CN203164379U - 一种移动式风电机组电网适应性测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源接入与控制领域，具体涉及一种移动式风电机组电网适应性测试系统，包括通过光纤连接的电网扰动发生装置和集成测控装置，电网扰动发生装置连接在中压电网和风电机组升压变压器高压侧之间；电网扰动发生装置和集成测控装置进行一体化设计后集成安装于集装箱内。本实用新型在风电机组升压变压器高压侧在线真实模拟产生常见的电网扰动，采集和分析风电机组的实际运行数据，对风电机组的电网适应性进行试验与评价。移动式的结构方便的在不同风电场间运输与安装，解决了复杂地形和交通条件下风电机组的电网适应性现场试验与检测难题。

Description

一种移动式风电机组电网适应性测试系统

技术领域

本实用新型涉及新能源接入与控制领域，具体涉及一种移动式风电机组电网适应性测试系统。

背景技术

风电机组是一个多学科交叉的技术密集型产品，电力电子器件的弱电网适应性使得其对电网扰动高度敏感。而我国的风电大多建设在电网薄弱地区，电网运行质量较差，未经并网运行试验检测的风电机组无法正常安全并网运行。风能资源的波动性、间歇性等自然属性与风电机组的系统复杂性及电网高度敏感性，决定了风电机组并网试验检测必须基于实际运行开展，实验室模拟或工厂试验无法准确、全面地反映风电机组的真实并网运行特性。目前世界各主要并网导则均对风电机组电网适应性作出了不同程度的要求，风电机组具备电网适应性成为了风电并网的必然要求。国内外尚无基于实际运行的能够用于风电机组电网适应性现场测试的测试装置。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种移动式风电机组电网适应性测试系统，其可以在风电机组升压变压器高压侧在线真实模拟产生电网电压偏差、频率变化、三相电压不平衡、电压闪变与谐波等常见的电网扰动，采集和分析风电机组的实际运行数据，对风电机组的电网适应性进行试验与评价。移动式的结构可以方便的在不同风电场间运输与安装，解决了复杂地形和交通条件下风电机组的电网适应性现场试验与检测难题。

本实用新型的目的是采用下述技术方案实现的：

一种移动式风电机组电网适应性测试系统，其改进之处在于，所述系统包括通过光纤连接的电网扰动发生装置和集成测控装置，所述电网扰动发生装置连接在中压电网和风电机组升压变压器高压侧之间；所述电网扰动发生装置和集成测控装置进行一体化设计后集成安装于集装箱内。

优选的，所述电网扰动发生装置采用模块化设计（可实现高、低频扰动发生装置独立、联合运行）；包括与中压电网连接的低频扰动发生装置和与风电机组升压变压器高压侧连接的高频扰动发生装置；所述低频扰动发生装置和高频扰动发生装置依次连接；所述低频扰动发生装置和高频扰动发生装置均并联断路器。

较优选的，所述低频扰动发生装置包括依次连接的降压变压器、变流环节和升压变压器；所述升压变压器的输出端与高频扰动发生装置或中压电网连接；

所述变流环节采用N个单相或三相的AC-DC-AC变流器并联模式；所述N在1-4之间。

较优选的，所述高频扰动发生装置基于电压源串联原理，将谐波电压信号直接叠加到中压电网；包括高频电网扰动发生模块、与其连接的高频取能电源和LC滤波电路；所述LC滤波电路包括电容C和电感L；所述电容C连接在中压电网或低频扰动发生装置的输出端，所述电容C通过电感L与高频扰动发生模块连接；

所述高频扰动发生模块采用单相H桥AC-DC-AC变流器级联模式。

优选的，所述集成测控装置包括：中央处理器、DSP控制器和后台监控计算机；

所述DSP控制器包括低频扰动发生装置DSP控制器、高频扰动发生装置DSP控制器；

所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过光纤均与开入开出组件连接；所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器均与通信管理机连接；所述开入开出组件和通信管理机通过光纤分别与中央处理器连接；

所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过通信管理机与后台监控计算机进行通信；

所述后台监控计算机通过RS485总线与通信管理机连接。

较优选的，所述集成测控装置包括A/D转换器和电信号开入开出板；所述A/D转换器分别通过片选地址信号线和数据线与中央处理器连接；所述电信号开入开出板通过光纤与中央处理器连接；设置3块调理板分别与A/D转换器连接；其中一块调理板输入电流采集量，另一块调理板输入风电机组风机侧电压采集量，第三块调理板输入除电流和电压以外的模拟采集量；

