一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)，包括串接于被測風電機組與電網(wǎng)之間的電網(wǎng)高電壓發(fā)生裝置，該高電壓發(fā)生裝置包括感抗X1、容抗X2、開關K1和開關K2，感抗X1與開關K1并聯(lián)后接入被測風電機組與電網(wǎng)之間，高電壓發(fā)生裝置與被測風電機組的連接點處經(jīng)過串聯(lián)的開關K2和容抗X2接地；測試過程中開關K1斷開，開關K2閉合。本實用新型提供的一種測試系統(tǒng)，能夠真實模擬產(chǎn)生實際的電網(wǎng)過電壓特性，電壓上升的速率及其電壓波形質量均與實際電網(wǎng)過電壓特性十分吻合。
【專利說明】—種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及風電場測試領域，具體涉及一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)?！颈尘凹夹g】
[0002]風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，風電的電網(wǎng)穿透率越來越高，風電與電網(wǎng)相互影響日趨顯現(xiàn)。2010年以來，由于風電場/風電機組不具備低電壓穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)能力，發(fā)生了多起風電大規(guī)模脫網(wǎng)事故，給電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行帶來了巨大的挑戰(zhàn)。2011年以來，多數(shù)風電場/風電機組已具備了低電壓穿越能力，然而2012年以來的幾起風電脫網(wǎng)事故表明，風電場/風電機組不具備高電壓穿越能力(High Voltage Ride Through,HVRT)是風電機組脫網(wǎng)的主要原因之一。例如2012年華北地區(qū)某風電場電網(wǎng)發(fā)生三相短時短路故障，具備低電壓穿越能力的風電機組成功“穿越”低電壓穿越故障不脫網(wǎng)連續(xù)運行，而在隨后的電網(wǎng)電壓恢復過程中，由于電力系統(tǒng)內(nèi)部無功補償裝置不具備快速自投切功能，其在電網(wǎng)電壓跌落期間為系統(tǒng)提供了大量無功支撐，然而當故障切除后，系統(tǒng)無功補償裝置未能及時調節(jié)或切除，造成局部電網(wǎng)無功過剩，電網(wǎng)發(fā)生了過電壓短時故障，使的大量成功“穿越”低電壓穿越故障因電網(wǎng)短時高電壓故障而切除，脫網(wǎng)機組甚至超過了低電壓穿越過程中的機組數(shù)量。類似事故在2013年已發(fā)生了多起，嚴重影響了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
[0003]隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷擴大和并網(wǎng)準則的進一步完善，具有HRVT能力也會逐漸成為對風電場的必然要求。德國E.0N的風電并網(wǎng)準則已對風電機組的HVRT能力提出了要求，要求當電網(wǎng)電壓升至額定電壓的120%時，風電機組應能保持長期不脫網(wǎng)運行，且要求風電機組在高電壓情況下吸收一定量的無功功率。澳大利亞則率先制定了真正意義上的風電機組HVRT技術規(guī)范，要求當電網(wǎng)電壓驟升至額定電壓的130%時，風電機組應維持60ms不脫網(wǎng)，并提供足夠大的故障恢復電流。目前我國相關的風電場/風電機組高電壓穿越標準也已啟動。
[0004]因此，為保障大規(guī)模風電接入后的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，亟需開展風電場/風電機組高電壓穿越能力測試，而研制能夠真實模擬電網(wǎng)高電壓特性的高電壓穿越測試裝置則是重中之重。實用新型專利《移動式風電機組高低電壓穿越測試裝置》專利號為:201220255118.5，雖提供了一種電網(wǎng)高電壓模擬方案，其通過變壓器副邊繞組抽頭跳變實現(xiàn)風電機組機端電壓的上升，但該方法所產(chǎn)生的高電壓波形，其電壓上升速率過快，且無法模擬實際電網(wǎng)過電壓過程中的相角與電能質量變化情況，不適合風電機組高電壓能力的測試要求。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng):
