風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統及方法

2023-07-25 22:44:51 1

專利名稱：風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統及方法
技術領域：
本發明涉及風力發電機組，尤其涉及一種用於防止併網過程中風力發電機組影響 孤立小電網穩定性而導致海上生產平臺停電停產事故的風力發電機組與海上平臺電網不 停產併網試驗系統及方法。屬於機械電力系統領域。
背景技術：
在海上石油開發工程中，傳統海上生產平臺所需的電力一般採用燃油或者燃氣等 燃料的發電機組發電，並通過海底電纜將電力能源輸送至各生產平臺，為海上生產平臺供 電。現有的海上生產平臺電網通常是在燃油或燃氣發電機組之間併網，每臺機組的功率可 以通過調節裝置進行調節分配，且都有備用功率。進入21世紀，隨著人們對環境保護的要求提高，風力發電已成為海上生產平臺的 重要的新能源。由於風力發電機組輸出功率是隨風力大小隨機波動的，且沒有備用功率，因 此，將風力發電機組併入已經投產的海上平臺電網時，主要存在以下四個方面的問題(1)風力發電機組啟動併網、停機離網過程中，對海上生產平臺電網的穩定性有影 響，其影響程度沒有實際工程數據支持；(2)風力發電機組額定有功功率工況下發生緊急停機跳閘事故，對海上生產平臺 電網的穩定性影響比較劇烈，具體過程沒有實際工程數據支持；(3)風力發電機組與海上生產平臺電網併網運行時，風力發電機組輸出功率隨風 力隨機波動，對平臺電網穩定性和供電質量有影響，其影響程度沒有實際工程數據支持；(4)海上生產平臺大功率電氣設備啟停過程中，由於風力發電機組負荷隨時都在 波動，電網的穩定性將受到更大的影響，其影響程度和過程沒有實際工程數據支持。由於上述四個方面的情況都存在引起生產平臺停電停產的較大風險，因此，需要 在陸地上進行必要的試驗。

發明內容
本發明的主要目的在於克服現有技術存在的上述缺點，而提供一種風力發電機組 與海上平臺電網不停產併網試驗系統及方法，其可以先在陸地上進行風力發電機組與模擬 的海上生產平臺電網進行併網試驗，在獲取試驗數據進行分析調整後，再將風力發電機組 整體運到海上生產平臺進行安裝，避免了風力發電機組安裝到海上生產平臺以後與海上生 產平臺電網併網過程中發生停電停產事故。本發明的目的是由以下技術方案實現的一種風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統，其特徵在於包括風 力發電機組、熱力發電機組、風力發電機組出線開關、變壓器、負荷裝置、變壓器輔助電源、 熱力發電機組輔助電源、負荷裝置輔助電源及試驗監測設備，上述設備的具體聯接方式為 變壓器的高壓一端經電纜與風力發電機組出線開關的輸入端相連，風力發電機組出線開關 的輸出端經電纜與風力發電機組的輸入端相連；熱力發電機組輸出端與負荷裝置進線母排相連，變壓器低壓一端經電纜與負荷裝置進線母排相連；負荷裝置輔助電源與負荷裝置相 連；變壓器輔助電源與變壓器相連；熱力發電機組輔助電源與熱力發電機組相連；風力發 電機組與試驗監測設備相連；風力發電機組出線開關與試驗監測設備相連；熱力發電機組 與試驗監測設備相連，通過上述連接構成一風力發電機組與海洋平臺電網不停產併網試驗 的系統。所述熱力發電機組為柴油發電機組或燃氣發電機組。所述負荷裝置採用乾電阻或水電阻作為負荷。一種風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵在於包括下列 步驟第一步，給試驗系統設備上電；第二步，啟動風力發電機組，空載運行，確認升速及振動正常；第三步，進行風力發電機組啟動併網操作加載過程試驗及正常停機過程試驗；第四步，進行風力發電機組帶負荷緊急停機試驗；第五步，進行電網負荷突加突卸試驗；第六步，進行風力發電機組與熱力機組併網發電互補運行試驗。所述第一步的具體步驟如下(1)給熱力發電機組供輔助電源，啟動熱力發電機組，檢查確認輸出電壓、頻率正 常；(2)閉合熱力發電機組出口開關，檢查確認變壓器的低壓側開關下口電壓、頻率正 常，閉合變壓器開關低壓側，檢查確認變壓器高壓側開關上口側工作電壓、頻率正常；(3)給風力發電機組出線開關送控制電源，閉合變壓器出線側開關，送電到風力發 電機組出線開關，檢查確認電壓、頻率正常；(4)給負荷裝置送輔助電源，啟動冷卻風機，檢查確認負荷裝置是否具備加載條 件；(5)啟動負荷裝置，給熱力發電機組加載；(6)閉合風力發電機組出線開關，給風力發電機組送電源，檢查確認系統帶電正
堂
巾ο所述第三步的具體步驟如下(1)確認風力及全部設備滿足風力發電機組啟動發電條件；(2)將負荷裝置加載，使有功功率大於試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 60%，並大於試驗當時的風力所對應的風力發電機組的最大輸出有功功率，功率因數為額 定功率因數；(3)將風力發電機組的最大輸出功率設置為小於試驗電網熱力機組額定有功功率 5%的值；(4)將監測裝置9的參數測量採樣周期設定為10ms，開始記錄過程曲線圖；(5)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力 發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(6)在風力發電機組的控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參 數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(7)將負荷裝置加載到試驗電網熱力機組達到額定有功功率；(8)將風力發電機組的最大輸出功率設置為試驗電網熱力機組額定有功功率的 