專利名稱：模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備，主要用于模擬電網(wǎng)跌落的情況，以 檢測風(fēng)能領(lǐng)域的發(fā)電機、變流器等設(shè)備在電網(wǎng)跌落情況下的運行情況。
背景技術(shù)：
在風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)中，變流器控制著發(fā)電機的勵磁，并將發(fā)電機發(fā)出電能的頻率、幅 值控制在恒定，根據(jù)上級主控系統(tǒng)的要求調(diào)節(jié)發(fā)出電能的功率因數(shù)。但在電網(wǎng)運行過程 中，'會出現(xiàn)諸如電網(wǎng)操作過電壓、電網(wǎng)某點對地短路、電網(wǎng)某點相間短路等故障。由于 風(fēng)能相對于火力、水力發(fā)電的不穩(wěn)定性，在電網(wǎng)出現(xiàn)故障的情況下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于 自身容量限制的原因，容易脫網(wǎng)而不能繼續(xù)發(fā)電支撐電網(wǎng)。隨著風(fēng)力發(fā)電裝機容量的增 大，這一問題也越加明顯。因此，各大電網(wǎng)公司對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提出了低壓穿越、高壓 穿越的技術(shù)要求，要求風(fēng)力發(fā)電機組在電網(wǎng)故障的一段時間內(nèi)，繼續(xù)發(fā)出無功功率來支 撐電網(wǎng)。
目前在電網(wǎng)公司開始普遍強調(diào)低壓穿越技術(shù)要求的背景下，變流器成為整個風(fēng)力發(fā) 電機組實現(xiàn)低壓穿越的關(guān)鍵。變流器在保護本身不被電網(wǎng)跌落感應(yīng)形成的轉(zhuǎn)子反灌電流 破壞的前提下，給發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供超前/滯后勵磁電流，使發(fā)電機發(fā)出足夠的無功功率來 短時間支撐電網(wǎng)。
由于電網(wǎng)的實際容量巨大，造成風(fēng)力發(fā)電機組在開發(fā)階段對樣機進行低壓穿越實驗 驗證，模擬電網(wǎng)跌落故障非常困難。不少變流器廠商和整機廠商采取了現(xiàn)場試用的方法， 但電網(wǎng)出現(xiàn)短路、跌落等故障具有非常大的隨機性，現(xiàn)場試用往往占用過多的時間，影 響產(chǎn)品的交付。
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述缺點，而提供一種 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、原理正確、實際可行的模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備。
本實用新型解決上述問題所采用的技術(shù)方案是 一種模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備，其 特征在于包括第一變壓器、第二變壓器、開關(guān)和交流電源；所述第一變壓器的副邊包 括第一繞組和第二繞組，所述第二繞組與第二變壓器的副邊串聯(lián)，所述第二變壓器的原 邊與開關(guān)和交流電源并聯(lián)。
本實用新型所述第二繞組為可變繞組。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和效果1、結(jié)構(gòu)設(shè)計合理；2、使用模 擬方法模擬了電網(wǎng)正常、跌落、恢復(fù)的過程，可以在需要的情況下隨時模擬出上述情況， 這樣在檢測風(fēng)能領(lǐng)域的發(fā)電機、變流器等設(shè)備時，無需運到現(xiàn)場再等電網(wǎng)出現(xiàn)短路、跌 落等故障，節(jié)省了產(chǎn)品交付的時間。


圖1為本實用新型用于檢測風(fēng)能發(fā)電機和風(fēng)能變流器時的電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖并通過實施例對本實用新型作進一步說明。 實施例-
.參見圖l，本實用新型包括第一變壓器L、第二變壓器T2、開關(guān)K和交流電源AC。 第一變壓器T,的副邊包括第一繞組W,和第二繞組W2，第二繞組W2為可變繞組，其與第二 變壓器L的副邊N2串聯(lián)，第二變壓器T2的原邊N,與開關(guān)K和交流電源AC并聯(lián)。