[0006]包括串接于被測風電機組與電網(wǎng)之間的電網(wǎng)高電壓發(fā)生裝置，所述高電壓發(fā)生裝置包括感抗X1、容抗X2、開關Kl和開關K2，所述感抗Xl與所述開關Kl并聯(lián)后接入所述被測風電機組與電網(wǎng)之間，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點處經(jīng)過串聯(lián)的所述開關K2和容抗X2接地；
[0007]測試過程中所述開關Kl斷開，所述開關K2閉合。
[0008]本實用新型提供的第一優(yōu)選實施例中:所述高電壓發(fā)生裝置投入測試之前，所述開關Kl閉合，所述開關K2斷開；
[0009]啟動測試時，先斷開所述開關K1，然后閉合所述開關K2；
[0010]結束測試時，先斷開所述開關K2，然后閉合所述開關Kl。
[0011]本實用新型提供的第二優(yōu)選實施例中:所述感抗Xl采用干式空心電抗器、干式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器或水泥電抗器，品質因數(shù)X/R不小于10。
[0012]本實用新型提供的第三優(yōu)選實施例中:所述容抗X2采用機械投切電容器組、晶閘管投切電容器組或靜止無功發(fā)生器；
[0013]所述容抗X2采用星型接法或者三角型接法；
[0014]所述容抗X2的每相包括串聯(lián)的阻尼電阻、平波電抗和無功支持電容器，三相中的任意一相與其它兩相的連接點處設置隔離開關K3和K4，所述隔離開關K3、K4都閉合或斷開時，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點三相電壓平衡抬升，所述隔離開關K3、K4 一支閉合另外一支斷開時，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點三相電壓不平衡抬升。
[0015]本實用新型提供的第四優(yōu)選實施例中:通過設置不同的感抗與容抗參數(shù)匹配實現(xiàn)所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點不同幅度的電壓上升，感抗Xl與容抗X2的參數(shù)選擇使所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點電壓在107%Un-163%Un范圍內(nèi)有14種不同電壓幅度的高電壓波形；
[0016]所述開關Kl、K2為采用電子式開關或者機械式開關，控制所述開關Kl、K2實現(xiàn)對所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點的高電壓時間長度進行控制。
[0017]本實用新型提供的第五優(yōu)選實施例中:所述高電壓發(fā)生裝置包括PT柜1、PT柜2、開關柜1、開關柜2、電抗器和電容器；
[0018]所述電抗器為感抗XI，所述電容器為容抗X2，所述開關柜2為所述開關K1，所述斷路器CB3為所述開關K2，所述高電壓發(fā)生裝置與所述電網(wǎng)側的連接點經(jīng)過所述PT柜I和開關柜I與所述電抗器一端連接，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點經(jīng)過所述PT柜2與所述電抗器的另一端連接；
[0019]所述開關柜I和開關柜2選取SF6氣體絕緣開關柜。
[0020]本實用新型提供的第六優(yōu)選實施例中:所述風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)包括就地測量系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)；
[0021]所述就地測量系統(tǒng)和所述就地控制系統(tǒng)均與所述高電壓發(fā)生裝置連接；
[0022]所述就地測量系統(tǒng)測量所述高電壓發(fā)生裝置與電網(wǎng)側和風電機組側的連接點的電壓的信息并將所述信息上傳給外部的遠方監(jiān)控系統(tǒng)；
[0023]所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)通過所述就地測量系統(tǒng)將控制指令傳送給所述就地控制系統(tǒng)控制所述高電壓發(fā)生裝置的運行；
[0024]所述高電壓發(fā)生裝置將狀態(tài)信號發(fā)送給所述就地控制系統(tǒng)后，所述就地控制系統(tǒng)將狀態(tài)信號實時傳送給所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)。
[0025]本實用新型提供的第七優(yōu)選實施例中:所述測試系統(tǒng)在標準集裝箱內(nèi)安裝；