5% ；(9)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力 發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(10)當風力發電機組輸出有功功率為上述步驟(8)的設定值時，在風力發電機組 的控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風 力發電機組出線開關3的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記 錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(11)重複一次步驟(9)、(10)，並對前後試驗數據進行對比；(12)將風力發電機組的最大輸出功率設置為試驗電網熱力發電機組額定有功 功率的10% ；(13)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力 發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(14)當風力發電機組輸出有功功率為上述步驟(12)的設定值時，在風力發電機 組的控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、 風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記 錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(15)重複上述步驟(1 、(14)，並對前後試驗數據進行對比。所述第四步的具體步驟如下(1)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置有功功 率為熱力發電機組額定有功功率，風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力機組額 定有功功率的5% ；(2)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，在風力發電機組 的控制盤上按「緊急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機 組、風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存 記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(3)重複上述步驟( ，並對前後試驗數據進行對比；(4)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置有功功 率為熱力發電機組額定有功功率，風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力機組額 定有功功率的10% ；(5)當風力發電機組1瞬時有功功率為上述步驟(4)的設定值時，在風力發電機組 的控制盤上按「緊急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機 組、風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存 記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；
(6)重複上述步驟( ，並對前後試驗數據進行對比。所述第五步的具體步驟如下(1)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，給負荷裝置加載 有功功率為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的80%，風力發電機組最大有功功率設置 為試驗電網熱力機組額定有功功率的5% ；(2)在負荷裝置5控制盤上預選突加負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率 的 20% ；(3)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，將負荷裝置負荷 突加上述步驟( 的預選突加負荷，觀察突加負荷過程中風力發電機組1、熱力發電機組2、 風力發電機組出線開關3的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存 記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(4)在負荷裝置5控制盤上預選突卸負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率 的 20% ；(5)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，將負荷裝置5負荷 突卸上述步驟的預選突卸負荷，觀察突卸負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風 力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄 過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(6)重複上述步驟(2)、(3)、⑷、(5)，並對前後試驗數據進行對比；(7)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，給負荷裝置5加 