急停机流程。
下面介绍本检测设备试验时的操作步骤。
操作台上有“CB1分合”旋钮、“CB2分合”旋钮、“试验/停止”旋钮、“故障复归”按钮、“急停”按钮。
停机态下,CB1和CB2都处于断开状态。旋转操作台上的“CB1分合”旋钮和“CB2分合”旋钮控制合闸CB1和CB2,系统即可进入待机态。
待机态下, 将“试验/停止”旋钮旋到试验位置,即给扰动发生器发出使能接点信号,扰动发生器具备开机条件,后台主界面上扰动发生器框会变成红色,点击该框,会弹出扰动发生器的专用控制软件。
试验态下,操作扰动发生器的专用控制软件,调整其输出电压和频率,模拟电网扰动,开始试验,软件的具体操作查看软件的操作说明书。
故障态下,PLC会分断CB1和CB2。
系统实验需遵守以下流程:
1)检测车主回路未通电前,先测试断路器是否动作良好;
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)进入待机态后,旋转“试验/停止”旋钮处于“试验”位置。待后台主界面上的扰动发生器框变红后调出专用控制软件开始反复试验操作;
4)所有试验完成后,通过专用控制软件停机扰动发生器,扰动发生器停机完成后旋转“试验/停止”旋钮处于“停止”位置,后台主界面上的扰动发生器框变灰;
5)分CB2,分CB1,进入停机态;
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。
本发明的高海拔光伏电站电网扰动模拟测试系统移动检测设备,应用于4000米以下高海拔大中型光伏电站的移动检测,能够满足容量1.5MW及以下光伏电站现场检测的要求,能够模拟电网稳态时的电压和频率扰动,检测光伏电站适应电网扰动的能力。主要有以下特点及功能:
(1)采用电网模拟器作为频扰和高电压扰动源,同时实现频扰和高电压扰动等功能,操作简单,可靠性高;
(2)频率扰动的最小步距为0.01Hz,可调范围为45~65Hz;
(3)检测系统具有很高的电压调节范围,高电压扰动范围需高达1.35PU,具有调整范围宽,测试灵活的优点;
(4)检测系统满足10kV、35kV电压等级;
(5)检测系统具备完善的保护:对输出短路、过温、过流、过压、输入欠压、逆变器反灌保护;
(6)检测系统具备专业的抗震设计,适合西北荒漠化/半荒漠化地区开展光伏并网测试工作;
(7)检测系统具备高度集成性,全部设备集成在数个整体的、封闭的集装箱体内;
(8)检测系统提供专用的35kV耐扭电缆,并配备电缆助力收放装置;
(9)检测系统集装箱密封设计,并安装有自动加热、制冷装置,以防止设备出现凝露。
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。