CN203037769U - 应用于风电和光伏的并网测试平台 - Google Patents

应用于风电和光伏的并网测试平台 Download PDF

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黄胜利
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Abstract

本实用新型提供一种应用于风电和光伏的并网测试平台,所述测试平台包括:功率变流器、串联变压器、并联变压器、输入断路器、输出断路器、第一保护断路器和第二保护断路器、第一至第五功能切换开关和旁路开关以及高低电压穿越测试装置,所述测试平台输入端连接电网,其输出端连接作为待测装置的风力发电机组或光伏发电站;本实用新型集成了能够同时满足风力发电机组和光伏发电站并网的高电压穿越测试、低电压穿越测试、以及包括电压适应性、频率适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性、谐波电压适应性在内的电网适应性测试要求,测试功能多样化,使得其一机多用,使用方便灵活,应用范围广。

Description

应用于风电和光伏的并网测试平台
技术领域
[0001] 本实用新型属于新能源领域,涉及一种并网发电系统的测试装置,特别是涉及一种应用于风电和光伏的并网测试平台,能够同时满足风电机组和光伏电站的高低电压穿越功能测试和电网适应性功能测试。
背景技术
[0002] 近年来,我国风力发电、光伏发电产业发展迅速,装机容量连年快速增长。例如,2010年,风电机组新增12904台,装机容量18.93GW,同比增长73.3%,累计装机容量达44.733GW,超过美国居世界第一位,有三家风电设备生产企业进入世界十强。2011年,中国光伏产品产能30GW,占全球产能60%,有数家世界十大光伏企业都来自中国。目前,中国国家能源局公布了中国可再生能源发展的“十二五”规划目标,到2015年,风电并网装机容量将达到100GW,年产能量1900亿千瓦时;光伏发电装机容量将达到21GW,年产能量250亿千瓦时。
[0003] 伴随着中国风电和光伏产业迅速发展的同时,问题也是频频出现,目前中国已有多个风电场多次发生了大规模风机脱网事件,给电力系统安全稳定运行带来巨大威胁。同样由于太阳能光伏发电属于能量密度低、稳定差,调节能力差的能源,发电量受天气及地域的影响较大,并网发电后会对电网安全,稳定,经济运行以及电网的供电质量造成一定影响。究其原因,发电并网设备除了不具备低电压穿越能力外,不具备高电压穿越能力和对电网适应性能力差也是其重要原因。所以发电并网设备只有同时具备低电压穿越、高电压穿越以及电网适应性能力,才能与大电网和谐共处,才能真正从技术上解决大规模风电、光伏并网问题。
[0004] 对于低电压穿越能力要求,中国国家电网公司已发布了企业标准Q/GDW392-2009《风电场接入电网技术规定》、Q / GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》和Q /GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》,中国国家也制定了相关标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》,GB/T19964-2011《光伏发电站接入电力系统技术规定》,其中都规定了低电压穿越测试要求。对于电网适应性能力要求,目前,行业标准《风力发电机组电网适应性测试规程》和国家标准《光伏发电站接入电力系统技术规定》都已挂网征求意见。而对于高电压穿越能力要求,国外风电发达国家已经制定并颁布了相关标准,比如德国的Ε.0N、澳大利亚的AEMC、加拿大的AES0、美国的WECS、IEEE1547,IEC也正在制定高电压穿越测试的标准,其中风电发展比较发达的国家对高电压穿越能力的要求一般是1.1〜1.3倍额定电压。在中国国内虽然还没有相关的国家标准、行业标准和企业标准,但是针对高电压穿越,政府、电网公司、设备制造厂家、行业组织、专家学者等都已经有了广泛的共识,如中国国家电网调【2011】974号《关于引发风电并网运行反事故措施要点》中明确提出“风电机组应具有必要的高电压穿越能力”的要求;新修订的《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》(2012修订版)也指出“风电机组应具有规程规定的低电压穿越能力和必要的高电压耐受能力”;在2011年7月试行的《山东电网新建风电场并网验收流程》中也明确了高电压穿越能力的验收要求,即“风电机组应具有必要的高电压穿越能力,并网点电压在