載為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的80%，風力發電機組最大有功功率設置為試驗 電網熱力機組額定有功功率的10% ；(8)在負荷裝置5控制盤上預選突加負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率 的 20% ；(9)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(7)的設定值時，將負荷裝置負荷 突加上述步驟(8)的預選突加負荷，觀察突加負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風 力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄 過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(10)在負荷裝置5控制盤上預選突卸負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功 率的20% ；(11)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(7)的設定值時，將負荷裝置負荷 突卸上述步驟(10)的預選突卸負荷，觀察突卸負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、 風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記 錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(12)重複上述步驟(7)、(8)、(9), (11),並對前後試驗數據進行對比。所述第六步的具體步驟如下(1)根據天氣預報和現場風力情況，設置風力發電機組最大有功功率為試驗電網 熱力發電機組額定有功功率的10%，負荷裝置加載為試驗電網熱力發電機組額定有功功率 的80%，啟動風力發電機組併網運行至少1小時，記錄時間、風速、風力發電機組轉速、風力 發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電壓、電網頻率，熱力發電機組有功功率、無功功率；(2)根據天氣預報和現場風力情況，逐步增大風力發電機組最大有功功率設置，設 定為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的20^^30^30^^50%,負荷裝置加載保持試 驗電網熱力發電機組額定有功功率的80%，各併網運行至少1小時，記錄時間、風速、風力 發電機組轉速、風力發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電 網電壓、電網頻率，熱力發電機組有功功率、無功功率；(3)根據天氣預報和現場風力情況，將負荷裝置加載為試驗電網熱力發電機組額 定有功功率，逐步增大風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力發電機組額定有功 功率的80%，保持併網運行1小時左右，記錄時間、風速、風力發電機組轉速、風力發電機組 槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電壓、電網頻率，熱力發電 機組有功功率、無功功率。所述熱力發電機組為柴油發電機組或燃氣發電機組；負荷裝置採用乾電阻或水電 阻作為負荷。本發明有益效果是本發明由於採用上述技術方案，在陸地進行風力發電機組與 模擬的海上石油平臺電網進行併網試驗，在獲取試驗數據進行分析調整後，再將風力發電 機組整體運到海上生產平臺進行安裝，避免了風力發電機組安裝到海上生產平臺以後與海 上生產平臺電網併網過程中發生停電停產事故。同時，本發明方法簡捷實用，便於現場施 工，為以後海洋生產平颱風燃互補小電網不停產併網順利實施提供一種有效的方法。


圖1為本發明風力發電機組與海洋平臺電網不停產併網試驗的系統圖。圖中主要 標號說明1風力發電機組、2柴油發電機組、3風力發電機組出線開關、4變壓器、5負荷裝置、 6變壓器輔助電源、7柴油發電機組輔助電源、8負荷裝置輔助電源、9試驗監測設備。
具體實施例方式參閱圖1所示，本發明試驗系統包括風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電 機組出線開關3、箱式變壓器4、負荷裝置5、變壓器輔助電源6、柴油發電機組輔助電源7、負 荷裝置輔助電源8、試驗監測設備9等。本實施例為變壓器4採用高壓一端為交流690V， 低壓一端為交流400V的箱式變壓器(變壓器+進出線開關)；負荷裝置5採用乾電阻或水 電阻作為負荷；負荷裝置輔助電源8採用交流380V電源，變壓器輔助電源6採用交流380V 電源，柴油發電機組輔助電源7採用交流220V電源；柴油發電機組也可以用燃氣發電機組替代；在使用燃氣發電機組時，其柴油發電 機組輔助電源由燃氣發電機組輔助電源替代。風力發電機組1 型號為金風70/1500，主要參數為額定功率1500KW，額定電壓 690V，固定功率因數0. 98 ；柴油發電機組2 模擬海上生產平臺正在併網運行的燃油/燃氣 發電機組群，型號為DCMl 100，額定功率為1100KW，功率因數0.8，額定電壓400V，額度轉速 1500RPM ；箱式變壓器4 主要參數為額定容量1600KVA，額定電壓690/400V ；風力發電機組出線開關3交流ACB R2000A,電壓690V ；
