一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與風(fēng)力發(fā)電廠的電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。本實(shí)用新型保障了風(fēng)力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為大型風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累乃至電能質(zhì)量治理裝置的研制提供寶貴數(shù)據(jù)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。
【專利說明】—種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，特別是一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]“十一五”時(shí)期，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了《可再生能源法》、《關(guān)于風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求的通知》及《可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》等一系列配套政策和實(shí)施細(xì)則，這些政策不僅為風(fēng)電長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供了法律保證、政策支持，也明確提出了裝備先行、市場(chǎng)化的發(fā)展戰(zhàn)略。目前，我國(guó)甘肅酒泉、蒙東、蒙西、東北、河北、新疆、江蘇、山東等多個(gè)千萬千瓦風(fēng)電基地正有序推進(jìn)，蒙西和甘肅酒泉風(fēng)電基地裝機(jī)均超過500萬千瓦，河北、吉林等多個(gè)地區(qū)裝機(jī)超過250萬千瓦。上海世博會(huì)期間，上海東海大橋10萬千瓦海上風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)發(fā)電，成為除歐洲以外世界上第一座海上風(fēng)電場(chǎng)。隨后，總規(guī)模100萬千瓦的海上風(fēng)電特許權(quán)項(xiàng)目也在江蘇啟動(dòng)。2010年，風(fēng)電發(fā)電量達(dá)到450億千瓦時(shí)，比上年增長(zhǎng)63%。
[0003]風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)是:(1)風(fēng)力發(fā)電投資成本降低，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組將越來越便宜和高效；(2)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)裝備國(guó)產(chǎn)化，推動(dòng)我國(guó)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)業(yè)的形成；(3)海上風(fēng)力發(fā)電成為風(fēng)力發(fā)電的新視點(diǎn)；(4)大型發(fā)電機(jī)組是風(fēng)力發(fā)電必然的趨勢(shì)；(5)電網(wǎng)適應(yīng)性要求提高，提出了風(fēng)力發(fā)電具備有功/無功控制能力、低電壓穿越能力，以及能夠參與電網(wǎng)調(diào)度等技術(shù)要求。
[0004]風(fēng)能產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷黃金發(fā)展期，隨著目前風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量爆發(fā)式的增長(zhǎng)，相關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者對(duì)風(fēng)力發(fā)電技術(shù)展開研究，除開在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備研發(fā)、制造以及控制策略等方面有較為成熟的技術(shù)外，涉及到大型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)與配網(wǎng)交互影響方面的研究才剛剛起步。由于其一次能源為風(fēng)能，具有間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，以及并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動(dòng)，這樣就容易造成電壓的波動(dòng)和閃變。風(fēng)電諧波問題較為突出，主要是5次、7次等高次特征諧波。對(duì)于風(fēng)電機(jī)組而言，諧波電流的真正來源是風(fēng)電機(jī)組中的電力電子元件。定速機(jī)組由于沒有電力電子設(shè)備，機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行中基本沒有諧波產(chǎn)生，當(dāng)機(jī)組進(jìn)行投入操作時(shí)，軟并網(wǎng)裝置還處于工作狀態(tài)，將有諧波電流產(chǎn)生，但由于投入過程較短，諧波注入可以忽略。變速風(fēng)電機(jī)組采用了電力電子設(shè)備。雙饋式異步風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子直接饋入電網(wǎng)，而發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通過經(jīng)直流環(huán)節(jié)連接的兩個(gè)變流器饋入電網(wǎng)。