CN201750162U - 风力发电系统的低压穿越模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种利用电动机来模拟风力的风力发电系统的风力发电系统的低压穿越模拟系统，包括用于对输电电网进行变压的主变压器、待检测的风力发电整机和用于拉下电网电压的电网控制单元，其特别之处在于：还包括电动机系统，该电动机系统包括与主变压器的输出端电气连接的无级变速控制器、驱动电机和与驱动电机的输出轴相连接的变速箱；所述的电网控制单元包括隔离变压器、限流电抗开关柜CB3、进线开关柜CB1、短路电抗开关柜CB2，本实用新型采用与风力发电整机相连接的驱动电机来模拟外界的风力，使得本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统在任何时间段内都能工作，提高了工作效率和模拟的精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电系统的低压穿越模拟系统，更具体的说，尤其涉及一种利用电动机来模拟风力的风力发电系统的低压穿越模拟系统。
背景技术
风力发电机组向电网送出的电能的质量越来越受到人们的重视，电力公司也因此对风力发电机组在电网波动情况下的工作性能提出了更加严苛的要求。国家电网管理规范这些年已逐步形成，目的就在于限制由风电大规模并网所造成的对电网的有害影响。
以前风力发电提供的电能通常是很小的，在这种情况下，发生电网故障时，风力发电机组的自动切除基本上不会影响电网稳定，可以允许风电场在电网发生故障及扰动时切除，不会引起严重后果。但是，在风力发电机的装机比例较高时，特别是高风速期间，由于输电网故障引起的大量风力发电机从电网上切除会导致系统潮流的大幅变化，可能会引起大面积的停电，而带来频率的稳定问题。随着风力发电机的容量在逐年增加，风力发电机在电网故障时切除就会导致停电事故的发生，而且电网发生电压跌落对风电机组影响较大，例如，机械、电气功率的不平衡会影响机组的稳定运行；暂态过程导致发电机中出现过流，可能损坏器件；附加的转矩、应力可能损坏机械部分。所以低电压穿越能力是必需的。
但是，现有风力发电系统的低压穿越模拟系统还十分的不完善，目前国内外的一些做法是做一个集装箱，然后运到风场去模拟低电压穿越试验，采用这种方法存在弊端，一是出现问题时，在野外维修不方便且成本较高；二是由于利用的是风场上的自然风，这就使得现有的低压穿越模拟系统的模拟效率十分的低，受环境的制约性比较大。
发明内容
本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种利用电动机来模拟风力的风力发电系统的风力发电系统的低压穿越模拟系统。
本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统，包括用于对输电电网进行变压的主变压器、待检测的风力发电整机和用于拉下电网电压的电网控制单元，其特别之处在于：还包括电动机系统，该电动机系统包括与主变压器的输出端电气连接的无级变速控制器、驱动电机和与驱动电机的输出轴相连接的变速箱，所述变速箱的输出轴与风力发电整机的输入轴相连接；所述风力发电整机的电压输出端连接有风机变流器，该风机变流器的输出端与电网控制单元相连接；所述的电网控制单元包括隔离变压器、限流电抗开关柜CB3、进线开关柜CB1、短路电抗开关柜CB2，所述的隔离变压器输入端与风机变流器的输出端相连接，隔离变压器的输出端经限流电抗器与主变压器相连接，所述的限流电抗开关柜CB3和进线开关柜CB1均与限流电抗器相并联，所述的短路电抗开关柜CB2连接在隔离变压器与限流电抗器之间。主变压器即可实现把输电电网的高电压转化为低电压，以便给驱动电机供电，主变压器也可把风力发电整机发出的电能输送到输电电网上；无级变速控制器可实现对驱动电机的控制，经过无级变速控制器和扭矩传感器的共同作用，达到控制驱动电机输出轴转速的目的。风机变流器用于对风机变流器产生的电能进行整流、滤波处理，使其达到输送到输电电网上的条件。电网控制单元主要用于把电网的电压值拉下，并在规定的时间点上再把电网的电压进行恢复；在模拟电网正常的情况下，限流电抗开关柜CB3和进线开关柜CB1均处于合闸状态，短路电抗开关柜CB2处于分闸状态；在模拟电网电压突然下降，即低压穿越时，首先应把短路电抗开关柜CB2进行合闸，然后再在规定的时间内把短路电抗开关柜CB2分闸。
