專利名稱：一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低電壓穿越試驗平臺技術(shù)，更具體地說，涉及一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓 穿越試驗平臺的設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
在風(fēng)力發(fā)電中，由于風(fēng)力發(fā)出的電能具有間歇性，比起傳統(tǒng)發(fā)電具有不穩(wěn)定性，因 此對電網(wǎng)的故障比較敏感。一旦風(fēng)力發(fā)電的電網(wǎng)發(fā)生故障，容易造成風(fēng)機(jī)和電網(wǎng)發(fā)生切除。 當(dāng)風(fēng)力發(fā)電在電網(wǎng)份額占到一定比例時，這種短時切除，會對電網(wǎng)造成重大的沖擊，因此風(fēng) 力發(fā)電整機(jī)的低電壓穿越能力顯得異常重要。變流器本身的低電壓穿越能力決定著整個系統(tǒng)的低電壓穿越能力。由于現(xiàn)有風(fēng)力 發(fā)電的雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)都需要具有低電壓穿越功能，因此整機(jī)廠商 也對變流器廠家提出此要求。然而，目前的低電壓穿越試驗平臺系統(tǒng)，即模擬電網(wǎng)故障以測試變流器低電壓穿 越功能的系統(tǒng)，主要在電網(wǎng)高壓側(cè)實現(xiàn)，其原理主要是采用分壓電抗和限流電抗在高壓側(cè) 造成電網(wǎng)跌落。這種方法能夠真實地模擬電網(wǎng)故障，但是由于是在高壓側(cè)模擬電網(wǎng)故障需 要復(fù)雜的控制系統(tǒng)，同時需要電網(wǎng)公司許可，對普通公司如變流器廠家來說成本過高難以 實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有低電壓穿越試驗平臺系統(tǒng)的上述低電壓 穿越試驗平臺缺陷，提供一種在低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種在低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越 試驗平臺的設(shè)備，包括輸入端與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元，用于為所述設(shè)備供電并使所述 設(shè)備與高壓電網(wǎng)隔離；所述隔離單元的輸出端與跌落單元相連；所述跌落單元還連有控制 單元，所述控制單元用于控制跌落單元中每相輸出正常高電壓或跌落低電壓，以對變流器 進(jìn)行測試。在本發(fā)明所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備中，所述隔離單元包括 原邊側(cè)與電網(wǎng)相連的第一變壓器，所述第一變壓器的副邊側(cè)通過并聯(lián)的多個不間斷電源連 接至第二變壓器的原邊側(cè)，所述第二變壓器的副邊側(cè)與隔離單元的輸出端相連。在本發(fā)明所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備中，所述跌落單元包括限 流單元和分壓單元；所述控制單元在需要控制某相以跌落低電壓輸出時，分別控制限流單 元和分壓單元對隔離單元輸出的該相電信號進(jìn)行限流和分壓；所述控制單元在需要控制某 相以正常高電壓輸出時，分別控制限流單元和分壓單元直接將隔離單元輸出的該相電信號 輸出給變流器。在本發(fā)明所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓 穿越試驗平臺的設(shè)備中，所述限流單元包括與 每相對應(yīng)的第一電抗和第一開關(guān)；所述第一電抗和第一開關(guān)并聯(lián)在一起，一端連接至隔離單元的輸出端，另一端連接至所述設(shè)備的輸出端；所述分壓單元包括與每相對應(yīng)的第二電 抗和第二開關(guān)，所述第二電抗和第二開關(guān)串聯(lián)在所述設(shè)備輸出端和地之間；每相的第一開 關(guān)和第二開關(guān)由所述控制單元控制。在本發(fā)明所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備中，所述不間斷電源與所 述第二變壓器的原邊側(cè)之間在每相上串聯(lián)有抑制第二變壓器上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流的 第三電抗。