負荷裝置5 模擬海上生產平臺負載，採用GFZ II-3型負荷裝置，3250KVA，380V， 功率因數0. 8 ；負荷裝置380V輔助電源8 電流300A，電壓380V ；箱式變壓器380V輔助電 源6 電流100A,電壓380V ；試驗監測設備9 主要由工控機，PLC可編程序控制器，DI/AI輸入模塊，顯示器等 組成；實現對風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3的電壓、電流、頻 率、功率因數等參數進行採集、處理、過程曲線圖顯示、保存；上述設備的具體聯接方式為變壓器4的高壓一端(690V)經電纜與風力發電機組出線開關3的輸入端相連，風 力發電機組出線開關3的輸出端經電纜與風力發電機組1的輸入端相連；柴油發電機組2 輸出端與負荷裝置5進線母排相連，變壓器4低壓一端G00V)經電纜與負荷裝置5進線母 排相連；負荷裝置輔助電源8與負荷裝置5相連；箱式變壓器輔助電源6與箱式變壓器4相 連；柴油發電機組輔助電源7與柴油發電機組2相連；風力發電機組1與試驗監測設備9相 連；風力發電機組出線開關3與試驗監測設備9相連；柴油發電機組2與試驗監測設 備9相連。通過上述連接構成一風力發電機組與海洋平臺電網不停產併網試驗的系統。本發明風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，包括下列步驟1、如圖1所示，在陸地上進行試驗系統設備的連接；2、檢查試驗設備對風力發電機組1、柴油發電機組2、變壓器4、負荷裝置5及風 力發電機組出線開關3進行功能檢查，對試驗監測設備9進行調試，為併網試驗做好準備。3、給試驗系統設備上電3. 1給柴油發電機組2供輔助電源，啟動柴油發電機組2，檢查確認輸出電壓、頻率正常。3. 2閉合柴油發電機組2出口開關，檢查確認箱式變壓器4的400V側開關下口電 壓、頻率正常，閉合箱式變壓器4開關(400V側)，檢查確認箱式變壓器4高壓側開關上口 (690V側)工作電壓、頻率正常。3. 3給風力發電機組出線開關3送1IOV控制電源，閉合箱式變壓器4出線側(690V 側)開關，送電到風力發電機組出線開關3，檢查確認電壓、頻率正常。3. 4給負荷裝置5送輔助電源，啟動冷卻風機，檢查確認負荷裝置5具備加載條件。3. 5啟動負荷裝置5，給柴油發電機組2加載M0KW。3. 6閉合風力發電機組出線開關3，給風力發電機組1送690V電源，檢查確認系統 帶電正常。4、啟動風力發電機組1，空載運行，確認升速及振動正常，按風力發電機組1「緊急 停機」按鈕進行緊急停機功能試驗，確認緊急停機功能正常。5、進行風力發電機組啟動併網操作加載過程試驗及正常停機過程試驗試驗目的確定風力發電機組併網操作對電網電壓、頻率的影響；確定風力發電 機組停機操作對電網電壓、頻率的影響；試驗條件試驗過程中，負荷裝置5(即電網總負載)加載為柴油發電機組2的額 定有功功率1100KW，即試驗電網熱力發電機組額定有功功率；風力發電機組1的最大有功 功率分別設置為55KW、110KW，即風力發電機組1的最大有功功率分別為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的5%、10%，為確保試驗安全進行，先進行一次負載水平較低的併網和 停機解列操作試驗。具體步驟為5. 1確認風力及全部設備滿足風力發電機組啟動發電條件；5. 2將負荷裝置5 (電網負載)加載到有功功率800KW，使有功功率大於試驗電網 熱力發電機組額定有功功率的60%，並大於試驗當時的風力所對應的風力發電機組的最大 輸出有功功率，避免柴油發電機組出現逆功率，功率因數為0.8 ；5. 3將風力發電機組1的最大輸出功率設置為40KW，小於試驗電網熱力機組額定 有功功率(1100KW)的5% ；5. 4將監測裝置9的參數測量採樣周期設定為10ms，開始記錄過程曲線圖；5. 5啟動風力發電機組1，觀察併網加載過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、 風力發電機組出線開關3(電網母線)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化 過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 6在風力發電機組1的控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中 風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功 率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 7將負荷裝置5 (電網負載)加載到有功功率1100KW，功率因數0.8，即試驗電網 熱力發電機組達到額定有功功率；5. 8將風力發電機組1的最大輸出功率設置為55kw，即試驗電網熱力發電機組額 定有功功率的5% ；5. 9啟動風力發電機組1，觀察併網加載過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、 風力發電機組出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過 程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 10當風力發電機組1輸出有功功率為55KW時，在風力發電機組1的控制盤上按 「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組 出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 11重複一次步驟5. 9、5. 