風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置的製作方法
2023-10-11 22:47:49
專利名稱：風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於新能源併網測試領域，尤其涉及一種風力發電機組用移動式低電壓穿 越測試裝置。
背景技術：
我國風電發展前景廣闊陸地上可開發的風力資源至少有2. 53億千瓦，未來十年 中，西北、東北、內蒙等內陸將建設多個千萬千瓦級風電基地；我國近海區域的風力資源可 開發儲量有7. 5億千瓦，發展海上風電的潛力很大，在上海、江蘇、山東等省市近海僅2010 年-2011年就將有10多個海上風電場開始建設。據國家能源局的規劃，預計到2020年，我 國風力發電裝機總量將佔全國總裝機容量的15%。隨著風力發電在電力能源中所佔比例越來越大，風力發電系統對電網的影響已經 不能忽略。特別對於我國風電大規模集中接入的方式，當電網發生故障造成併網點電壓跌 落時，一旦風電機組自動脫網可能造成電網電壓和頻率的崩潰，嚴重影響電網的安全穩定 運行，使風力發電這種清潔能源的應用受到限制。因此，大規模併網運行的風電機組必須具 有低電壓穿越能力(Low Voltage Ride Through，LVRT)。風電機組併網必須滿足相應的技 術標準，只有當電網電壓跌落低於規定曲線以後才允許風力發電機脫網，當電壓在凹陷部 分時，發電機應提供無功功率。目前，歐美國家制定的風電併網準則中均涉及到了風電機組的低電壓穿越能力。 我國即將頒布的國標《風電場接入電力系統技術規定》中對併網運行的風電機組的低電壓 穿越能力也進行了詳細規定(附圖1)。然而，目前國內試驗和測試手段匱乏，尚不能研製與 技術標準相配套的移動式低電壓穿越測試裝置，主要測試設備均依賴進口，難以為風電場 的併網驗收試驗提供有效的技術支撐，也嚴重製約我國風力發電的發展。本發明提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置採用集約化設計、集裝 箱車載運輸，運輸方便、測試靈活、佔地面積小，適用於額定容量最大為6麗的各種風電機 組低電壓穿越測試試驗，滿足歐美各國風電併網準則和國標《風電場接入電力系統技術規 定》中對低電壓穿越測試試驗的要求，打破了國外廠家的技術壟斷，填補了國內空白。
發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供了一種風力發電機組用移動式低 電壓穿越測試裝置，該裝置串聯在風電機組與電網之間，採用阻抗分壓形式、可調電抗器設 計、車載貨櫃結構，通過改變阻抗分壓比實現對被測風電機組不同跌落等級電壓跌落故 障的模擬，可完成額定容量最大為6MW的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，可滿足歐美 各國風電併網準則和國標《風電場接入電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要 求。為實現上述發明目的，本發明採用下述技術方案實現一種風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於該裝置串聯在被
3測風電機組與電網之間，採用阻抗分壓形式、車載貨櫃結構，通過模擬電壓跌落故障實現 對風電機組低電壓穿越性能的測試。其中，該裝置的主接線由串聯電抗器組、並聯電抗器組和斷路器組成，上述各設備 集成在至少一個車載貨櫃內，在該裝置的主接線中，所述串聯電抗器組、並聯電抗器組與 被測風電機組的連接點即為該裝置的測試點。其中，所述串聯電抗器組和並聯電抗器組均由至少一個可調電抗器構成，通過調 節串聯電抗器組和並聯電抗器組中各可調電抗器的組合方式和/或調節各可調電抗器的 阻抗值來改變串聯電抗器組和並聯電抗器組的阻抗分壓比，進而改變測試點的電壓跌落深度。其中，當串聯電抗器組和並聯電抗器組中可調電抗器的數量為一個時，兩個可調 電抗器與被測風電機組的連接點即為該裝置的測試點；當串聯電抗器組和並聯電抗器組中 可調電抗器的數量為兩個以上時，每個可調電抗器的參數可設計為相同或不同；串聯電抗 器組中各可調電抗器的組合方式採用串聯、並聯或串、並聯相結合的方式連接，並聯電抗器 組中各可調電抗器的組合方式採用串聯、並聯或串、並聯相結合的方式連接。