CN110794231A - 一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置 - Google Patents

一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风电变桨系统的高低压穿越测试装置，包括多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器和旁路开关。该装置可模拟电力系统可能出现的三相电压平衡或不平衡跌落、骤升，依靠储能单元的使用，测试期间不会对电网造成冲击，依靠综合电能质量治理单元降低所需模块化双向功率变换器单元配置容量，降低系统成本。本发明装置可以根据需要设定任意三相输出电压，高精度模拟电网故障期间电压变化情况，满足风电变桨系统测试要求。

Description

一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置
技术领域
本发明涉及一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，属于高低电压穿越测试技术领域。
背景技术
随着风力发电机组单机容量及风电场建设规模的不断扩大，电力系统对风电场并网提出了进一步的要求。当电网出现故障时，若风力发电机组与电网脱网，其可能会造成电力系统大的功率缺额，造成严重的连锁反应，从而严重影响电网的稳定运行。现有的研究多集中在电网电压跌落后，对风力发电系统的电磁暂态影响分析和相应的低电压穿越技术上。在此基础上，由电力系统的电压骤升引起的风力发电机组脱网事故的研究也正日益兴起。作为风力发电机组中的核心部件变桨系统主要用于风力发电的桨距控制，对保证机组安全、稳定、高效的运行具有十分重要的作用。电网电压跌落和骤升的影响是考核变桨性能的重要指标。实际运行中，电力系统的电压跌落和电压骤升具有随机性，其可能为三相平衡跌落或骤升，也可能为三相不平衡跌落或骤升。因此有必要研发一种用于风电变桨系统的，能用于模拟各种电网高低电压波动的测试平台。
现有技术中的高低电压穿越测试平台多采用投切电抗器或电容器的组合形式，也有采用通过改变变压器副边抽头来实现变压器输出电压的降低和升高来模拟电网电压的变化。受限于变压器抽头数量，这些方法都无法做到任意幅值电压波动的模拟，也无法避免高低压穿越测试期间测试装置对本地电网的冲击。另外也有方案提出，采用全功率的模拟电源来产生所需的电压跌落和骤升，但由于变桨系统的驱动器前级的变桨电源多采用不控型二极管整流桥，在电网电压发生不平衡跌落或者骤升阶段，其输入电流峰值将会达到正常电流峰值的2～3倍之多，且为高次谐波，这不仅会使得所需交流模拟电源的容量巨大，也会严重影响到高低电压穿越期间电压的波形质量，难以满足变桨系统的测试要求。
发明内容
本发明的目的是为解决目前没有适合的试验装置用于风电变桨系统高低电压穿越试验的技术问题。
为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于，包括多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器和旁路开关；所述的多个模块化双向功率变换器单元并联连接后，一端连接电网，另一端连接变压器低压侧；所述的多个综合电能质量治理单元并联连接后，其交流侧与模块化双向功率变换器单元并联连接，再连接变压器低压侧；所述的储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧；所述旁路开关一端与电网连接，另一端与变压器的高压侧连接后作为所述试验装置的总输出端，连接至待测的风电变桨系统。
优选地，所述的模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元并联连接，模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元的数量由待测风电变桨系统的驱动器功率决定。
优选地，所述的储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧，用于提供离网状态下模块化双向功率变换器单元的能量输出。
优选地，所述的储能单元的储能类型是超级电容、铅酸电池或锂电池等。
优选地，所述的储能单元的安装容量由待测变桨系统的测试时间决定
优选地，所述的多个综合电能质量治理单元与多个模块化双向功率变换器单元并联连接至变压器的低压侧，综合电能质量治理单元实时采集多个模块化双向功率变换器单元的输出总电流，并输出其中的无功与谐波部分。
优选地，所述的旁路开关可以为断路器、接触器或固态快速开关，当待测变桨系统不需要模拟高低电压穿越功能时，可以闭合旁路开关，从而能降低系统损耗。
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种用于风电变桨系统高低压穿越的测试装置，该装置可模拟电力系统可能出现的三相电压平衡跌落、骤升以及三相电压不平衡跌落、骤升。测试期间不会对电网造成冲击；通过附加控制回路吸收来自待测系统的谐波、无功和不平衡冲击，降低所需模块化双向功率变换器单元配置容量，降低系统成本；根据需要任意设定三相输出电压，高精度模拟或复现电网电压故障期间变化情况。
本发明采用的技术方案是利用储能单元并联接入到模块化双向功率变换器单元的直流侧实现测试装置脱离电网运行，测试期间不会对电网造成冲击；利用一个或多个综合电能质量治理单元来消除输出三相电压不平衡时来自待测变桨系统过大的电流谐波和无功，从而能有效地降低模块化双向功率变换器单元配置容量；本发明的风电变桨系统高低压穿越测试装置采用全电力电子器件的数字控制，可以根据需要任意设定三相输出电压，高精度模拟或复现电网电压故障期间变化情况。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.本发明所述装置包括多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器和旁路开关。多个模块化双向功率变换器单元是直接并联连接的，多个综合电能质量治理单元是并联连接的，并联的数量可以根据待测变桨系统的功率需求直接增减并联的数量，安装扩容方便。
2.本发明所述装置直流侧配备储能单元，储能单元充电后，该装置可以脱离电网运行，测试过程中不会对电网产生冲击，避免对电网产生污染。