在本發(fā)明所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備中，所述并聯(lián)的第一電抗 和第一開關(guān)至設(shè)備的輸出端之間在每相上串聯(lián)有控制第二變壓器為變流器供電的第三開 關(guān)。本發(fā)明還提供了一種在低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的方法，所述方法包括以 下步驟通過與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元為試驗設(shè)備供電并使試驗設(shè)備與高壓電網(wǎng)相隔 罔；通過控制單元控制與隔離單元相連的跌落單元，來控制電網(wǎng)中每相輸出正常高電 壓或跌落低電壓，以對變流器進(jìn)行測試。實施本發(fā)明的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法，具有以下有益效 果本發(fā)明通過設(shè)計隔離單元來為試驗的設(shè)備供電并使試驗設(shè)備與高壓電網(wǎng)相隔離，通過 控制單元來控制分壓單元和限流單元協(xié)調(diào)工作，使試驗設(shè)備能夠在每相上輸出正常高電壓 或跌落低電壓，從而在低壓側(cè)模擬電網(wǎng)故障時電壓的跌落狀態(tài)以對變流器進(jìn)行測試。進(jìn)一 步地，本發(fā)明的電路可以通過對不同相上開關(guān)的控制，實現(xiàn)對稱與不對稱的跌落，并且可以 通過調(diào)節(jié)開關(guān)導(dǎo)通的時間，來模擬各種標(biāo)準(zhǔn)對電網(wǎng)故障的要求。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備的框圖；圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備的電路原理 圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法的控 制時序圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。請參閱圖1，為本發(fā)明優(yōu)選實施例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備的框 圖。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，包括隔離單元 100、跌落單元200和控制單元300，用于模擬電網(wǎng)故障，實現(xiàn)正常高電壓輸出和跌落低電壓 輸出，從而對變流器400進(jìn)行測試。其中，隔離單元100輸入端與高壓 電網(wǎng)相連，用于通過變壓器將電網(wǎng)高壓轉(zhuǎn)換為 低壓為設(shè)備供電，同時又能起到將試驗平臺的設(shè)備與高壓電網(wǎng)隔離的作用。
隔離單元100的輸出端與跌落單元200相連。跌落單元200還連有控制單元300。 控制單元300用于控制跌落單元200中每相輸出正常高電壓或跌落低電壓，以通過設(shè)備輸 出端對變流器400進(jìn)行測試。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，跌落單元200包括限流單元210和分壓單元220。 控制單元300在需要控制某相以跌落低電壓輸出時，分別控制限流單元210和分壓單元220 對隔離單元100輸出的該相電信號進(jìn)行限流和分壓?？刂茊卧?00在需要控制某相以正常 高電壓輸出時，分別控制限流單元210和分壓單元220直接將隔離單元100輸出的該相電 信號輸出給變流器400。通過限流單元210和分壓單元220可以實現(xiàn)將電壓跌落后輸出，并 產(chǎn)生瞬間短路電流，以滿足模擬電網(wǎng)故障的要求，同時限制短路電流以保護(hù)變壓器400和 不間斷電源UPS。 下面對本發(fā)明的設(shè)備的具體實現(xiàn)與原理進(jìn)行分析。請參閱圖2，為本發(fā)明優(yōu)選實施 例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備的電路原理圖。如圖2所示，隔離單元100包 括第一變壓器Tl、第二變壓器T2和不間斷電源UPS。第一變壓器Tl的原邊側(cè)與電網(wǎng)相連， 副邊側(cè)與并聯(lián)的多個不間斷電源UPS連接。不間斷電源UPS再連接至第二變壓器T2的原 邊側(cè)，第二變壓器T2的副邊側(cè)作為隔離單元100的輸出端。隔離單元100的基本原理是通過第一變壓器Tl (690/380)把電網(wǎng)的高壓690V降 壓到380V(即不間斷電源UPS所需的輸入電壓)，供電給不間斷電源UPS,同時起到隔離電 網(wǎng)和不間斷電源UPS的目的。不間斷電源UPS再通過第二變壓器T2 (380/690)升壓后輸出。 