10，並對兩次試驗數據進行對比；5. 12將風力發電機組1的最大輸出功率設置為llOkw，即試驗電網熱力發電機組 額定有功功率的10% ；5. 13啟動風力發電機組1，觀察併網加載過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、 風力發電機組出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過 程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 14當風力發電機組1輸出有功功率為IlOKW時，在風力發電機組1的控制盤上 按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電 機組出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記 錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；5. 15重複一次步驟5. 13,5. 14，並對兩次試驗數據進行對比；6、進行風力發電機組帶負荷緊急停機試驗
試驗目的確定風力發電機組緊急停機和事故跳閘對電網電壓、頻率的影響；試驗條件試驗過程中，負荷裝置5(即電網總負載)加載為柴油發電機組2的額 定有功功率1100KW，即試驗電網熱力發電機組額定有功功率；風力發電機組1的最大有功 功率分別設置為55KW、110KW，即風力發電機組1的最大有功功率分別設置為試驗電網熱力 發電機組額定有功功率的5%、10%。具體步驟為6. 1在負荷裝置5、柴油發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置5加載 1100KW，風力發電機組最大有功功率設置為55KW ；6. 2當風力發電機組瞬時有功功率為55KW時，在風力發電機組1的控制盤上按「緊 急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機 組出線開關3(電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄 過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；6. 3重複一次步驟6. 1、6. 2，並對兩次試驗數據進行對比；6. 4在負荷裝置5、柴油發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置5加載 1100KW，風力發電機組最大有功功率設置為110KW ；6.5當風力發電機組瞬時有功功率為110KW時，在風力發電機組1的控制盤上按 「緊急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電 機組出線開關3 (電網)的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記 錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；6. 6重複一次步驟6. 4、6. 5，並對兩次試驗數據進行對比。7、進行電網負荷突加突卸試驗試驗目的模擬海上平臺大功率電氣設備啟停，考核電網可靠性及電網電壓、頻率 穩定性；試驗條件突加負荷試驗時，負荷裝置5準備突加的負荷為220KW(為試驗電網總 負荷的20% )，突加負荷前，試驗電網有功功率為880KW ；突卸負荷試驗時，負荷裝置5準 備突卸的負荷為220KW(為試驗電網總負荷的20%)，突卸負荷前，試驗電網有功功率為 11OOKW。具體步驟為7. 1在負荷裝置5、柴油發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置5加載 880KW，風力發電機組最大有功功率設置為55KW ；7. 2在負荷裝置5控制盤上預選突加負荷220KW ；7. 3當風力發電機組瞬時有功功率為55KW時，將負荷裝置5負荷突加220KW，觀察 突加負荷過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3(電網)的電 壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化 在允許範圍內；7. 4在負荷裝置5控制盤上預選突卸負荷220KW ；7. 5當風力發電機組瞬時有功功率為55KW時，將負荷裝置5負荷突卸220KW，觀察 突卸負荷過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3(電網)的電 壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；7. 6重複一次步驟7. 2、7. 3、7. 4、7. 5，並對兩次試驗數據進行對比；7. 7在負荷裝置5、柴油發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置5加載 880KW，風力發電機組最大有功功率設置為110KW ；7. 8在負荷裝置5控制盤上預選突加負荷220KW ；7. 9當風力發電機組1瞬時有功功率為110KW時，將負荷裝置5負荷突加220KW， 觀察突加負荷過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3 (電網)的 電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變 化在允許範圍內；7. 10在負荷裝置5控制盤上預選突卸負荷220KW ；7. 