其中，每個可調電抗器上均設有阻抗值不同的多個端子，調節各可調電抗器阻抗 值的方法為採用短接片直接短接各個端子的方式；或者採用在各個端子間連接晶間管閥 組，通過在線觸發晶閘管閥組的方式。其中，根據系統需求，可實現測試點電壓跌落的一次恢復或階梯型恢復，所述電壓 跌落的一次恢復，通過控制相應的斷路器斷開實現；所述電壓跌落的階梯恢復，需在可調電 抗器的各端子之間連接晶閘管閥組，通過在線觸發相應的晶閘管閥組實現。實現電壓跌落的一次恢復時，調節可調電抗器阻抗值的方式可採用短接片直接短 接各個端子的方式，也可採用在各個端子之間連接晶閘管閥組，通過在線觸發閥的方式。電 壓跌落的一次恢復通過控制斷路器CB4來實現(如附圖2所示)；實現電壓跌落的階梯恢復 時，可調電抗器的各端子之間要連接晶閘管閥組，通過在線觸發相應的晶閘管閥組來實現。本發明的有益效果如下①本發明提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，適用範圍廣，可適 用於額定容量最大為6MW的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，滿足歐美各國風電併網準 則和國標《風電場接入電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求；②所提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置採用阻抗分壓的結構形 式，每個可調電抗器上有阻抗值不同的多個端子，可通過短接不同的端子方便地改變阻抗 值的大小。進一步通過改變多個可調電抗器的組合，實現測試點電壓跌落的多種組合方式， 能夠很好的適應系統運行方式改變對跌落精度的影響。根據需求還可完成電壓跌落的一次 恢復或階梯恢復；③本發明提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置採用集約化設計、集 裝箱車載運輸，運輸方便、測試靈活，特別適用於地域較大且位置比較偏遠的風電場的併網 驗收試驗以及已經建成的風電場需要補充進行的低電壓穿越測試試驗；④所提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置中串聯可調電抗器或並 聯可調電抗器的阻抗值的改變可採用傳統的手動連接短接片的方式實現，也可以在各個端 子之間連接品閘管閥組、並通過控制實現晶閘管閥控短接方式實現。
技術的新穎性目前，歐美國家制定的風電併網準則中均涉及到了風電機組的低電壓穿越能力。 我國即將頒布的國標《風電場接入電力系統技術規定》中對併網運行的風電機組的低電壓 穿越能力也進行了詳細規定。然而，目前國內試驗和測試手段匱乏，尚不能研製與技術標準 相配套的低電壓穿越測試裝置，主要測試設備均依賴進口，難以為風電場的併網驗收試驗 提供有效的技術支撐，也嚴重製約我國風力發電的發展。本發明提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置採用集約化設計、集裝 箱車載運輸，運輸方便、測試靈活、佔地面積小，適用於額定容量最大為6麗的各種風電機 組低電壓穿越測試試驗，可滿足歐美各國風電併網準則和國標《風電場接入電力系統技術 規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求，填補了國內空白。目前，國內製造廠家尚沒有研製 成功本發明提供的移動式可調電抗器型低電壓跌落測試裝置。技術的創造性裝置技術的創造性主要表現在①本發明所提出的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，是國內目前容量 最大、測試風機容量範圍最廣的移動式低電壓穿越測試裝置，可完成額定容量最大為6麗 的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，可滿足歐美各國風電併網準則和國標《風電場接入 電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求；②所提出的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，採用集約化設計，可調 電抗器和斷路器等主要設備均高度集中在貨櫃內，並採用車載運輸，測試靈活、方便；③所提出的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，採用阻抗分壓原理，通 過調節可調電抗器的阻抗值，實現測試點電壓跌落深度的變化，並根據需求完成電壓跌落 的一次恢復或階梯恢復；④可調電抗器上有阻抗值不同的多個端子，阻抗值大小的調節通過短接不同的端 子實現。