[0026]在集裝箱內(nèi)部，從進線電纜側到出線電纜側依次設置有就地系統(tǒng)、開關柜組合、電抗器組合以及電容器組合，所述就地系統(tǒng)包括所述就地測量系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)；所述開關柜組合包括依次排列的PT柜2、開關柜2、開關柜I和PT柜I ;所述電抗器組合為所述感抗Xl的組合，所述電容器組合為所述電抗X2的組合；所述斷路器CB3設置于所述電容器組合的下方。
[0027]本實用新型提供的第八優(yōu)選實施例中:所述測試系統(tǒng)進行測試時斷開所述被測風電機組升壓變壓器高壓側接線，將所述測試系統(tǒng)串聯(lián)接入所述被測風電機組升壓變壓器與所述電網(wǎng)側之間；
[0028]接線完成后，所述測試系統(tǒng)的所有操作均通過所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)完成。
[0029]本實用新型針對現(xiàn)有技術的不足，提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)的有益效果包括:
[0030]1、本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)，感抗Xl與開關Kl并聯(lián)后接入被測風電機組與電網(wǎng)之間，高電壓發(fā)生裝置與被測風電機組的連接點處通過串聯(lián)的開關K2和容抗X2接地，測試過程通過控制開關Kl和K2按照時序的斷開和閉合實現(xiàn)，測試點產(chǎn)生的過電壓與實際電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的機理相同，電壓上升的速率及其電壓波形質量均與實際電網(wǎng)過電壓特性十分吻合，能夠真實模擬產(chǎn)生實際的電網(wǎng)過電壓特性，可以實現(xiàn)380V、690V、10KV和35KV電力系統(tǒng)的高電壓狀態(tài)模擬。
[0031]2、容抗X2可以采用三角型接法或者星型接法，每相包括串聯(lián)的阻尼電阻、平波電抗和無功支持電容器，阻尼電阻與平波電抗可二選其一，阻尼電阻可以防止系統(tǒng)電流振蕩，減小電容器投切瞬間電流與電壓的過渡過程；平波電抗器可以限制電容器的短路電流和合閘涌流；電容器可以提供容性無功電流支持，配合感抗Xl抬升測試點的電壓。并且在容抗X2的三相中任意一相與其它兩相的連接點處可以設置兩個隔離開關，控制該隔離開關的閉合與斷開可以使該高電壓發(fā)生裝置的測試點電壓三相電壓平衡抬升或者不平衡抬升。
[0032]3、不同的感抗值與容抗值的感抗Xl和容抗X2共同作用可以在測試點得到不同的電壓幅度，實施例中感抗Xl與容抗X2的參數(shù)選擇可在電壓107%Un-163%Un范圍內(nèi)有14種不同電壓幅度的高電壓波形。
[0033]4、風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)還包括外部相連的遠方監(jiān)控系統(tǒng)，測試系統(tǒng)的所有操作均通過遠方監(jiān)控系統(tǒng)完成。
[0034]5、風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)可以在標準集裝箱內(nèi)安裝，測試接線簡單，便于移動，滿足位于不同風電場的風電機組的高電壓穿越需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0035]如圖1所示為本實用新型提供的一種高電壓發(fā)生裝置的單相原理圖；
[0036]如圖2所示為本實用新型提供的一種高電壓發(fā)生裝置的開關動作與阻抗投入情況的時序圖；
[0037]如圖3所示為本實用新型提供的一種高電壓發(fā)生裝置中容抗X2的基本拓撲結構圖；[0038]如圖4所示為本實用新型提供的一種高電壓發(fā)生裝置實際應用中的接線示意圖；
[0039]如圖5所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)的實施例的示意圖；
[0040]如圖6所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)在集裝箱內(nèi)的布局圖；
[0041]如圖7所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)測試接線圖；
[0042]如圖8所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)為三相對稱高電壓時的實施例的實測線電壓實時波形圖；
[0043]如圖9所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)為三相對稱高電壓時的實施例的線電壓有效值波形圖；