11當風力發電機組1瞬時有功功率為110KW時，將負荷裝置5負荷突卸220KW， 觀察突卸負荷過程中風力發電機組1、柴油發電機組2、風力發電機組出線開關3 (電網)的 電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變 化在允許範圍內；7. 12重複一次步驟7. 7、7. 8、7. 9、7. 11，並對兩次試驗數據進行對比；8、進行風力發電機組與柴油機組併網發電互補運行試驗試驗目的獲取試驗電網併網運行的數據，考核風力發電機組性能、可靠性、安全 性；試驗條件逐步增大風力發電機組1最大有功功率設置，根據天氣預報和現場風 力情況，適當調整負荷裝置5加載的有功功率，避免風力突然增大時因風力發電機組輸出 有功功率過大引起柴油發電機組出現逆功率；具體步驟為8. 1根據天氣預報和現場風力情況，設置風力發電機組最大有功功率為110KW，負 荷裝置5加載880KW，啟動風力發電機組併網運行至少1小時，記錄時間、風速、風力發電 機組轉速、風力發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電 壓、電網頻率，柴油發電機組有功功率、無功功率；8. 2根據天氣預報和現場風力情況，逐步增大風力發電機組1最大有功功率設置， 設定為220KW、330KW、440KW、550KW，負荷裝置5加載保持880KW，各併網運行至少1小時，記 錄時間、風速、風力發電機組轉速、風力發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功 功率、無功功率，電網電壓、電網頻率，柴油發電機組有功功率、無功功率；8. 3根據天氣預報和現場風力情況，將負荷裝置加載為1100KW，逐步增大風力發 電機組最大有功功率設置為880KW。保持併網運行1小時左右，記錄時間、風速、風力發電 機組轉速、風力發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電 壓、電網頻率，熱力發電機組有功功率、無功功率。風力發電機組1、柴油或燃氣發電機組、風力發電機組出線開關3、變壓器4、負荷 裝置5、變壓器輔助電源6、柴油或燃氣發電機組輔助電源、負荷裝置輔助電源8、試驗監測 設備9為採用現有市售產品，未作說明的技術為現有技術。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡 是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統，其特徵在於包括風力 發電機組、熱力發電機組、風力發電機組出線開關、變壓器、負荷裝置、變壓器輔助電源、熱 力發電機組輔助電源、負荷裝置輔助電源及試驗監測設備，上述設備的具體聯接方式為變 壓器的高壓一端經電纜與風力發電機組出線開關的輸入端相連，風力發電機組出線開關的 輸出端經電纜與風力發電機組的輸入端相連；熱力發電機組輸出端與負荷裝置進線母排相 連，變壓器低壓一端經電纜與負荷裝置進線母排相連；負荷裝置輔助電源與負荷裝置相連； 變壓器輔助電源與變壓器相連；熱力發電機組輔助電源與熱力發電機組相連；風力發電機 組與試驗監測設備相連；風力發電機組出線開關與試驗監測設備相連；熱力發電機組與試 驗監測設備相連，通過上述連接構成一風力發電機組與海洋平臺電網不停產併網試驗的系 統。
2.根據權利要求1所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統，其特徵 在於所述熱力發電機組為柴油發電機組或燃氣發電機組。
3.根據權利要求1所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統，其特徵 在於所述負荷裝置採用乾電阻或水電阻作為負荷。
4.一種風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵在於包括下列步驟第一步，給試驗系統設備上電；第二步，啟動風力發電機組，空載運行，確認升速及振動正常；第三步，進行風力發電機組啟動併網操作加載過程試驗及正常停機過程試驗；第四步，進行風力發電機組帶負荷緊急停機試驗；第五步，進行電網負荷突加突卸試驗；第六步，進行風力發電機組與熱力機組併網發電互補運行試驗。
5.根據權利要求4所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵 在於所述第一步的具體步驟如下(1)給熱力發電機組供輔助電源，啟動熱力發電機組，檢查確認輸出電壓、頻率正常；(2)閉合熱力發電機組出口開關，檢查確認變壓器的低壓側開關下口電壓、頻率正常， 閉合變壓器開關低壓側，檢查確認變壓器高壓側開關上口側工作電壓、頻率正常；(3)給風力發電機組出線開關送控制電源，閉合變壓器出線側開關，送電到風力發電機 組出線開關，檢查確認電壓、頻率正常；(4)給負荷裝置送輔助電源，啟動冷卻風機，檢查確認負荷裝置是否具備加載條件；(5)啟動負荷裝置，給熱力發電機組加載；(6)閉合風力發電機組出線開關，給風力發電機組送電源，檢查確認系統帶電正常。