永磁直驅(qū)同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力則通過背靠背全功率變頻器直接饋入電網(wǎng)，該背靠背全功率變頻器由發(fā)電機(jī)側(cè)變流器、直流環(huán)節(jié)和電網(wǎng)變流器組成。不論哪種類型的變速風(fēng)電機(jī)組，機(jī)組投入運(yùn)行后變頻器都將始終處于工作狀態(tài)。因此變速風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行會(huì)引起諧波注入問題。當(dāng)風(fēng)電穿透率比較大時(shí)，大風(fēng)速擾動(dòng)也會(huì)對(duì)系統(tǒng)頻率產(chǎn)生較大影響。目前還沒有風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量監(jiān)控裝置對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠輸出電流以及并網(wǎng)點(diǎn)電壓的電能質(zhì)量多個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及記錄。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置，對(duì)風(fēng)力發(fā)電廠輸出電流以及并網(wǎng)點(diǎn)電壓的電能質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及記錄，為大型風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累及電站電能質(zhì)量治理裝置的研制提供依據(jù)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與風(fēng)力發(fā)電廠的電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述主控卡與顯示器連接；所述工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)為研華MIC-3001/8，模擬量采集卡型號(hào)為研華MIC-3716，CAN通信卡型號(hào)為研華MIC-3680，主控卡型號(hào)為MIC-3323。
[0008]本實(shí)用新型的工作原理是:
[0009]本實(shí)用新型依托計(jì)算機(jī)技術(shù)及DAQ (數(shù)據(jù)采集)技術(shù)，通過工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，CPCI模擬量采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)模擬量的A/D轉(zhuǎn)換及采集；高精度變送器用于將電網(wǎng)電壓電流傳感器二次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為利于采集卡采集的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；CAN通信卡用于與上級(jí)設(shè)備如主站監(jiān)控設(shè)備的通信。在硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，依托DELPHI7.0開發(fā)環(huán)境，開發(fā)了監(jiān)控軟件，軟件核心算法為FFT (快速傅里葉變換)，將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，得到各次諧波的含量。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所具有的有益效果為:本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大型風(fēng)力發(fā)電廠多項(xiàng)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的監(jiān)控、記錄、越限報(bào)警；借助CAN通信卡可將本地電能質(zhì)量數(shù)據(jù)上傳到主站監(jiān)控設(shè)備；保障了風(fēng)力發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，為大型風(fēng)力發(fā)電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累乃至電能質(zhì)量治理裝置的研制提供寶貴數(shù)據(jù)，具有較好的實(shí)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電廠采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，風(fēng)力發(fā)電廠設(shè)計(jì)為30個(gè)IMVA發(fā)電單元組成，每個(gè)IMVA單元的風(fēng)機(jī)組件經(jīng)串并聯(lián)組合匯流后，接至2臺(tái)500kW高效無變壓器型大功率并網(wǎng)逆變器，通過I臺(tái)雙分裂升壓變壓器升壓至35kV，再經(jīng)高壓電纜接至35kV總站實(shí)現(xiàn)集中并網(wǎng)發(fā)電。35KV總站將本系統(tǒng)的30個(gè)IMVA子站輸出電能在35kV段母線統(tǒng)一匯流后，經(jīng)一臺(tái)出線開關(guān)，用架空線送至附近變電站。