除了傳統的手動連接短接片實現短接的方式之外，裝置還首創了晶閘管閥控短接 的方式在各個端子之間連接晶閘管閥組，通過在線觸發閥組實現自動控制短接。技術的實用性①所提出的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，滿足歐美各國風電併網 準則和國標《風電場接入電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求，可完成額定 容量最大為6MW的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，能夠滿足目前國內絕大多數風電場 低電壓穿越測試需求。②所提出的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，採用集約化設計、集裝 箱車載運輸，運輸方便、測試靈活，特別適用於地域較大且位置比較偏遠的風電場以及已經 建成的風電場需要補充進行的低電壓穿越測試試驗。③通過多個可調電抗器的組合方式的變化和調節每個可調電抗器的阻抗實現測 試點電壓跌落的多種組合方式，能夠很好的適應系統運行方式改變對跌落精度的影響。根 據需求可完成電壓跌落的一次恢復或階梯恢復。即滿足風電場驗收試驗的需求，又可用於 風電機組低電壓穿越過程中的科學研究。
圖1國家標準《風電場接入電力系統技術規定》中對風電場低電壓穿越要求曲線；圖2是本發明所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置的典型結構原 理示意圖；圖3可調電抗器一種典型接線示意圖；圖4可調電抗器各端子間連接晶閘管閥的一種典型接線示意圖；圖5是電壓跌落和一次恢復的曲線圖；圖6是電壓跌落和階梯恢復的曲線圖。
具體實施例方式(1)裝置的構成和工作原理所提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置串聯在風電機組與電網之 間，採用阻抗分壓形式、可調電抗器設計、車載貨櫃結構，通過改變阻抗分壓比模擬不同 跌落等級電壓跌落故障，實現對被測風電機組低電壓穿越性能的測試。該裝置可完成額定 容量最大為6麗的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，可滿足歐美各國風電併網準則和國 標《風電場接入電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求。圖2示出了本發明所提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置的典型 結構原理示意圖。如圖2所示，該裝置的主接線包括串聯電抗器組、並聯電抗器組、斷路器。 整個裝置採用車載貨櫃結構、緊湊化設計，所有主設備高度集成在1個或多個貨櫃之 內，運輸方便、測試靈活。主接線中，串聯電抗器組、並聯電抗器組與被測風電機組的連接點 即為該裝置的測試點。通過斷開斷路器CB2和閉合斷路器CB4分別將串聯電抗器組和並聯 電抗器組投入(附圖幻；通過調節串聯電抗器組和並聯電抗器組的阻抗值來改變阻抗分壓 比，進而改變測試點的電壓跌落深度，並實現電壓跌落的階梯型恢復；通過斷開斷路器CB4 實現測試點電壓的一次恢復。裝置的串聯電抗器組由多個可調電抗器組成，每個可調電抗器的參數可設計為相 同或不同，各可調電抗器間可採用串聯、並聯組合方式以及串並聯相結合的組合方式；並聯 電抗器組由多個可調電抗器組成，每個可調電抗器的參數可設計為相同或不同，各可調電 抗器間可採用串聯、並聯組合方式以及串並聯相結合的組合方式。每個可調電抗器上均有阻抗值不同的多個端子(圖3中以4個端子的可調電抗器 為例，1、2、3、4為可調電抗器的外接端子)，阻抗值大小的調節通過短接不同的端子實現。 具體的短接方式可通過短接片直接短接，以圖3中的端子1和2為例，將端子1和2通過短 接片短接後，端子1和2之間的阻抗被短接；阻抗值大小的調節也可以通過在各個端子之間 連接晶閘管閥組(圖4中以4個端子的可調電抗器為例，1、2、3、4為可調電抗器的外接端 子，各端子間連接晶閘管閥)，通過在線觸發閥組實現短接。以觸發圖4中的端子1和2之 間的連接晶閘管閥，通過觸發該閥，使端子1和2之間的阻抗被短接。以串聯電抗器組為例，通過對每個可調電抗器阻抗值的調節以及多個可調電抗器 的組合，可以獲得許多個等效電抗值Xl ；同理，通過對每個可調電抗器阻抗值的調節以及 多個可調電抗器的組合，也可以獲得許多個等效電抗值X2。利用公式X2/(X1+X2+Xc) 0(c為 電網側的系統阻抗值)，選用不同的Xl和X2值，即可實現測試點電壓跌落的很多種組合方