所述电信号开入开出板开入的电信号包括风机接触器反馈信号、行程开关反馈信号和急停开入信号；开出的电信号包括风机接触器控制信号和故障输出信号。

与现有技术比，本实用新型达到的有益效果是：

（1）移动式电网适应性测试系统集成度高。将电网扰动发生装置、数据采集系统、监控系统等进行一体化设计，全部集成于一个标准海运集装箱内，解决了复杂地形和交通条件下的风电机组的电网适应性现场试验与检测难题，可实现移动化测试，极大地提高了测试装置的效率。

（2）移动式电网适应性测试系统输出精度高。根据所需发生的电网扰动特性，将电网扰动发生装置分为低频扰动发生模块与高频扰动发生模块，由低频扰动发生模块模拟产生低频电网扰动量，高频扰动发生模块模拟产生高频电网扰动量，极大地提高了电网扰动发生装置的输出精度，特别是谐波电压的输出精度高，并且提高了系统的稳定性。

（3）移动式电网适应性测试系统谐波输出能力强、精度高。基于电压源串联原理，将谐波电压信号直接叠加到中压电网，模拟产生了中压电网的谐波扰动，解决了测试装置自身集电参数对谐波输出强度与精度的影响。

（4）移动式电网适应性测试系统自动化程度高，所有测试操作均可以通过远程后台监控计算机实现。

（5）基于AC-DC-AC变流技术与升、降压变压器相结合的低频扰动发生模块的设计方案。通过升、降压变压器与AC-DC-AC变流器的组合，实现了AC-DC-AC变流器所产生扰动高电压运行，使其能够适用于中压电网的风电机组电网适应性测试；同时变流技术的采用，使得测试装置与电网接入点完全隔离，避免了测试装置对接入电网的影响；另外，变流器的并联运行技术，使得测试装置的容量设计及扩容相对灵活。

附图说明

图1是本实用新型提供的电网扰动发生装置结构示意图；

图2是本实用新型提供的低频扰动发生装置结构示意图；

图3是本实用新型提供的高频扰动发生装置原理示意图；

图4是本实用新型提供的电网适应性测试系统的集成测控装置示意图；

图5是本实用新型提供的低频扰动装置启动的自动控制逻辑流程图；

图6是本实用新型提供的高频扰动装置启动的自动控制逻辑流程图；

图7是本实用新型提供的电网扰动装置停止的自动控制逻辑流程图；

图8是本实用新型提供的电网适应性测试系统移动式设计示意图；

图9是本实用新型提供的电网适应性测试装置现场测试示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。

移动式风电机组电网适应性测试装置主要由电网扰动发生装置、集成测控系统两部分组成。电网扰动发生装置在风电机组升压变压器高压侧在线真实模拟产生常见的电网扰动；集成测控系统采集风电机组的电气量与状态量信息，实时分析风电机组的电网适应性性能指标，同时对整个测试装置进行控制与运行监测。将上述两部分进行一体化设计，集成安装于一个标准的海运集装箱内，实现了可移动式的电网适应性测试系统。

一、电网扰动发生装置设计：

电网扰动发生装置是电网适应性测试系统的核心，其可以模拟产生常见的各种电网扰动，适用于风电机组电网适应性测试。电网扰动发生装置基于电压源串联原理，采用模块化设计，实现了高、低频扰动发生装置独立、联合运行，其结构框图如图1所示。电网扰动发生装置包括与中压电网连接的低频扰动发生装置和与风电机组升压变压器高压侧连接的高频扰动发生装置；低频扰动发生装置和高频扰动发生装置依次连接；低频扰动发生装置并联有断路器CB1，高频扰动发生装置并联有断路器CB2。当断路器CB1与CB2均闭合时，电网扰动发生装置运行在旁路状态；当断路器CB1断开，CB2闭合时，低频电网扰动发生装置单独投入运行，高频扰动发生装置旁路运行；当断路器CB1闭合，CB2断开时，高频扰动发生装置单独投入运行，低频扰动发生装置旁路运行；当断路器CB1与CB2均断开时，高频与低频电网扰动发生装置联合运行。此种模块化设计，增加了装置的运行控制灵活性，同时提升了高频电网扰动发生装置的输出精度。