[0044]如圖10所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)為三相不對稱高電壓時的實施例的實測線電壓實時波形圖；
[0045]如圖11所示為本實用新型提供的一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)為三相不對稱高電壓時的實施例的線電壓有效值波形圖。
【具體實施方式】
[0046]下面根據(jù)附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0047]本實用新型提供一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)，包括高電壓發(fā)生裝置，該高電壓發(fā)生裝置的接入點連接電網(wǎng)側，測試點連接被測風電機組側，模擬電網(wǎng)過電壓測試該被測風電機組的高電壓穿越能力，該高電壓發(fā)生裝置的單相原理圖如圖1所示，由圖1可知，該高電壓發(fā)生電路包括感抗Xl、容抗X2、開關Kl和開關K2，感抗Xl與開關Kl 一端連接接入點另一端連接測試點，容抗X2與開關K2串聯(lián)后一端連接測試點另一端接地。
[0048]測試過程中開關Kl斷開，開關K2閉合，容抗X2提供容性無功電流支持，該容性無功電流在感抗Xl上產(chǎn)生的電壓降，提高測試點的電壓幅度，同時減小了對電網(wǎng)側接入點電壓的影響。
[0049]進一步的，高電壓發(fā)生裝置投入測試過程中，開關Kl和開關K2的開斷需按照一定的順序執(zhí)行，如圖2所示為本實用新型提供的一種高電壓發(fā)生裝置的開關動作與阻抗投入情況的時序圖，由圖2可知，高電壓發(fā)生裝置投入測試之前，開關Kl閉合，開關K2斷開，此時，感抗Xl和容抗X2均沒有接入電路中；啟動測試時，先斷開開關Kl，使感抗Xl先投入測試電路中，然后閉合開關K2，使容抗X2投入測試電路中，產(chǎn)生測試過程中的高電壓，高電壓持續(xù)時間由開關K2閉合的時間決定，即圖中的時間T2決定；結束測試時，先斷開開關K2，然后再閉合開關Kl ;整個過程不允許開關Kl和K2同時閉合。該高電壓發(fā)生裝置，能夠真實模擬產(chǎn)生實際的電網(wǎng)過電壓特性，產(chǎn)生的過電壓與實際電網(wǎng)過電壓產(chǎn)生的機理相同，電壓上升的速率及其電壓波形質量均與實際電網(wǎng)過電壓特性十分吻合，并且該測試系統(tǒng)可以實現(xiàn)380V、690V、10KV和35KV電力系統(tǒng)的高電壓狀態(tài)模擬。
[0050]感抗Xl與容抗X2共同作用在測試點得到不同電壓幅度的電壓上升，電壓抬升的幅度由感抗值與容抗值共同決定。
[0051]感抗Xl可采用干式空心電抗器、干式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器、水泥電抗器等，為滿足并網(wǎng)運行條件下的測試要求，減小風電機組有功功率對測試點電壓幅值的影響，要求的品質因數(shù)X/R(X= ?L)應該越大越好，一般情況下應不小于10。以35kV測試系統(tǒng)為例，感抗Xl選取帶分接頭的干式空心電抗器，電抗器參數(shù)如下表1所示。
[0052]表1感抗Xl用帶分接頭電抗器參數(shù)
[0053]
【權利要求】
1.一種風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)，包括串接于被測風電機組與電網(wǎng)之間的電網(wǎng)高電壓發(fā)生裝置，其特征在于，所述高電壓發(fā)生裝置包括感抗X1、容抗X2、開關Kl和開關K2，所述感抗Xl與所述開關Kl并聯(lián)后接入所述被測風電機組與電網(wǎng)之間，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點處經(jīng)過串聯(lián)的所述開關K2和容抗X2接地； 測試過程中所述開關Kl斷開，所述開關K2閉合。
2.如權利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于， 所述高電壓發(fā)生裝置投入測試之前，所述開關Kl閉合，所述開關K2斷開； 啟動測試時，先斷開所述開關K1，然后閉合所述開關K2 ； 結束測試時，先斷開所述開關K2，然后閉合所述開關Kl。
3.如權利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述感抗Xl采用干式空心電抗器、干式鐵心電抗器、油浸鐵心電抗器、油浸空心電抗器、夾持式干式空心電抗器、繞包式干式空心電抗器或水泥電抗器，品質因數(shù)X/R不小于10。