3.本发明所述装置直流侧配备综合电能质量治理单元，该治理单元可以消除待测变桨系统产生的电流尖峰，降低所需双向功率变换器单元的配置容量，从而节约成本，具有更好的经济性。
4.本发明所述装置采用全电力电子器件的数字控制，配合多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器使用，可以根据需要，任意设定三相输出电压，高精度模拟或复现电网电压故障期间的实际工况，为待测变桨系统的全面测试提供保障。
附图说明
图1为本发明高低压穿越测试装置的组成结构示意图；
图2为本发明所涉及到的待测变桨系统组成结构示意图；
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下：
如图1，2所示，本发明提供一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，包括多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器和旁路开关；多个模块化双向功率变换器单元并联连接后，一端连接电网，另一端连接变压器低压侧；多个综合电能质量治理单元并联连接后，其交流侧与模块化双向功率变换器单元并联连接，再连接变压器低压侧；储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧；旁路开关一端与电网连接，另一端与变压器的高压侧连接后作为所述试验装置的总输出端，连接至待测的变桨系统。模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元并联连接，模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元的数量由待测变桨系统的驱动器功率决定。储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧，用于提供离网状态下模块化双向功率变换器单元的能量输出。储能单元的储能类型是超级电容、铅酸电池、锂电池等；储能单元的安装容量由待测变桨系统的测试时间决定。多个综合电能质量治理单元与多个模块化双向功率变换器单元并联连接至变压器的低压侧，综合电能质量治理单元实时采集多个模块化双向功率变换器单元的输出总电流，并输出其中的无功与谐波部分。本发明提供的用于风电变桨系统高低压穿越的测试装置，可模拟电力系统可能出现的三相电压平衡跌落、骤升以及三相电压不平衡跌落、骤升。测试期间不会对电网造成冲击；通过附加控制回路吸收来自待测系统的谐波、无功和不平衡冲击，降低所需模块化双向功率变换器单元配置容量，降低系统成本；根据需要任意设定三相输出电压，高精度模拟或复现电网电压故障期间变化情况。
本发明提供的风电变桨系统高低压穿越的测试装置在对待测设备进行测试之前，利用多模块化双向功率变换器单元对直流储能电源充电，充电完成后，测试装置可以脱离电网运行，也可以连接在电网上进行测试。综合电能质量治理单元实时采集模块化双向功率变换器单元的输出电流，提取其中的谐波和无功成分，在控制器经过相应的跟踪算法计算后，控制综合电能质量治理单元输出相应的电流成分。从而使流入到多模块化双向功率变换器单元的电流为基波有功成分。由于单台模块化双向功率变换器单元的输出功率和单台模块综合电能质量治理单元的输出谐波电流有限，多模块化双向功率变换器单元的并联和多模块综合电能质量治理单元的并联都是为了提高测试装置的功率等级，测试装置可根据待测变桨系统的具体功率需求选配不同数量的单元并联。
多模块化双向功率变换器单元的输出电压连接至变压器的低压侧，通过控制多模块化双向功率变换器单元的输出电压，经过变压器后可以产生升压后的装置输出电压，使本发明的测试装置能应用于不同的电压等级。
旁路开关连接于电网与本发明装置总输出电压之间，当待测变桨系统不需要模拟高低电压穿越功能时，可以闭合旁路开关，从而能降低系统损耗。该旁路开关可以为断路器、接触器或固态快速开关。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：包括多个模块化双向功率变换器单元、多个综合电能质量治理单元、储能单元、变压器和旁路开关；所述的多个模块化双向功率变换器单元并联连接后，一端连接电网，另一端连接变压器低压侧；所述的多个综合电能质量治理单元并联连接后，其交流侧与模块化双向功率变换器单元并联连接，再连接变压器低压侧；所述的储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧；所述旁路开关一端与电网连接，另一端与变压器的高压侧连接后作为所述试验装置的总输出端，连接至待测的风电变桨系统。
2.如权利要求1所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元并联连接，模块化双向功率变换器单元和综合电能质量治理单元的数量由待测风电变桨系统的驱动器功率决定。
3.如权利要求1所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的储能单元并联连接模块化双向功率变换器单元的直流侧，用于提供离网状态下模块化双向功率变换器单元的能量输出。
4.如权利要求3所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的储能单元的储能类型是超级电容、铅酸电池或锂电池等。
5.如权利要求3所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的储能单元的安装容量由待测变桨系统的测试时间决定。
6.如权利要求1所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的多个综合电能质量治理单元与多个模块化双向功率变换器单元并联连接至变压器的低压侧，综合电能质量治理单元实时采集多个模块化双向功率变换器单元的输出总电流，并输出其中的无功与谐波部分。
7.如权利要求1所述的一种用于风电变桨系统的高低电压穿越试验装置，其特征在于：所述的旁路开关可以为断路器、接触器或固态快速开关，当待测变桨系统不需要模拟高低电压穿越功能时，可以闭合旁路开关，从而能降低系统损耗。
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