在本實施例中，本實用新型用來檢測新出產(chǎn)的風(fēng)能發(fā)電機和風(fēng)能變流器在電網(wǎng)跌落 過程中的運行情況。
將第一變壓器T,的原邊W接入中高壓電網(wǎng)，電網(wǎng)經(jīng)過第一變壓器T,降低為690V或者 400V的交流電。第一變壓器L的第一繞組W,給風(fēng)能變流器B、原動機M、拖動變頻器C 供電，第二繞組W2將雙饋異步發(fā)電機G發(fā)出的690V或者400V的交流電經(jīng)過升壓送入中 高壓電網(wǎng)。因為雙饋異步發(fā)電機G在運行發(fā)電時需要助力，因此設(shè)置了原動機M，原動機 M與雙饋異步發(fā)電機G用傳動軸1連接。拖動變頻器C的作用是平穩(wěn)驅(qū)動原動機M。
通過調(diào)節(jié)第二變壓器T2串入的交流電源AC的輸出電壓和改變第一變壓器T,的第二繞 組W2的匝數(shù)，可以在不影響電網(wǎng)電壓的情況下改變雙饋異步發(fā)電機G定子端口的電壓， 模擬電網(wǎng)電壓跌落。從能量流動的角度來看，因為交流電源AC具有能量雙向流動的能力， 使得一部分雙饋異步發(fā)電機G發(fā)出的電能通過交流電源AC回饋入電網(wǎng)，另一部分雙饋異 步發(fā)電機G輸出的能量通過第一變壓器T,的第二繞組W2回饋入電網(wǎng)。
實驗過程中，設(shè)實驗裝置額定輸出電壓為U,實際輸出電壓為U';設(shè)第一變壓器T, 的第二繞組W2額定匝數(shù)為N2，額定輸出電壓為Uw2;則1> UN2。實驗裝置額定輸出電壓U 為690V或者400V的交流電壓，即L^為690V或者400V的交流電壓。
實驗開始，使開關(guān)K處于斷開狀態(tài)，打開交流電源AC。將第一變壓器T,的第二繞組 W2匝數(shù)調(diào)節(jié)為實驗匝數(shù)，設(shè)該實驗匝數(shù)為N2';設(shè)第一變壓器T,輸出電壓為"，U,即為第 —變壓器L的第二繞組W2的實際輸出電壓，則仏=UN2 XN2'/N2，在本實施例中，第一變 壓器T,輸出電壓U,為實驗裝置額定輸出電壓U的20%。第二變壓器T2的輸出電壓為U2，U2即為第二變壓器T2的副邊N2的實際輸出電壓，調(diào)節(jié)交流電源AC，將U2的值調(diào)節(jié)為UN2 X (l-iN2'/N2),即U2為實驗裝置額定輸出電壓U的80%，則此時實驗裝置實際輸出電壓1/="+ U2=U，此時雙饋異步發(fā)電機G定子端口電壓即為額定的交流輸出電壓690V或者400V，模 擬了電網(wǎng)正常的情況。
閉合開關(guān)K,則此時第二變壓器T2的原邊N,被短路，副邊N2的電壓輸出為0V，即第 二變壓器T2的輸出電壓U產(chǎn)0V,此時實驗裝置實際輸出電壓U;U,，雙饋異步發(fā)電機G定子 端口電壓瞬間變?yōu)閬?，此時從雙饋異步發(fā)電機G定子端口上看，定子連接處的電壓跌落 至正常額定值的20%，即模擬出了電網(wǎng)電壓跌落的故障。交流電源AC此時由于輸出短路， 進入逐波限流的工作方式。經(jīng)過大約150ms的短路持續(xù)時間，開關(guān)K斷開，交流電源AC 輸出結(jié)束短路狀態(tài)，但是由于第二變壓器T2勵磁、交流電源AC仍工作在逐波限流工作方 式而輸出電流恒定等原因，第二變壓器T2的輸出電壓li2逐漸升高到^ X (1-N2'/N2)。 在雙饋異步發(fā)電機G定子端口上看，定子連接處的電壓(即實際應(yīng)用環(huán)境中的電網(wǎng)電壓) 逐漸升高到額定值，即模擬出了電網(wǎng)電壓跌落后恢復(fù)的整個過程。對于電網(wǎng)電壓跌落后， 電壓恢復(fù)的時間和速度要求，可以通過匹配交流電源AC的輸出負載來實現(xiàn)。如果交流電 源AC為數(shù)字控制的電源，則可以通過事先設(shè)定逐波限流的工作方式的輸出電流來實現(xiàn)模 擬電網(wǎng)恢復(fù)的時間和速度的要求。
如果考慮串入第二繞組W2回饋回路中的第二變壓器T2與第一變壓器L第二繞組W2 變比的變化，理論上可以模擬電網(wǎng)電壓跌倒O的極端情況。此時，第一變壓器T,的第二 繞組W2相當(dāng)于短路，第二變壓器L和交流電源AC完全提供雙饋異步發(fā)電機G定子的功率 變換，這樣就要求第二變壓器T2和交流電源AC的容量足夠大，并且交流電源AC具有電 能雙向流動的能力。因為中高壓電網(wǎng)的電壓一定、雙饋異步發(fā)電機G定子輸出的電壓一 定，'第一變壓器T,的第二繞組W2的變比越低，則第二變壓器T2的變比越高。第二變壓器 L與雙饋異步發(fā)電機G、第一變壓器T,的第二繞組W2是串聯(lián)的關(guān)系，內(nèi)部通過的電流一 致，則功率的分配由電壓的分配來決定。雙饋異步發(fā)電機G作為回饋支路的電源，提供 一定的功率，通過第一變壓器T,的第二繞組W2回饋的功率越少，則通過第二變壓器丁2回 饋的功率越多，對交流電源AC和變壓器第二變壓器T2的容量要求越大。