0.9〜1.1倍额定电压(含边界值)内能正常运行”。
[0005] 然而,由于中国国内试验和测试手段匮乏,目前很少有研制与技术标准相配套的完整的高低电压穿越测试和电网适应性测试装置,主要测试设备均依赖进口,难以为风电和光伏并网验收提供有效的技术支撑,也严重制约着中国风电和光伏行业的健康有序发展。
[0006] 例如,申请号201120090157.X的专利文献公开了一种用于光伏并网逆变器测试的电网模拟电封闭测试系统,它包括试验电源和被测逆变器,所述试验电源具有交流输出端和直流输出端,所述直流输出端与被测逆变器的输入端相连,所述被测逆变器的输出端与试验电源的交流输出端相连以构成一闭合循环。所述试验电源包括整流器、逆变电路和缓冲电路,所述整流器具有交流电输入的输入端,所述整流器具有两个输出端,其第一输出端与所述逆变电路相连,其第二输出端与缓冲电路相连。此专利采用的结构能够较低能耗的对光伏并网逆变器的性能进行检测。
[0007] 中国申请号201020545974.5的专利文献公开了一种多功能电网模拟器,其特征是模拟器的主电路结构为:设置三个相互独立的背靠背系统,所述相互独立的背靠背系统的结构形式为:输入侧为三相PWM整流器,输出侧设置为输出电压可控的单相PWM逆变器;市电经三相变压器隔离后输入三相PWM整流器;所述单相PWM逆变器经LC滤波器输出。此专利为分布式发电并网研究中的电网电压发生装置,可用于模拟输出标准电网电压等,为分布式发电系统并网研究提供尽可能真实的电网环境,以满足分布式发电研究的需求。
[0008] 上述专利文献所公开的测试装置只是单独针对光伏逆变器的测试装置,应用单一;而且该专利采用试验电源完成全功率测试,使得测试装置体积大、成本高、并且对于大容量测试设备,其制造难度很高。专利二文献所公开的电网模拟器同样也是存在体积、成本和制造的问题,严重制约了测试装置的扩容和应用范围。而且以上两个专利都不具备高电压穿越测试能力。
实用新型内容
[0009] 本实用新型鉴于所述问题,提出了一种应用于风电和光伏的并网测试平台,此测试平台能够完成高电压穿越测试、低电压穿越测试、电网适应性测试等,所述电网适应性测试包括电压适应性测试、频率适应性测试、三相电压不平衡适应性测试、闪变适应性测试、谐波电压适应性测试,测试功能多样化;同时系统对于电网适应性测试由接入电网提供额定电压和基波电压等作为基准参量,控制功率变流器装置提供满足测试要求的偏差电压Λ U和各次谐波电压Un。所以本专利申请设计功率变流器的容量能够远远小于系统额定容量,使其体积小、成本低、制造容易。
[0010] 本实用新型提供了一种应用于风电和光伏的并网测试平台,所述测试平台包括:功率变流器、串联变压器、并联变压器、输入断路器、输出断路器、第一保护断路器和第二保护断路器、第一至第五功能切换开关和旁路开关以及高低电压穿越测试装置,测试平台输入端连接电网,其输出端连接作为待测装置的风力发电机组或光伏发电站;电网连接至输入断路器的输入端;输入断路器的输出端连接串联变压器的原边绕组一端,同时连接第一保护断路器和第二保护断路器的输入端;串联变压器的原边绕组另一端连接第二功能切换开关的输入端,第二功能切换开关的输出端连接输出断路器的输入端,输出断路器的输出端连接至待测装置;第二保护断路器的输出端连接功率变流器的输入端,功率变流器输出端连接第一功能切换开关和第三功能切换开关的输入端,第一功能切换开关的输出端连接串联变压器副边绕组,第三功能切换开关的输出端连接并联变压器输入端,并联变压器的输出端通过第四功能切换开关串联连接至输出断路器的输入端,第一保护断路器的输出端连接高低电压穿越测试装置的输入端,高低电压穿越测试装置的输出端通过第五功能切换开关串联连接至输出断路器的输入端,旁路开关跨接在输入断路器的输出端和输出断路器的输入端。
[0011] 利用本实用新型所提供的应用于风电和光伏的并网测试平台,所述测试平台能够完成包括风力发电机组和光伏发电站并网的高低电压穿越功能测试和电网适应性功能测试要求。
[0012] 优选为,所述功率变流器、串联变压器、并联变压器、第二保护断路器和第一至第四功能切换开关共同组成电网适应性功能测试部分。
[0013] 优选为,所述高低电压穿越测试装置包括多抽头变压器和晶闸管阀组,配合第一保护断路器和第五功能切换开关共同完成高低电压穿越功能测试。