6.根據權利要求4所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵 在於所述第三步的具體步驟如下(1)確認風力及全部設備滿足風力發電機組啟動發電條件；(2)將負荷裝置加載，使有功功率大於試驗電網熱力發電機組額定有功功率的60%， 並大於試驗當時的風力所對應的風力發電機組的最大輸出有功功率，功率因數為額定功率 因數；(3)將風力發電機組的最大輸出功率設置為小於試驗電網熱力機組額定有功功率5%的值；(4)將監測裝置9的參數測量採樣周期設定為10ms，開始記錄過程曲線圖；(5)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發電 機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲 線圖，確認參數變化在允許範圍內；(6)在風力發電機組的控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發 電機組、熱力發電機組、風力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的 動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(7)將負荷裝置加載到試驗電網熱力機組達到額定有功功率；(8)將風力發電機組的最大輸出功率設置為試驗電網熱力機組額定有功功率的5%；(9)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發電 機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲 線圖，確認參數變化在允許範圍內；(10)當風力發電機組輸出有功功率為上述步驟(8)的設定值時，在風力發電機組的控 制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發 電機組出線開關3的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(11)重複一次步驟(9)、(10)，並對前後試驗數據進行對比；(12)將風力發電機組的最大輸出功率設置為試驗電網熱力發電機組額定有功功率 的 10% ；(13)啟動風力發電機組，觀察併網加載過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發電 機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲 線圖，確認參數變化在允許範圍內；(14)當風力發電機組輸出有功功率為上述步驟(12)的設定值時，在風力發電機組的 控制盤上按「停機」按鈕，觀察正常停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力 發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過 程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(15)重複上述步驟(13)、(14)，並對前後試驗數據進行對比。
7.根據權利要求4所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵 在於所述第四步的具體步驟如下(1)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置有功功率為 熱力發電機組額定有功功率，風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力機組額定有 功功率的5% ；(2)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，在風力發電機組的控 制盤上按「緊急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風 力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄 過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(3)重複上述步驟O)，並對前後試驗數據進行對比；(4)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，負荷裝置有功功率為熱力發電機組額定有功功率，風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力機組額定有 功功率的10% ；(5)當風力發電機組1瞬時有功功率為上述步驟(4)的設定值時，在風力發電機組的控 制盤上按「緊急停機」按鈕，觀察緊急停機減載解列過程中風力發電機組、熱力發電機組、風 力發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄 過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(6)重複上述步驟(5)，並對前後試驗數據進行對比。
8.根據權利要求4所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵 在於所述第五步的具體步驟如下(1)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，給負荷裝置加載有功 功率為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的80%，風力發電機組最大有功功率設置為試 驗電網熱力機組額定有功功率的5% ；(2)在負荷裝置控制盤上預選突加負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 20% ；(3)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，將負荷裝置負荷突加 上述步驟O)的預選突加負荷，觀察突加負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發 