另外，在第二變壓器T2短路期間，短路的電流非常大，高達幾萬安培，此時開關(guān)K 如果用傳統(tǒng)的機械式開關(guān)器件的話，如框架式斷路器，其價格昂貴，安裝使用較繁瑣。 機械式開關(guān)的動作延遲時間最大為50 70ms，動作延遲時間差異對短路時間的影響不能 忽略，也成為用機械式開關(guān)控制短時間短路的一個難點。而使用電力電子器件來作為開 關(guān)K,如SCR、晶閘管等，則會相應(yīng)簡單的解決這一問題，因為SCR、晶閘管的開通延遲時間一般為微秒級，與短路時間相比可以忽略不計。SCR、晶閘管的短時間過流承受能力 很強，額定電流為800A的晶閘管在150ms內(nèi)承受的最大峰值電流可以達到6000A。關(guān)斷 需要通過觸發(fā)脈沖的結(jié)束，電流自然過零關(guān)斷。關(guān)斷造成的延遲最大為半個周期，50Hz 電網(wǎng)頻率下為10ms，相比機械式開關(guān)的開關(guān)動作延遲可以接受。采用晶閘管等電力電子 器件來實現(xiàn)短路的開關(guān)還在成本上相對于機械式開關(guān)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢。如果需要完全 滿足150ms的跌落時間的話，需要對晶閘管進行關(guān)斷控制，需要增加一定復(fù)雜程度的關(guān) 斷換流電路，并且對關(guān)斷過壓進行吸收抑制；或者使用全控型的IGCT來實現(xiàn)。電力電子 器件中承受過電流能力最強的器件為晶閘管和IGCT，在此短路控制的應(yīng)用環(huán)境中，兩者 的性能特性較為適合。
'如果雙饋異步發(fā)電機G為L5MW級別，則滿功率輸出情況下，電網(wǎng)跌落到20%所需要 的交流電源AC功率為1. 2MW; 75%輸出功率，電網(wǎng)跌落到20%所需要的交流電源AC功率 為900KVA。設(shè)進行電網(wǎng)跌落實驗的發(fā)電系統(tǒng)的功率為尸，,，交流電源AC的功率為/>。e,rce, 跌落百分比為K，輸出負載百分比為J，貝U: P。w^尸,。,。,U。
本說明書中所描述的以上內(nèi)容僅僅是對本實用新型所作的舉例說明。本實用新型 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用 類似的方式替代，只要不脫離本實用新型的構(gòu)思和范圍內(nèi)所作的更動與潤飾，均應(yīng)屬于 本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1、一種模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備，其特征在于包括第一變壓器、第二變壓器、開關(guān)和交流電源；所述第一變壓器的副邊包括第一繞組和第二繞組，所述第二繞組與第二變壓器的副邊串聯(lián)，所述第二變壓器的原邊與開關(guān)和交流電源并聯(lián)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備，其特征在于所述第二繞組為 可變繞組。
專利摘要本實用新型涉及一種模擬電網(wǎng)跌落的實驗設(shè)備，主要用于模擬電網(wǎng)跌落的情況，以檢測風(fēng)能領(lǐng)域的發(fā)電機、變流器等設(shè)備在電網(wǎng)跌落情況下的運行情況。本實用新型包括第一變壓器、第二變壓器、開關(guān)和交流電源；所述第一變壓器的副邊包括第一繞組和第二繞組，所述第二繞組與第二變壓器的副邊串聯(lián)，所述第二變壓器的原邊與開關(guān)和交流電源并聯(lián)。本實用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，原理正確可行，在檢測風(fēng)能領(lǐng)域的發(fā)電機、變流器等設(shè)備時，無需運到現(xiàn)場再等電網(wǎng)出現(xiàn)短路、跌落等故障，節(jié)省了產(chǎn)品交付的時間。
文檔編號G01R31/00GK201434895SQ20092012079
公開日2010年3月31日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月1日
發(fā)明者王成俊 申請人:浙江海得新能源有限公司