[0014] 利用本实用新型所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,所述测试平台输入端接电网,输出端接待测装置,待测装置能够是风力发电机组,也能够是光伏发电站,即所述测试平台能模拟电网的各种特性,包括过欠压、过欠频和注入谐波,实现了同时满足风电和光伏并网高电压穿越测试、低电压穿越测试和电网适应性测试要求。
[0015] 优选为,串联变压器的原边绕组串联于电网与待测装置之间,副边绕组通过第二功能切换开关连接至功率变流器输出端。串联变压器用于将功率变流器输出的偏差电压或各次谐波电压经副边绕组耦合到原边叠加电网额定电压,从而改变电网运行参数,模拟电网电压偏差、三相电压不平衡、电压波动与闪变以及谐波电压等,完成风电机组和光伏发电站电网适应性中电压适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性测试。
[0016] 优选为,并联变压器原边通过第三功能切换开关串联在功率变流器输出侧,副边通过第四功能切换开关串联在输出断路器输入侧。并联变压器传递功率变流器输出频率,完成电网适应性中频率适应性测试。
[0017] 优选为,高低电压穿越测试装置包括多抽头变压器和晶闸管阀组,多抽头变压器是指副边设计为多抽头引出,引出抽头电压范围包括额定电压、额定电压以下及额定电压以上,并且变压器副边的每个引出抽头串联一组反并联的晶闸管阀组。通过控制晶闸管阀组的通断来改变变压器输出电压,实现电压调节完成高低电压穿越测试。
[0018] 所述第一保护断路器和第二保护断路器分别用于保护高低电压穿越测试装置和功率变流器。所述旁路开关用于控制实际电网接入或是模拟电网接入。
[0019] 本实用新型的测试工作原理如下:
[0020] 利用本实用新型所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,能够同时满足风电机组和光伏电站涉网关键指标一电网适应性功能测试,其中对于电压适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波适应性的测试,由接入电网提供额定电压或基波电压等作为基准电压,控制功率变流器装置提供满足测试要求的偏差电压Λ U和各次谐波电压Um,通过串联变压器叠加额定电压和偏差电压Λ U,实现电压适应性、三相不平衡适应性和闪变适应性测试要求,叠加基波电压和各次谐波电压Um实现谐波适应性测试要求。对于频率适应性测试,通过控制功率变流器的输出频率,以及并联变压器能量传递从而实现频率适应性测试要求。
[0021] 利用本实用新型所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,能够同时满足风电机组和光伏电站涉网关键指标-高低电压穿越功能测试,通过控制晶闸管阀组通断来改变变压器输出电压,实现电压的调节完成待测装置高低电压穿越测试。调节电压最低为0,最高为Un+x (Un为额定电压,X为高于额定电压的百分数,其中X根据需要灵活设计),即测试点处电压能够实现在(TUn+x之间以5%或者10%变化。其测试时间在线设定,每一次电压跌落或是骤升测试自动完成。
[0022] 旁路开关Sbp用于控制实际电网接入或是模拟电网接入,闭合旁路开*SBP,待测装置由实际电网供电,通常用于等待测试条件;满足测试条件时,断开旁路开关Sbp,进入测试过程,待测装置由模拟电网供电。
[0023] 本实用新型的有益效果如下:
[0024] 本实用新型所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,集成了能够同时满足风力发电机组和光伏发电站并网的高低电压穿越测试和电网适应性,包括电压适应性、频率适应性、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波电压的测试要求,测试功能多样化,使得其一机多用,使用方便灵活,应用范围广。
附图说明
[0025] 图1是本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台的结构框图;
[0026] 图2是本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台高低电压穿越测试装置的结构图;
[0027] 图3是本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台的接线电路图。