6式，可有效適應系統運行方式變化(系統阻抗k改變)對跌落精度的影響。該裝置中的斷路器包括 系統側斷路器CB1，其與串聯電抗器組相串聯且位於電網一側，用於控制裝置的 接入系統； 旁路斷路器CB2，其與串聯電抗器組相併聯，作為風電機組正常發電過程中的通 路。通過斷開或閉合CB2，可實現串聯電抗器組投入或退出； 風電偵斷路器CB3，其與串聯電抗器組相串聯且位於風電機組一側，用於控制裝置與 被測風電機組的連接，串聯電抗器組與風電側斷路器CB3之間連接有並聯可調電抗器組； 分壓側斷路器CB4，其與並聯電抗器組相串聯，用於控制並聯電抗器組的投入與 推出，從而實現測試點電壓的跌落。(2)裝置的電壓跌落和恢復過程裝置的電壓跌落過程通過控制旁路斷路器CB2、分壓側斷路器CB4實現，電壓恢復 可根據需要採用一次恢復或階梯恢復。①電壓跌落和一次恢復採用電壓跌落和一次恢復時，可調電抗器阻抗調節的方式可採用短接片直接短接 方式(典型接線圖見圖3)，也可採用在各個端子之間連接晶閘管閥組，通過在線觸發閥組 實現阻抗調節(典型接線圖見圖4)。電壓跌落和一次恢復過程示意圖如圖5所示，具體描 述如下試驗前，根據所需的跌落深度組合查表獲得XI、X2的具體值。可採用手動連接短 接片的形式獲得串聯電抗器組Xl以及並聯可調電抗器組X2的參數；當各可調電抗器端子 間並聯晶閘管閥組時，也可採用控制相應的晶閘管閥組導通的方式從而得到串聯可調電抗 器組Xl以及並聯電抗器組X2的參數。通過閉合斷路器CB1、CB2和CB3使風電機組併網運 行。接下來開始低電壓穿越試驗，首先斷開CB2將Xl接入，Xl接入時間t0可設定。電壓跌 落通過控制斷路器CB4閉合實現，跌落時間tl由斷路器CB4觸頭合閘建立電壓時間決定； 測試點處電壓跌落可實現跌至額定電壓的90%、80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、 20^^10^^0%的電壓等級。電壓跌落後持續的時間t5，即斷路器CB4閉合後的時間，最小 為200ms，最大可設定；接下來開始電壓的一次恢復，一次恢復時間t3由斷路器CB4觸頭分 閘建立電壓時間決定；斷路器CB4斷開後經一定時間t4後閉合CB2，風電機組重新併網運 行，一次低電壓穿越測試試驗結束；一次測試試驗持續的時間，從斷開CB2開始到閉合CB2 結束的時間為t6，具體可以設定。②電壓跌落和階梯恢復採用電壓跌落和階梯恢復時，可調電抗器各端子之間要連接晶閘管閥組(典型接 線圖見圖4)，通過在線觸發閥組實現阻抗調節。電壓跌落和階梯恢復過程示意圖如圖6所 示，具體描述如下試驗前，根據所需的跌落深度組合查表獲得XI、X2的具體值，並採用控制相應的 晶閘管閥組導通的方式從而得到串聯電抗器組Xl以及並聯電抗器組X2的參數。通過閉合 斷路器CB1、CB2和CB3使風電機組併網運行。接下來開始低電壓穿越試驗，首先斷開CB2 將Xl接入，Xl接入時間t0可設定。電壓跌落通過控制斷路器CB4閉合實現，跌落時間tl 由斷路器CB4觸頭合閘建立電壓時間決定；測試點處電壓跌落可實現跌至額定電壓Un的
790%、80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0% 的電壓等級。電壓跌落後持 續的時間t6，即斷路器CB4閉合後的時間，最小為200ms，最大可設定；接下來開始電壓的 恢復過程，通過在線觸發相應的晶閘管閥實現電壓的階梯型恢復。相鄰兩階梯間電壓差為 10% Un或其整數倍，時間最小為40ms，最大可設置；電壓恢復過程結束後，控制斷路器CB4 斷開，而後經一定時間t5後閉合CB2，風電機組重新併網運行，一次低電壓穿越測試試驗結 束；一次測試試驗持續的時間，從斷開CB2開始到閉合CB2結束的時間，最大可設定。