4.如權利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述容抗X2采用機械投切電容器組、晶閘管投切電容器組或靜止無功發(fā)生器； 所述容抗X2采用星型接法或者三角型接法； 所述容抗X2的每相包括串聯(lián)的阻尼電阻、平波電抗和無功支持電容器，三相中的任意一相與其它兩相的連接點處設置隔離開關K3和K4，所述隔離開關K3、K4都閉合或斷開時，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點三相電壓平衡抬升，所述隔離開關Κ3、Κ4 一支閉合另外一支斷`開時，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點三相電壓不平衡抬升。
5.如權利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，通過設置不同的感抗與容抗參數(shù)匹配實現(xiàn)所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點不同幅度的電壓上升； 所述開關Kl、Κ2為采用電子式開關或者機械式開關，控制所述開關Κ1、Κ2實現(xiàn)對所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點的高電壓時間長度進行控制。
6.如權利要求1所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述高電壓發(fā)生裝置包括PT柜1、ΡΤ柜2、開關柜1、開關柜2、電抗器和電容器； 所述電抗器為所述感抗XI，所述電容器為所述容抗Χ2，所述開關柜2為所述開關Κ1，斷路器CB3為所述開關Κ2，所述高電壓發(fā)生裝置與所述電網(wǎng)側的連接點經(jīng)過所述PT柜I和開關柜I與所述電抗器一端連接，所述高電壓發(fā)生裝置與所述被測風電機組的連接點經(jīng)過所述PT柜2與所述電抗器的另一端連接； 所述開關柜I和開關柜2選取SF6氣體絕緣開關柜。
7.如權利要求6所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述風電機組高電壓穿越測試系統(tǒng)包括就地測量系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)； 所述就地測量系統(tǒng)和所述就地控制系統(tǒng)均與所述高電壓發(fā)生裝置連接； 所述就地測量系統(tǒng)測量所述高電壓發(fā)生裝置與電網(wǎng)側和風電機組側的連接點的電壓的信息并將所述信息上傳給外部的遠方監(jiān)控系統(tǒng)； 所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)通過所述就地測量系統(tǒng)將控制指令傳送給所述就地控制系統(tǒng)控制所述高電壓發(fā)生裝置的運行； 所述高電壓發(fā)生裝置將狀態(tài)信號發(fā)送給所述就地控制系統(tǒng)后，所述就地控制系統(tǒng)將狀態(tài)信號實時傳送給所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)。
8.如權利要求7所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)在標準集裝箱內(nèi)安裝； 在集裝箱內(nèi)部，從進線電纜側到出線電纜側依次設置有就地系統(tǒng)、開關柜組合、電抗器組合以及電容器組合，所述就地系統(tǒng)包括所述就地測量系統(tǒng)和就地控制系統(tǒng)；所述開關柜組合包括依次排列的PT柜2、開關柜2、開關柜1和PT柜1 ;所述電抗器組合為所述感抗Xl的組合，所述電容器組合為所述電抗X2的組合；所述斷路器CB3設置于所述電容器組合的下方。
9.如權利要求7所述的測試系統(tǒng)，其特征在于，所述測試系統(tǒng)進行測試時斷開所述被測風電機組升壓變壓器高壓側接線，將所述測試系統(tǒng)串聯(lián)接入所述被測風電機組升壓變壓器與所述電網(wǎng)側之間； 接線完成后，所述測試系統(tǒng)的所有操作均通過所述遠方監(jiān)控系統(tǒng)完成。
【文檔編號】G01R31/34GK203479995SQ201320557492
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權日:2013年9月9日
【發(fā)明者】秦世耀, 王瑞明, 李少林, 孫勇, 陳晨 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學研究院, 中電普瑞張北風電研究檢測有限公司