具体实施方式
[0028] 以下,结合附图,对本实用新型的具体实施方式进行进一步说明。
[0029] 如图1所示为本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台原理框图,它包括功率变流器、串联变压器、并联变压器、高低电压穿越测试装置、输入断路器Q1、输出断路器Q。、第一保护断路器Qp1和第二保护断路器Qp2、第一至第五功能切换开关S1、S2、S3、S4、S5和旁路开关SBP。所述测试平台输入端接电网,输出端接待测装置,待测装置能够是风力发电机组,也能够是光伏发电站。所述测试平台能完成高电压穿越测试、低电压穿越测试以及包含电压适应性、频率适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性在内的电网适应性测试,达到了同时满足风电和光伏并网高低电压穿越测试和电网适应性测试要求。
[0030] 如图2所示为本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台高低电压穿越测试装置原理图,高低电压穿越测试装置由多抽头变压器T和晶闸管阀组TScTTSuirti组成,变压器副边为多抽头引出,其最低电压为O,最高为Un+x,其中Un为额定电压,x为高于额定电压的百分数,其中X可根据需要灵活设计,即测试点处电压能够实现在(TUn+x之间以5%或者10%变化。变压器副边每个抽头对应串联一个晶闸管阀组,与(TUn+x对应为TStl-TSuirti。通过控制晶闸管通断来改变接入系统的变压器副边分接头实现对被测装置不同电压等级故障的模拟测试,既可满足低电压穿越测试试验,又可满足高电压穿越测试试验。
[0031] 如图3所示为本实用新型一种应用于风电和光伏的并网测试平台接线原理图,其中电网适应性测试组成部分为功率变流器、串联变压器、并联变压器、第二保护断路器Qp2和第一至第四功能切换开关SI,S2,S3,S4 ;高低电压穿越测试组成部分为多抽头变压器T、晶闸管阀组TStl-TSuirti,第一保护断路器Qpi和第五功能切换开关S5。
[0032] 旁路开关Sbp用于控制实际电网接入或是模拟电网接入,闭合旁路开*SBP,待测装置由实际电网供电,通常用于等待测试条件;满足测试条件时,断开旁路开关Sbp,进入测试过程,待测装置由模拟电网供电。
[0033] 1、电网适应性测试:
[0034] 电网适应性功能测试,其中对于电压适应性、三相不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性的测试,在测试之前,闭合输入断路器Q1、输出断路器Q0和旁路开关Sbp,其余所有开关都处于断开状态,待测装置由实际电网供电,等待测试;
[0035] 当满足测试条件后,闭合第二保护断路器Qp2和第一功能切换开关S1、第二功能切换开关S2,断开旁路开关Sbp,待测装置由模拟电网供电,开始测试,由接入电网提供额定电压Ue或基波电压Ul作为基准电压,控制功率变流器装置提供满足测试要求的偏差电压Λ U和各次谐波电压Um (m=2〜25,但其中3倍数的数值除外),通过串联变压器叠加额定电压Ue和偏差电压Λ U实现电压适应性、三相不平衡适应性和闪变适应性测试要求,叠加基波电压Ul和各次谐波电压Um实现谐波适应性测试要求。
[0036] 对于频率适应性测试,在测试之前,闭合输入断路器Q1、输出断路器%和旁路开关Sbp,其余所有开关都处于断开状态,待测装置由实际电网供电,等待测试;
[0037] 当满足测试条件后,闭合第二保护断路器Qp2和第三功能切换开关S3、第四能切换开关S4,断开旁路开关Sbp,待测装置由模拟电网供电,开始测试,频率适应性由完全控制功率变流器输出要求的频率范围通过并联变压器传递并且匹配电压实现测试要求。
[0038] 2、高低电压穿越测试:
[0039] 高低电压穿越测试首先要断开第二保护断路器Qp2和第一至第四功能切换开关S1,S2,S3,S4,闭合输入断路器%、输出断路器%和旁路开关Sbp,待测装置由实际电网供电,等待测试。
[0040] 低电压穿越测试电压调节档为(TUn,对应晶闸管阀组为TStl-TSUn,额定电压Un对应晶闸管阀组为TSUn。在满足测试条件后,开始低电压穿越试验,首先导通额定电压分接头处晶闸管阀组TSun,接着断开旁路开关SBP,晶闸管阀组导通持续所设定时间后,封锁额定电压分接头处晶闸管阀组TSun的触发脉冲,待其关断后,迅速导通期望电压分接头处晶闸管阀组(TSY,Y为分接头对应的晶闸管阀组编号,Y=(TUn),就实现了并网点电压从额定电压至期望电压的暂降过程。电压暂降持续时间为期望电压分接头处晶闸管阀组TSy导通持续时间。