本發明所提供的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置能夠實現測試點電 壓跌落後的一次恢復和階梯恢復，可有效適應系統運行方式變化對跌落精度的影響，適用 於額定容量最大為6麗的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，滿足歐美各國風電併網準則 和國標《風電場接入電力系統技術規定》中對風電機組低電壓穿越測試試驗的要求。最後應該說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，結 合上述實施例對本發明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解到本領域技 術人員依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，但這些修改或變更均在 申請待批的權利要求保護範圍之中。
權利要求
1.一種風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於該裝置串聯在被測 風電機組與電網之間，採用阻抗分壓形式、車載貨櫃結構，通過模擬電壓跌落故障實現對 風電機組低電壓穿越性能的測試。
2.如權利要求1所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於該 裝置的主接線由串聯電抗器組、並聯電抗器組和斷路器組成，上述各設備集成在至少一個 車載貨櫃內，在該裝置的主接線中，所述串聯電抗器組、並聯電抗器組與被測風電機組的 連接點即為該裝置的測試點。
3.如權利要求2所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於所 述串聯電抗器組和並聯電抗器組均由至少一個可調電抗器構成，通過調節串聯電抗器組和 並聯電抗器組中各可調電抗器的組合方式和/或調節各可調電抗器的阻抗值來改變串聯 電抗器組和並聯電抗器組的阻抗分壓比，進而改變測試點的電壓跌落深度。
4.如權利要求3所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於當 串聯電抗器組和並聯電抗器組中可調電抗器的數量為一個時，兩個可調電抗器與被測風電 機組的連接點即為該裝置的測試點；當串聯電抗器組和並聯電抗器組中可調電抗器的數量 為兩個以上時，每個可調電抗器的參數可設計為相同或不同；串聯電抗器組中各可調電抗 器的組合方式採用串聯、並聯或串、並聯相結合的方式連接，並聯電抗器組中各可調電抗器 的組合方式採用串聯、並聯或串、並聯相結合的方式連接。
5.如權利要求3所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在於每 個可調電抗器上均設有阻抗值不同的多個端子，調節各可調電抗器阻抗值的方法為採用 短接片直接短接各個端子的方式；或者採用在各個端子間連接晶間管閥組，通過在線觸發 晶閘管閥組的方式。
6.如權利要求1-5任一所述的風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置，其特徵在 於根據系統需求，可實現測試點電壓跌落的一次恢復或階梯型恢復，所述電壓跌落的一次 恢復，通過控制相應的斷路器斷開實現；所述電壓跌落的階梯恢復，需在可調電抗器的各端 子之間連接晶閘管閥組，通過在線觸發相應的晶閘管閥組實現。
全文摘要
本發明涉及一種風力發電機組用移動式低電壓穿越測試裝置。該裝置串聯在被測風電機組與電網之間，採用阻抗分壓形式、車載貨櫃結構，通過模擬電壓跌落故障實現對風電機組低電壓穿越性能的測試。該裝置主接線由串聯電抗器組、並聯電抗器組和斷路器組成；串聯電抗器組和並聯電抗器組均由至少一個可調電抗器構成，通過調節各可調電抗器的阻抗值和/或各可調電抗器的連接方式，可改變阻抗分壓比，實現測試點電壓跌落深度的改變，根據系統需求還可實現電壓跌落的一次恢復或階梯恢復。該裝置可完成額定容量最大為6MW的各種風電機組低電壓穿越測試試驗，滿足歐美各國風電併網準則和國標《風電場接入電力系統技術規定》中對低電壓穿越測試試驗的要求。
文檔編號G01R31/34GK102129036SQ201110002700
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者張拓, 張振環, 徐桂芝, 武守遠, 賈跟卯, 雷晰, 黃小梅 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞科技有限公司