[0014]35kV總站中包括:35kV開關(guān)柜、進(jìn)線計(jì)量柜、電站監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備。另外，在35KV總站還需設(shè)計(jì)I套電站自用電裝置，為整個(gè)電站提供0.4KV，50Hz站用三相交流電源。另外，風(fēng)力發(fā)電廠內(nèi)部負(fù)載有水泵、照明等設(shè)備需要從35kV總站配一套用電裝置，為整個(gè)電廠提供0.38kV、50Hz廠用三相交流電源。35kV母線提供高壓PT (電壓互感器)、CT (電流互感器)，供繼保、計(jì)量用。[0015]如圖2所示，本實(shí)用新型風(fēng)力發(fā)電廠電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)通過對(duì)35kV母線提供互感器二次電壓電流數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過軟件FFT算法分析出各次頻譜含量，進(jìn)而進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)、通信等功能。核心硬件包括CPCI工控機(jī)、CPCI模擬量采集卡等。通過CAN通信板及以太網(wǎng)接口與主站監(jiān)控設(shè)備等進(jìn)行通信，將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。
[0016]為保證測(cè)量精度，要求變送器有極好的線性度及足夠?qū)挼念l帶。為此，電流、電壓變送器全部采用高頻響應(yīng)變送器。電流變送器精度為0.1級(jí)；線性度0.1% ;頻率響應(yīng)范圍O?150kHz可以采集高次電流諧波；考慮到現(xiàn)場(chǎng)需求，額定輸入電流為IA和5A兩種，輸出為3V的交流電壓用于配合CPCL采集卡。電壓變送器精度為0.1級(jí)；線性度0.1% ;頻率響應(yīng)范圍O?150kHz可以采集高次電壓諧波；額定輸入電壓為100V，輸出為3V的交流電壓用于配合CPCL采集卡。
[0017]采用研華CPCI (CompactPCI)工控機(jī)來作為處理器，實(shí)現(xiàn)與執(zhí)行級(jí)的數(shù)據(jù)交互。CPCI工控機(jī)相比普通PCI工控機(jī)有如下優(yōu)勢(shì):由CompactPCI標(biāo)準(zhǔn)延伸的各種模塊化組件體積小巧，為維修提供很大方便；各卡垂直安裝、前抽取結(jié)構(gòu)，提高了卡片的散熱性、抗震性和易維護(hù)性；C0mpactPCI背板插針和接頭全部鍍金，并嚴(yán)格定義了信號(hào)線的最長(zhǎng)長(zhǎng)度、PCB板的阻抗、去偶電容、PCI上拉電阻阻值，因此，電氣特性要優(yōu)于普通PCI工控機(jī)；防腐和電磁屏蔽性好，CompactPCI使用2_氣密性針孔總線連接器，鹽霧、酸霧和帶電粉塵不能腐蝕總線；此外，CompactPCI的全鋁合金機(jī)箱外殼和卡片的U型彈簧片能給系統(tǒng)提供良好的電磁屏蔽保護(hù)及抗靜電性。CPCI機(jī)箱可以給計(jì)算機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供較高的穩(wěn)定性?；诂F(xiàn)場(chǎng)需要，工控機(jī)選擇研華MIC-3001，高度4U、共8插槽，實(shí)際使用3槽，其余的可作為擴(kuò)展用。
[0018]MIC-3323作為3U CompactPCI的系統(tǒng)控制板，采用了高性能的Intel Core (R) 2Duo 1.6GHz處理器及高集成度的Intel 965GM Express芯片組。板載內(nèi)存可支持到4GB，還提供4MB 二級(jí)緩存和千兆雙以太網(wǎng)接口。MIC-3323強(qiáng)大的性能可以保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)計(jì)算的需求。
[0019]CAN通信卡選擇了 MIC-3680，具有兩路支持CAN2.0規(guī)范的接口，符合現(xiàn)場(chǎng)需求。MIC-3680是一款支持熱插拔的通信卡，具有2個(gè)獨(dú)立CAN端口，支持CAN2.0A/B協(xié)議，具有I Mbps高傳輸速率，滿足現(xiàn)場(chǎng)要求。
[0020]選擇研華MIC-3716作為模擬量采集卡。它是一款采樣頻率高達(dá)250kHz、精度為16位的16通道高分辨率多功能卡。數(shù)據(jù)采集卡的這些功能滿足了多路高速數(shù)據(jù)采集的要求，是構(gòu)建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理想選擇。
【權(quán)利要求】
1.一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置，包括三相電壓變送器、三相電流變送器，其特征在于，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸入端分別與風(fēng)力發(fā)電廠的電壓互感器二次側(cè)、電流互感器二次側(cè)連接，所述三相電壓變送器、三相電流變送器輸出端均與模擬量采集卡連接，所述模擬量采集卡通過CPCI總線接入工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，所述CPCI總線與主控卡、CAN通信卡雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于大型風(fēng)力發(fā)電廠的電能質(zhì)量監(jiān)控裝置，其特征在于，所述主控卡與顯示器連接。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK203747512SQ201420098775
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】張志剛, 張文娟, 馮婉, 張瀟 申請(qǐng)人:長(zhǎng)沙學(xué)院