1.1低频扰动发生装置设计

低频扰动发生模块基于AC-DC-AC变流技术，采用AC-DC-AC变流与变压器相结合的设计方法，通过AC-DC-AC变流器与升、降压变压器的组合模拟产生了中压电网的低频扰动，如图2所示。低频扰动发生装置包括依次连接的降压变压器、变流环节和升压变压器；升压变压器的输出端与高频扰动发生装置或中压电网连接；

具体工作原理为：中压电网经降压变压器T1降压至U1，再经变流环节逆变输出所需要的电压U2，最后由升压变压器T2升压至中压。变流环节采用N个单相或三相的AC-DC-AC变流器并联模式；N在1-4之间。通过此种结构设计，仅需修改AC-DC-AC变流器逆变侧的调制波指令，就可以在中压电网得到电网适应性测试所需的各种低频电网扰动波形；同时装置通过AC-DC-AC变流技术与电网接入点完全隔离，避免了装置对接入电网的影响。低频扰动发生装置的电压运行水平主要取决于升、降压变压器的变比，设备的运行容量取决于并联变流器的容量和数量。低频电网扰动发生装置可以模拟产生电压偏差、频率波动、三相电压不平衡、电压波动与闪变等低频电网扰动量。

1.2、高频扰动发生装置设计：

为提高谐波电压输出的精度，简化低频扰动发生模块的滤波器设计，基于电压源串联原理，在接入电网或低频扰动发生模块的输出端叠加高频扰动发生模块，即可在中压电网产生谐波电压，如图3所示，高频扰动发生装置基于电压源串联原理，包括高频电网扰动发生模块、与其连接的高频取能电源和LC滤波电路；LC滤波电路包括电容C和电感L；所述电容C连接在中压电网或低频扰动发生装置的输出端，所述电容C通过电感L与高频扰动发生模块连接；高频扰动发生模块可采用单相H桥AC-DC-AC变流器级联模式，其同样可以通过控制变流环节H桥的逆变侧输出高次谐波电压，即电网电压谐波与畸变。

二、集成测控系统：

电网适应性测试装置远程测控系统结构框图如图4所示，电网适应性测控系统集风电机组电网适应性控制、状态监控、数据采集与分析于一体。集成测控装置包括中央处理器、DSP控制器和后台监控计算机。

如图4所示，中央处理器是电网适应性测控系统的核心处理器，其负责相关电气量、状态量的采集、计算与分析，通过通信管理机获取远程后台计算机控制指令，对电网适应性测控装置进行状态监测与控制。

中央处理器负责采集被测风电机组的并网点的三相电压、三相电流及实时风速信息等模拟量信号，通过分析计算得出风电机组的并网运行特性参数，如有功、无功功率，三相电压、电流不平衡度，电压闪变系数，总谐波畸变率等，并通过通信管理机上传至远程后台监控计算机，远程后台监控计算机就可以反映风电机组的实时运行状态。

DSP控制器是电网扰动发生装置的核心控制处理器，DSP控制器采用TI公司的32位定点DSP TMS320F2812，采集相关电气量、状态量，接受通信管理机的指令信号，生成期望输出扰动状态所需的PWM触发信号。DSP控制器与后台计算机的通信，是通过通信管理机来实现的，后台计算机通过通信管理机下发指令至变流器DSP控制器，变流器DSP控制器和通信管理机之间的连接为光纤连接，完全隔离。DSP控制器包括低频扰动发生装置DSP控制器、高频扰动发生装置DSP控制器；

低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过光纤均与开入开出组件连接；所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器均与通信管理机连接；所述开入开出组件和通信管理机通过光纤分别与中央处理器连接；低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过通信管理机与后台监控计算机进行通信；后台监控计算机通过RS485总线与通信管理机连接。

中央处理器负责整个试验行程的状态监测与控制，固化了数个重要的自动控制逻辑，在后台计算机点击相应的控制图标，则会执行不同的自动逻辑控制。如低频扰动装置启动如图5-图7所示，只需在后台计算机点击低频扰动装置启动按钮，对应行程自动执行，若无故障出现，设备自行启动，无需人为干预，避免了整个装置运行过程中的人为误操作。

集成测控装置还包括A/D转换器和电信号开入开出板；所述A/D转换器分别通过片选地址信号线和数据线与中央处理器连接；电信号开入开出板通过光纤与中央处理器连接；设置3块调理板分别与A/D转换器连接；其中一块调理板输入电流采集量，另一块调理板输入风电机组风机侧电压采集量，第三块调理板输入除电流和电压以外的模拟采集量；