電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程 曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(4)在負荷裝置控制盤上預選突卸負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 20% ；(5)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(1)的設定值時，將負荷裝置5負荷突卸 上述步驟的預選突卸負荷，觀察突卸負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發 電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程 曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(6)重複上述步驟(2)、(3)、(4)、(5)，並對前後試驗數據進行對比；(7)在負荷裝置、熱力發電機組、風力發電機組併網運行狀態下，給負荷裝置5加載為 試驗電網熱力發電機組額定有功功率的80%，風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網 熱力機組額定有功功率的10% ；(8)在負荷裝置控制盤上預選突加負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 20% ；(9)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(7)的設定值時，將負荷裝置負荷突加 上述步驟(8)的預選突加負荷，觀察突加負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力發 電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程 曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(10)在負荷裝置控制盤上預選突卸負荷為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 20% ；(11)當風力發電機組瞬時有功功率為上述步驟(7)的設定值時，將負荷裝置負荷突卸 上述步驟(10)的預選突卸負荷，觀察突卸負荷過程中風力發電機組、熱力發電機組、風力 發電機組出線開關的電壓、頻率、有功功率、無功功率等參數的動態變化過程，保存記錄過程曲線圖，確認參數變化在允許範圍內；(12)重複上述步驟(7)、(8)、(9)、(11)，並對前後試驗數據進行對比。
9.根據權利要求4所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗方法，其特徵 在於所述第六步的具體步驟如下(1)根據天氣預報和現場風力情況，設置風力發電機組最大有功功率為試驗電網熱力 發電機組額定有功功率的10%，負荷裝置加載為試驗電網熱力發電機組額定有功功率的 80%，啟動風力發電機組併網運行至少1小時，記錄時間、風速、風力發電機組轉速、風力發 電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電壓、電網頻率，熱 力發電機組有功功率、無功功率；(2)根據天氣預報和現場風力情況，逐步增大風力發電機組最大有功功率設置，設定為 試驗電網熱力發電機組額定有功功率的20 %、30 %、40 %、50 %，負荷裝置加載保持試驗電 網熱力發電機組額定有功功率的80%，各併網運行至少1小時，記錄時間、風速、風力發電 機組轉速、風力發電機組槳葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電 壓、電網頻率，熱力發電機組有功功率、無功功率；(3)根據天氣預報和現場風力情況，將負荷裝置加載為試驗電網熱力發電機組額定有 功功率，逐步增大風力發電機組最大有功功率設置為試驗電網熱力發電機組額定有功功 率的80%，保持併網運行1小時左右，記錄時間、風速、風力發電機組轉速、風力發電機組槳 葉角度、機艙振動值、風力發電機組有功功率、無功功率，電網電壓、電網頻率，熱力發電機 組有功功率、無功功率。
10.根據權利要求4、5、6、7、8或9所述的風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試 驗方法，其特徵在於所述熱力發電機組為柴油發電機組或燃氣發電機組；負荷裝置採用 乾電阻或水電阻作為負荷。
全文摘要
一種風力發電機組與海上平臺電網不停產併網試驗系統及方法，其中，變壓器的高壓端與風力發電機組出線開關的輸入端相連，風力發電機組出線開關的輸出端與風力發電機組的輸入端相連；熱力發電機組輸出端與負荷裝置進線母排相連，變壓器低壓端與負荷裝置進線母排相連；負荷裝置輔助電源與負荷裝置相連；變壓器輔助電源與變壓器相連；熱力發電機組輔助電源與熱力發電機組相連；風力發電機組與試驗監測設備相連；風力發電機組出線開關與試驗監測設備相連；熱力發電機組與試驗監測設備相連。本發明先在陸地上進行風力發電機組與模擬的海上生產平臺電網進行併網試驗，調整後再將風力發電機組整體運到海上進行安裝，避免海上併網過程中發生停電停產事故。
文檔編號H02J3/38GK102104258SQ20091024330
公開日2011年6月22日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者任茂強, 劉菊娥, 曹建軍, 李偉濤, 楊炳發, 王鳳輝, 王高明, 肖建衛 申請人:中國海洋石油總公司, 海洋石油工程股份有限公司