本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统，所述的无级变速控制器包括整流单元、直流母线和逆变单元；所述变速箱的输出端与风力发电整机的连接轴上设置有扭矩传感器；所述的主变压器与输电电网之间设置有高压开关柜，所述的风机变流器与隔离变压器之间设置有辅助接线柜，所述的主变压器与电网控制单元之间设置有低压开关柜。经过无级变速控制器和扭矩传感器的共同作用，达到控制驱动电机输出轴转速的目的；设置高压开关柜、辅助接线柜和低压开关柜的目的是为了电网安全保护，以及电能质量测监测并方便本系统的电气连接和设备维修。
本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统，所述的短路电抗开关柜CB2经由短路阻抗后与地相连接，所述的短路阻抗并联有续流电阻。在短路电抗开关柜CB2合闸时，通过短路阻抗和续流电阻的共同作用，可把电网上的电压值拉到原来的20％，以便模拟实际电网中的电压降。在模拟的过程中，电网电压的下降不是通过降低电网上的电压来实现的，而是通过降低经过主变压器之后的电网上的电压来进行模拟的，其作用效果是一样的。
本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统，所述的主变压器的输出端为690伏、50Hz的交流电。
本实用新型的有益效果是：采用与风力发电整机相连接的驱动电机来模拟外界的风力，并通过无级变速控制器来进行不同风速的模拟，使得本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统在任何时间段内都能工作，提高了工作效率和模拟的精度；本实用新型的模拟系统在模拟低电压穿越时，改变的不是输电电网电压，而是输电电网经变压之后的电压，使得本实用新型的电网控制单元在低电压下工作即可；本实用新型的短路电抗开关柜CB2可进行毫秒级精度的控制，使得本系统的模拟更加的接近实际。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理示意图；
图2为本实用新型的模拟系统在实验的过程中所采集到的并网点电压的变化曲线图；
图中：1输电电网，2高压开关柜，3主变压器，4整流单元，5直流母线，6逆变单元，7驱动电机，8变速箱，9扭矩传感器，10风力发电整机，11风机变流器，12辅助接线柜，13隔离变压器，14低压开关柜，15限流电抗开关柜CB3，16进线开关柜CB1，17短路电抗开关柜CB2，18续流电阻R2，19限流电抗器，20短路阻抗，21续流电阻。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型的风力发电系统的低压穿越模拟系统，包括输电电网1，高压开关柜2，主变压器3，无级变速控制器，驱动电机7，变速箱8，扭矩传感器9，风力发电整机10，风机变流器11，辅助接线柜12，低压开关柜14，电网控制单元。所示的无级变速控制器包括整流单元4、直流母线5、逆变单元6。如图1中的虚线部分所示，给处了电网控制单元的电路原理图，其包括隔离变压器13，限流电抗开关柜CB315，进线开关柜CB116，短路电抗开关柜CB217，续流电阻R218，限流电抗器19，短路阻抗20，续流电阻21。
输电电网1电压可以是10KV、35KV或其他待检测伏数，其频率是50Hz，输电电网1经高压开关柜2后连接到主变压器3的输入端，主变压器3的输出端均为690伏、50Hz的交流电压，通过高压开关柜2的合闸和分闸可分别实现整个模拟系统的供电和断电，主变压器3的输出端与无级变速控制器的整流单元4的输入端电气连接，整流单元4的输出端与直流母线相连接，通过逆变单元6可把直流电转化为交流电，接到驱动电机7的电压输入端，在使用的过程中，可通过无级变速控制器来改变驱动电机7的转速，进而实现不同风速的模拟。驱动电机7的输出经变速箱8减速后再与风力发电整机10输入端相连接，在变速箱8与风力发电整机10之间的连接轴上设置有扭矩传感器9，通过扭矩传感器9可以测出驱动电机7传递给风力发电整机10的大小，并协同无级变速控制器来实现风力发电整机在不同风速下的模拟发电。