电信号开入开出板开入的电信号包括风机接触器反馈信号、行程开关反馈信号和急停开入信号；开出的电信号包括风机接触器控制信号和故障输出信号。

三、移动式设计：

为方便复杂地形和交通条件下的风电机组的电网适应性现场试验与检测，提高电网适应性测试装置测试效率。将中压电网适应性测试系统进行一体化设计后集成于一个标准海运集装箱内，集装箱内部安装的结构布局如图8所示，集装箱内包括散热装置，所述散热装置包括水冷装置和风冷装置。中压设备的绝缘（可采用绝缘材料、绝缘胶带或绝缘挡板实现）、耐压进行特殊设计，完成了有限空间的集成安装；对电网扰动发生装置运行期间的散热进行特殊设计，完成了水冷、风冷协调智能控制；对装置的防护等级进行特殊设计，以满足系统特殊的运行环境要求。

实施例

移动式电网适应性测试装置现场测试示意图如图9所示，断开风电机组变压器高压侧与中压电网的接线，将中压电网接入低频扰动发生模块输入侧，另将风电机组变压器高压侧接入高频扰动发生模块输出侧，即将电网适应性测试装置串联于风电机组变压器高压侧与中压接入电网之间。

进行测试时，通过集成测控系统控制电网扰动发生装置及数据采集系统的启停，通过集成测控系统控制电网扰动发生装置的输出内容，从而在风电机组变压器高压侧模拟产生如电网电压偏差、频率波动、三相电压不平衡、电压闪变与谐波等常见的电网扰动，从而对风电机组进行电压适应性、频率适应性、三相电压不平衡适应性、电压闪变适应性及谐波适应性测试。通过数据采集系统（3块调理板实现）所采集的相关测试数据，通过数据分析、评价风电机组的电网适应性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述系统包括通过光纤连接的电网扰动发生装置和集成测控装置，所述电网扰动发生装置连接在中压电网和风电机组升压变压器高压侧之间；所述电网扰动发生装置和集成测控装置进行一体化设计后集成安装于集装箱内。

2.如权利要求1所述的移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述电网扰动发生装置采用模块化设计；包括与中压电网连接的低频扰动发生装置和与风电机组升压变压器高压侧连接的高频扰动发生装置；所述低频扰动发生装置和高频扰动发生装置依次连接；所述低频扰动发生装置和高频扰动发生装置均并联断路器。

3.如权利要求2所述的移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述低频扰动发生装置包括依次连接的降压变压器、变流环节和升压变压器；所述升压变压器的输出端与高频扰动发生装置或中压电网连接；

所述变流环节采用N个单相或三相的AC-DC-AC变流器并联模式；所述N在1-4之间。

4.如权利要求2所述的移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述高频扰动发生装置基于电压源串联原理，将谐波电压信号直接叠加到中压电网；包括高频电网扰动发生模块、与其连接的高频取能电源和LC滤波电路；所述LC滤波电路包括电容C和电感L；所述电容C连接在中压电网或低频扰动发生装置的输出端，所述电容C通过电感L与高频扰动发生模块连接；

所述高频扰动发生模块采用单相H桥AC-DC-AC变流器级联模式。

5.如权利要求1所述的移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述集成测控装置包括：中央处理器、DSP控制器和后台监控计算机；

所述DSP控制器包括低频扰动发生装置DSP控制器、高频扰动发生装置DSP控制器；

所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过光纤均与开入开出组件连接；所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器均与通信管理机连接；所述开入开出组件和通信管理机通过光纤分别与中央处理器连接；

所述低频扰动发生装置DSP控制器和高频扰动发生装置DSP控制器通过通信管理机与后台监控计算机进行通信；

所述后台监控计算机通过RS485总线与通信管理机连接。

6.如权利要求5所述的移动式风电机组电网适应性测试系统，其特征在于，所述集成测控装置包括A/D转换器和电信号开入开出板；所述A/D转换器分别通过片选地址信号线和数据线与中央处理器连接；所述电信号开入开出板通过光纤与中央处理器连接；设置3块调理板分别与A/D转换器连接；其中一块调理板输入电流采集量，另一块调理板输入风电机组风机侧电压采集量，第三块调理板输入除电流和电压以外的模拟采集量；

所述电信号开入开出板开入的电信号包括风机接触器反馈信号、行程开关反馈信号和急停开入信号；开出的电信号包括风机接触器控制信号和故障输出信号。

Images