在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，在該電路的前端最好再加上可用于整定電路中電流的保護(hù) 開關(guān)。為提高系統(tǒng)模擬電網(wǎng)故障的真實性，同時完成變流器故障期間攜帶負(fù)載和發(fā)無功的 需求，作為模擬電網(wǎng)電源的不間斷電源UPS，可以采用多臺并聯(lián)，以達(dá)到提供足夠變流器功 率等級的容量，且多臺不間斷電源UPS需是可雙向流動能量的，滿足發(fā)無功的要求。多臺不 間斷電源UPS并聯(lián)須在電流瞬態(tài)變化時能及時響應(yīng)。在本發(fā)明的一些優(yōu)選實施例中，可以 在不間斷電源UPS與所述第二變壓器T2的原邊側(cè)之間在每相上串聯(lián)第三電抗X3，其作用是 在上電瞬間，抑制大容量第二變壓器T2瞬間的浪涌電流，防止不間斷電源UPS自我保護(hù)。限流單元210包括設(shè)置在每相上的第一電抗Xl和第一開關(guān)K1。第一電抗Xl和 第一開關(guān)Kl并聯(lián)在一起，一端連接至隔離單元100的輸出端，另一端連接至設(shè)備的輸出端。 分壓單元220包括設(shè)置在每相上的第二電抗X2和第二開關(guān)K2。第二電抗X2和第二開關(guān) K2串聯(lián)在設(shè)備輸出端和地之間。每相的第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2由控制單元300控制。 第一電抗Xl為限流電抗器，其感抗值是根據(jù)高壓側(cè)短路阻抗折算獲得的，須滿足短路瞬間 提供足夠大的電流；同時根據(jù)不間斷電源UPS所能提供的容量來確定，電抗器本身需在短 路電流下不能飽和，提供足夠大的容量。第二電抗X2為短路電抗，用作控制電壓跌落的幅 值，跌落幅值主要由第一電抗Xl和第二電抗X2分壓決定，第二電抗X2可以為電抗器或者 利用電機(jī)的漏感來實現(xiàn)。第二電抗X2大小的設(shè)置主要考慮的因素為與第一電抗Xl的分壓， 以及在短路電流下第二電抗X2是否會飽和。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，實現(xiàn)控制時序的開 關(guān)，即第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2可以分別為晶匝管和并網(wǎng)開關(guān)。第一開關(guān)Kl由6個晶匝 管組成，每相電源的線路上設(shè)置兩個，正反相接。第二開關(guān)K2的設(shè)置方式與第一開關(guān)Kl相 同。并網(wǎng)開關(guān)和晶匝管都需要滿足短路電流的要求。此外，第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2也 可以互換，或者采用同一種開關(guān)來實現(xiàn)。應(yīng)該理解的是，第一開關(guān)Kl和第二開關(guān)K2可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何開關(guān)來實現(xiàn)，且第一開關(guān)Kl和第一電抗Xl之間，以及第二開 關(guān)K2和第二電抗X2之間也可以根據(jù)需要來選擇串聯(lián)或者并聯(lián)的連接方式。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，在并聯(lián)的第一電抗Xl和第一開關(guān)Kl至設(shè)備的輸出端 之間在每相上串聯(lián)有第三開關(guān)K3。通過第三開關(guān)K3就能導(dǎo)通或關(guān)斷第二變壓器T2向變流 器供電的通路。本發(fā)明還提供了一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的方法，包括以下步驟首先，通過與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元為設(shè)備供電并與高壓電網(wǎng)相隔離。例如，通 過變壓器把電網(wǎng)的高壓690V降壓到380V，供電給不間斷電源UPS，再通過變壓器升壓后輸 出。這樣不僅獲得了電網(wǎng)電源，又與電網(wǎng)相隔離，使試驗平臺成為一個獨立的子電網(wǎng)系統(tǒng)。隨后，通過控制單元控制與隔離單元相連的跌落單元，來控制電網(wǎng)中每相以正常 高電壓輸出或跌落低電壓輸出，從而對變流器進(jìn)行測試。即通過跌落單元的電路，對隔離單 元輸出的信號進(jìn)行分壓和限流，來模擬電網(wǎng)故障時突然跌落電壓的情況。下面對本發(fā)明的方法和設(shè)備模擬電網(wǎng)故障的過程進(jìn)行描述。