风力发电整机10的电能输出端与风机变流器11的输入端相连接，风机变流器的作用是对风机发电整机10发出来的电压进行整流、滤波等处理，使其变为690伏、50Hz的交流电，风机变流器11经辅助接线柜12后与电网控制单元中的隔离变压器13相连接，如果辅助接线柜12分闸，则由风力发电整机10发出来的电不与电网控制单元相连接，如果辅助接线柜12合闸，则由风力发电整机10发出来的电接入到电网控制单元，并输送到输电电网上。隔离变压器13依次经限流电抗器19和低压开关柜14后与主变压器3相连接，进线开关柜CB1与限流电抗器19相并联，限流电抗开关柜CB3与续流电阻18串联后再与限流电抗器19相并联。短路电抗开关柜CB2一端接在隔离变压器13与限流电抗器19相连接的导线上，另一端与短路阻抗20相连后接地，短路阻抗20的两端还并联有续流电阻21。限流电抗器19和短路阻抗20的值可分别选为0.15mh和0.04mh，以便分别实现把电网电压下拉为原来的20％和在3S的时间内回复为原来电压的90％以上。
在图1中所示的本实用新型的电路原理示意图中，所示的主变压器3与驱动电机7之间的电路连接以及风力发电机整机10与的输出端与主变压器3之间的电路连接，给出的均是三相中的一相电压的变换和连接的示意图。
通过本实用新型的压穿越模拟系统进行低压穿越实验步骤如下：
首先，保证高压开关柜2、辅助接线柜12、低压开关柜14、进线开关柜CB1、限流电抗开关柜CB3均处于合闸状态，短路电抗开关柜CB2处于分闸状态，以便保证整个模拟系统组成发电供电回路；
在实验时，通过短路电抗开关柜CB2中控制电路的控制作用，控制短路电抗开关柜CB2合闸，这时由于短路阻抗20与续流电阻21的下拉作用，使得电网电压下拉为原来的20％，并对风力发电整机10的运行参数进行检测；短路电抗开关柜CB2合闸625ms后，控制短路电抗开关柜CB2分闸，并同时对风力发电整机10的运行参数和并网点电压进行检测。
如图2所示，在实验的过程中，当并网点电压跌至20％额定电压(原电网电压)时，风力发电整机应能够保持并网运行625ms；电网并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90％时，风力发电整机能保持并网运行。
Claims (4)
1.一种风力发电系统的低压穿越模拟系统，包括用于对输电电网(1)进行变压的主变压器(3)、待检测的风力发电整机(10)和用于拉下电网电压的电网控制单元，其特征在于：还包括电动机系统，该电动机系统包括与主变压器(3)的输出端电气连接的无级变速控制器、驱动电机和与驱动电机的输出轴相连接的变速箱(8)，所述变速箱(8)的输出轴与风力发电整机(10)的输入轴相连接；所述风力发电整机(10)的电压输出端连接有风机变流器(11)，该风机变流器(11)的输出端与电网控制单元相连接；所述的电网控制单元包括隔离变压器(13)、限流电抗开关柜CB3(15)、进线开关柜CB1(16)、短路电抗开关柜CB2(17)，所述的隔离变压器(13)输入端与风机变流器(11)的输出端相连接，隔离变压器(13)的输出端经限流电抗器(19)与主变压器(3)相连接，所述的限流电抗开关柜CB3(15)和进线开关柜CB1均与限流电抗器(19)相并联，所述的短路电抗开关柜CB2(17)连接在隔离变压器(13)与限流电抗器(19)之间。
2.根据权利要求1所述的风力发电系统的低压穿越模拟系统，其特征在于：所述的无级变速控制器包括整流单元(4)、直流母线(5)和逆变单元(6)；所述变速箱(8)的输出端与风力发电整机(10)的连接轴上设置有扭矩传感器(9)；所述的主变压器(3)与输电电网(1)之间设置有高压开关柜(2)，所述的风机变流器(11)与隔离变压器(13)之间设置有辅助接线柜(12)，所述的主变压器(3)与电网控制单元之间设置有低压开关柜(14)。
3.根据权利要求1或2所述的风力发电系统的低压穿越模拟系统，其特征在于：所述的短路电抗开关柜CB2(17)经由短路阻抗(20)后与地相连接，所述的短路阻抗(20)并联有续流电阻(21)。
4.根据权利要求1或2所述的风力发电系统的低压穿越模拟系统，其特征在于：所述的主变压器(3)的输出端为690伏、50Hz的交流电。
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