[0041] 其低电压穿越恢复过程与暂降过程正好相反。首先封锁晶闸管阀组TSy触发脉冲,待其关断后,迅速导通额定电压分接头处晶闸管阀组TSun,就实现了并网点电压从期望暂降电压至额定电压的一次性恢复。之后闭合旁路开关Sbp,封锁晶闸管阀组TSunM发脉冲,待测装置重新并网运行,一次低电压穿越测试试验结束。[0042] 高电压穿越测试电压调节档为UrTUn+x,对应晶闸管阀组为TSun〜TSUn+x。额定电压Un对应晶闸管阀组为TSun。在满足测试条件后,开始高电压穿越试验,首先导通额定电压分接头处晶闸管阀组TSun,接着断开旁路开关Sbp,晶闸管阀组导通持续所设定时间后,封锁额定电压分接头处晶闸管阀组TSun的触发脉冲,待其关断后,迅速导通期望电压分接头处晶闸管阀组(TSY,Y为分接头对应的晶闸管阀组编号,Y=UrTUn+x),就实现了并网点电压从额定电压至期望电压的骤升过程。电压骤升持续时间为期望电压分接头处晶闸管阀组TSy导通持续时间。
[0043] 其高电压穿越恢复过程与骤升过程正好相反。首先封锁晶闸管阀组TSy触发脉冲,待其关断后,迅速导通额定电压分接头处晶闸管阀组TSun,就实现了并网点电压从期望骤升电压至额定电压的一次性恢复。之后闭合旁路开关Sbp,封锁晶闸管阀组TSunM发脉冲,待测装置重新并网运行,一次高电压穿越测试试验结束。
[0044] 每一次高低电压穿越测试都必须从电网供电状态开始(即旁路开关Sbp闭合状态),以电网供电状态结束。
[0045] 本实用新型并不限于上述实施方式,在不背离本实用新型的实质内容的情况下,本领域技术人员能够想到的任何变形、改进、替换均落入本实用新型的范围。

Claims (5)

1.一种应用于风电和光伏的并网测试平台,其特征在于,所述测试平台包括:功率变流器、串联变压器、并联变压器、输入断路器、输出断路器、第一保护断路器和第二保护断路器、第一至第五功能切换开关和旁路开关以及高低电压穿越测试装置,所述测试平台输入端连接电网,其输出端连接作为待测装置的风力发电机组或光伏发电站;电网连接至所述输入断路器的输入端;所述输入断路器的输出端连接串联变压器的原边绕组一端,并连接所述第一保护断路器和第二保护断路器的输入端;所述串联变压器的原边绕组另一端连接第二功能切换开关的输入端,所述第二功能切换开关的输出端连接输出断路器的输入端,所述输出断路器的输出端连接至待测装置;所述第二保护断路器的输出端连接功率变流器的输入端,所述功率变流器输出端连接所述第一功能切换开关和第三功能切换开关的输入端,所述第一功能切换开关的输出端连接串联变压器的副边绕组,所述第三功能切换开关的输出端连接并联变压器输入端,所述并联变压器的输出端通过所述第四功能切换开关串联连接至所述输出断路器的输入端,所述第一保护断路器的输出端连接所述高低电压穿越测试装置的输入端,所述高低电压穿越测试装置的输出端通过所述第五功能切换开关串联连接至所述输出断路器的输入端,所述旁路开关跨接在所述输入断路器的输出端和所述输出断路器的输入端。
2.根据权利要求1所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,其特征在于,所述功率变流器、串联变压器、并联变压器、第二保护断路器和第一至第四功能切换开关共同构成电网适应性功能测试部分。
3.根据权利要求1所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,其特征在于,所述高低电压穿越测试装置包括多抽头变压器和晶闸管阀组,配合所述第一保护断路器和第五功能切换开关共同完成高低电压穿越功能测试。
4.根据权利要求1所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,其特征在于,所述串联变压器的原边绕组串联于电网与待测装置之间,所述串联变压器的副边绕组通过第二功能切换开关闭合连接至所述功率变流器的输出端。
5.根据权利要求1所述的应用于风电和光伏的并网测试平台,其特征在于,所述并联变压器的原边通过所述第三功能切换开关并联在功率变流器输出侧,所述并联变压器的副边通过所述第四功能切换开关并联在所述输出断路器的输入侧。
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