請參閱圖3，為本發(fā) 明優(yōu)選實施例中低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法的控制時序圖。如圖3所 示，可把動作時序分成四個階段，第一階段為正常工作，第二階段為死區(qū)，第三階段為跌落 時間，第四階段為死區(qū)，最后恢復(fù)正常。當(dāng)設(shè)備處于第一階段即需要模擬電網(wǎng)正常電壓時，第一開關(guān)Kl導(dǎo)通，第二開關(guān)K2 關(guān)斷，第一電抗Xl被第一開關(guān)Kl旁路，電流不經(jīng)過第一電抗Xl，690V直接供給變流器400。當(dāng)設(shè)備處于第二階段即開始模擬電壓跌落時，第一開關(guān)Kl先關(guān)斷，第一電抗Xl串 入系統(tǒng)，接著導(dǎo)通第二開關(guān)K2。然而，考慮到第二開關(guān)K2會有幾十毫秒的延遲關(guān)斷，因此從 第一開關(guān)Kl關(guān)斷至第二開關(guān)K2導(dǎo)通之間會有幾十毫秒的間隔。這樣便構(gòu)成了第二階段的 死區(qū)時間。當(dāng)設(shè)備處于第三階段即實現(xiàn)電壓跌落時，第二開關(guān)K2已實現(xiàn)導(dǎo)通，此時第一開關(guān) Kl也已關(guān)斷。因此，第一電抗Xl串入系統(tǒng)，第二電抗X2也串入系統(tǒng)，完成跌落時的低電壓 輸出。當(dāng)設(shè)備處于第四階段即開始恢復(fù)正常工作時，第一開關(guān)Kl先關(guān)斷，接著導(dǎo)通第二 開關(guān)K2。同樣考慮到第二開關(guān)K2的機(jī)械延遲，約有IOOms的延遲，這樣便構(gòu)成了第四階段 的死區(qū)時間。在完成該階段后，設(shè)備又回復(fù)到第一階段的正常電壓狀態(tài)。在上述過程中，在跌落時先關(guān)斷第一開關(guān)Kl再導(dǎo)通第二開關(guān)K2的原因在于，需要 保證第一電抗Xl串入后才開通第二開關(guān)K2，從而限制短路電流，使之在可控范圍內(nèi)，不對 系統(tǒng)中的設(shè)備造成重大損壞。而在恢復(fù)時，需要在第二開關(guān)K2關(guān)斷后再導(dǎo)通第一開關(guān)Kl， 同樣也是為了限制短路電流。也就是說，第一開關(guān)Kl在模擬正常電壓輸出時始終導(dǎo)通，主 要是用于旁路第一電抗XI，若電網(wǎng)正常時串入第一電抗XI，會在第一電抗Xl上產(chǎn)生壓降， 把變流器母線電壓沖高，使變流器不能正常工作。在上述設(shè)備中，可以通過選擇不同阻值的第二電抗X2，來實現(xiàn)不同幅值的跌落。當(dāng) 電壓值需要跌落至零時，可直接把第二開關(guān)K2短接到地。當(dāng)?shù)涞捷^小幅值時，會產(chǎn)生大 的短路電流，需考慮第二電抗X2是否飽和。值得一提的是，本發(fā)明還可以模擬電網(wǎng) 故障的不對稱跌落情況。上述設(shè)備和方法 中，每個單元及器件都對應(yīng)于每相設(shè)置，從而可以單獨對各個相位的電源進(jìn)行控制，實現(xiàn)跌落。例如，在各個相位的電源線路上，設(shè)置有相應(yīng)的開關(guān)及電抗，如圖2所示，該電源為三相 電源，即在每一相的電源線路上設(shè)有相應(yīng)的第一開關(guān)K1、第二開關(guān)K2、第一電抗Xl和第二 電抗X2。當(dāng)在第二開關(guān)K2處，斷開多相中的其中一相或兩相，或者短路兩相之間就可以實 現(xiàn)不對稱跌落。綜上所述，本發(fā)明的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備及方法，可以在低壓 側(cè)模擬電網(wǎng)故障，以模擬正常狀態(tài)的高電壓輸出以及跌落狀態(tài)的低電壓輸出，并可以通過 對不同相上開關(guān)的控制，實現(xiàn)對稱與不對稱的跌落，同時可以通過調(diào)節(jié)時間，來模擬各種標(biāo) 準(zhǔn)對電網(wǎng)故障的要求。本發(fā)明是根據(jù)特定實施例進(jìn)行描述的，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白在不脫離本發(fā) 明范圍時，可進(jìn)行各種變化和等同替換。此外，為適應(yīng)本發(fā)明技術(shù)的特定場合或材料，可對 本發(fā)明進(jìn)行諸多修改而不脫離其保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明并不限于在此公開的特定實施例， 而包括所有落入到權(quán)利要求保護(hù)范圍的實施例。
權(quán)利要求
一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，包括輸入端與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元(100)，用于為所述設(shè)備供電并使所述設(shè)備與高壓電網(wǎng)隔離；所述隔離單元(100)的輸出端與跌落單元(200)相連；所述跌落單元(200)還連有控制單元(300)，所述控制單元(300)用于控制跌落單元(200)中每相輸出正常高電壓或跌落低電壓，以對變流器(400)進(jìn)行測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，所述 隔離單元(100)包括原邊側(cè)與電網(wǎng)相連的第一變壓器(Tl)，所述第一變壓器(Tl)的副邊 側(cè)通過并聯(lián)的多個不間斷電源(UPS)連接至第二變壓器(T2)的原邊側(cè)，所述第二變壓器 (T2)的副邊側(cè)與隔離單元(100)的輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，所述 跌落單元(200)包括限流單元(210)和分壓單元(220)；所述控制單元(300)在需要控制某 相以跌落低電壓輸出時，分別控制限流單元(210)和分壓單元(220)對隔離單元(100)輸 出的該相電信號進(jìn)行限流和分壓；所述控制單元(300)在需要控制某相以正常高電壓輸出 時，分別控制限流單元(210)和分壓單元(220)直接將隔離單元(100)輸出的該相電信號 輸出給變流器(400)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，所述 限流單元(210)包括與每相對應(yīng)的第一電抗(Xl)和第一開關(guān)(Kl)；所述第一電抗(Xl)和 第一開關(guān)(Kl)并聯(lián)在一起，一端連接至隔離單元(100)的輸出端，另一端連接至所述設(shè)備 的輸出端；所述分壓單元(220)包括與每相對應(yīng)的第二電抗(X2)和第二開關(guān)(K2)，所述第 二電抗(X2)和第二開關(guān)(K2)串聯(lián)在所述設(shè)備輸出端和地之間；每相的第一開關(guān)(Kl)和第 二開關(guān)(K2)由所述控制單元(300)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，所述 不間斷電源(UPS)與所述第二變壓器(T2)的原邊側(cè)之間在每相上串聯(lián)有抑制第二變壓器 (T2)上電瞬間產(chǎn)生的浪涌電流的第三電抗(X3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，其特征在于，所述 并聯(lián)的第一電抗(Xi)和第一開關(guān)(Ki)至設(shè)備的輸出端之間在每相上串聯(lián)有控制第二變壓 器(T2)為變流器供電的第三開關(guān)(K3)。
7.—種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟通過與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元為試驗設(shè)備供電，并使試驗設(shè)備與高壓電網(wǎng)相隔離；通過控制單元控制與隔離單元相連的跌落單元，來控制電網(wǎng)中每相輸出正常高電壓或 跌落低電壓，以對變流器進(jìn)行測試。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的設(shè)備，包括輸入端與高壓電網(wǎng)相連的隔離單元，用于為設(shè)備供電并與高壓電網(wǎng)隔離；所述隔離單元的輸出端與跌落單元相連；所述跌落單元還連有控制單元，所述控制單元用于控制跌落單元中每相輸出正常高電壓或跌落低電壓，以通過設(shè)備輸出端對變流器進(jìn)行測試。本發(fā)明還相應(yīng)提供了一種低壓側(cè)實現(xiàn)低電壓穿越試驗平臺的方法。本發(fā)明的設(shè)備和方法可以在低壓側(cè)模擬電網(wǎng)故障，以模擬正常狀態(tài)的高電壓輸出以及跌落狀態(tài)的低電壓輸出，并可以通過對不同相上開關(guān)的控制，實現(xiàn)對稱與不對稱的跌落，同時可以通過調(diào)節(jié)時間，來模擬各種標(biāo)準(zhǔn)對電網(wǎng)故障的要求。
文檔編號G01R31/00GK101846707SQ201010107699
公開日2010年9月29日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者侯秦三, 呂林, 曹秋云, 藺建茂 申請人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司