一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力測試領域，尤其是涉及一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越 測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 經(jīng)過近年來的不斷發(fā)展，風力發(fā)電已成為人類解決能源危機與環(huán)境問題的重要手 段。隨著越來越多的風電機組接入電網(wǎng)，為保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，世界各國均制訂出 相應標準要求所有大型并網(wǎng)風電機組具備低電壓穿越能力，即在電網(wǎng)故障時仍然保持不脫 網(wǎng)并在故障切除后迅速恢復正常運行。
[0003] 采用Boost變流器的風電機組是一種常用的風電技術，廣泛應用于陸上和海上大 型風電場，Boost變流器首先通過二極管不控整流將發(fā)電機發(fā)出的交流電整流成為直流電， 然后通過Boost變換器將波動的直流電壓升壓到穩(wěn)定的直流母線電壓。機組正常運行時， 通過控制Boost電感電流的大小可以調(diào)節(jié)發(fā)電機輸出的有功功率，實現(xiàn)風機最大功率點跟 蹤運行。與PWM變流器相比，Boost變流器具有開關器件少、容量大、成本低、可靠性高的優(yōu) 點，但二極管不控整流會在發(fā)電機中產(chǎn)生諧波和轉矩脈動，實際系統(tǒng)中往往采用多重化技 術進行抑制。隨著風電機組單機容量的不斷增加，Boost變流器正作為一種可行的大功率 (如10MW)風電變流器技術方案，引起大家新的重視。通過適當控制與保護措施，采用Boost 變流器的風電機組能夠實現(xiàn)低電壓穿越運行。
[0004] 風電機組的低電壓穿越測試是驗證風電機組關鍵性能的重要實驗，目前所有大型 風電機組必須經(jīng)過相關機構對低電壓穿越功能進行測試認證，風電機組低電壓穿越測試的 基本原理是將被測機組與模擬電源相連接（其中模擬電源模擬電網(wǎng)運行），通過模擬電源 人為產(chǎn)生故障條件對風電機組的低電壓穿越性能進行測試。為模擬電網(wǎng)故障，目前的測試 方法主要包括：變壓器模擬、阻抗模擬以及變流器模擬三種方法，其中阻抗模擬法是目前廣 泛采用的風電機組低電壓穿越測試技術。以現(xiàn)場測試為例，現(xiàn)有的車載移動式測試系統(tǒng)將 一系列阻抗構成的故障模擬裝置裝載在卡車上，現(xiàn)場測試時驅車前往風電場現(xiàn)場，然后將 阻抗式故障模擬器串聯(lián)在電網(wǎng)和風電場母線之間，通過配置各相阻抗的大小模擬各類不同 嚴重程度的電網(wǎng)故障完成被測機組低電壓穿越測試。受海上特殊環(huán)境和低可達性限制，采 用現(xiàn)有技術對海上風電場實施低電壓穿越測試將更加困難。實際工程中需要更為簡便、經(jīng) 濟及安全的風電機組低電壓穿越測試技術。
[0005] 現(xiàn)有技術存在測試設備成本高、運輸與安裝較復雜、測試過程可能威脅電網(wǎng)安全 等不足，因此實際工程中需要更為簡便、經(jīng)濟及安全的風電機組低電壓穿越測試技術。
[0006] 中國專利CN104215904A公開了一種全功率變流器風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng) 及方法，該測試系統(tǒng)主要針對采用背靠背式全功率變流器的風電機組進行低電壓穿越性能 測試，由于發(fā)電機側變流器結構不同，該技術無法直接應用于采用Boost變流器的風電機 組，并且采用全功率變流器的成本較高、技術操作難度較大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種可靠性高、實現(xiàn) 簡單、測試成本低、測試條件靈活可設、測試過程不影響電網(wǎng)安全運行的Boost變流器的風 電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)及方法。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：
[0009] 一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)，用以進行風電機組的低電 壓穿越性能測試，包括分別與風場母線連接的模擬電網(wǎng)和被測機組，所述的模擬電網(wǎng)包括 多個并聯(lián)的電網(wǎng)模擬機組，所述的電網(wǎng)模擬機組和被測機組均包括依次連接的風力發(fā)電 機、二極管整流橋、Boost變流器、全功率網(wǎng)側變流器、濾波器、升壓變壓器和風力發(fā)電機 組并網(wǎng)開關，所述的Boost變流器和全功率網(wǎng)側變流器的直流母線上并聯(lián)設有直流電容 和crowbar電路，所述的crowbar電路包括并聯(lián)在直流母線上的內(nèi)置crowbar電路和外置 crowbar 電路。
[0010] 所述的每個電網(wǎng)模擬機組中包括一臺風力發(fā)電機，所述的被測機組中的風力發(fā)電 機為一臺待測風力發(fā)電機。
[0011] 所述的內(nèi)置crowbar電路和外置crowbar電路均包括相互連接的開關和crowbar 電阻。
[0012] 一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：
[0013] 1)測試準備；
[0014] 2)啟動所有電網(wǎng)模擬機組與被測機組并控制其至預定測試轉速條件運行；
[0015] 3)電網(wǎng)模擬機組模擬電網(wǎng)條件運行；
[0016] 4)對被測機組實施低電壓穿越測試；
[0017] 5)完成測試并安全停機。
[0018] 所述的步驟1)具體包括以下步驟：
[0019] 11)根據(jù)被測機組容量及風場條件，確定電網(wǎng)模擬機組并聯(lián)組數(shù)；
[0020] 12)配置電網(wǎng)模擬機組的crowbar電路；
[0021] 13)確定被測機組測試運行的工作點，包括轉速、有功功率和無功功率。
[0022] 所述的步驟11)中電網(wǎng)模擬機組并聯(lián)組數(shù)符合以下條件：
[0023]
【主權項】
1. 一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)，用以進行風電機組的低電壓穿 越性能測試，包括分別與風場母線（11)連接的模擬電網(wǎng)（15)和被測機組（13)，其特征在 于，所述的模擬電網(wǎng)（15)包括多個并聯(lián)的電網(wǎng)模擬機組（14)，所述的電網(wǎng)模擬機組（14)和 被測機組（13)均包括依次連接的風力發(fā)電機、二極管整流橋（2)、B 〇〇st變流器（3)、全功率 網(wǎng)側變流器（7)、濾波器（8)、升壓變壓器（9)和風力發(fā)電機組并網(wǎng)開關（10)，所述的Boost 變流器（3)和全功率網(wǎng)側變流器（7)的直流母線上并聯(lián)設有直流電容（4)和crowbar電路， 所述的crowbar電路包括并聯(lián)在直流母線上的內(nèi)置crowbar電路（5)和外置crowbar電路 (6) 〇
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)，其特征 在于，所述的每個電網(wǎng)模擬機組（14)中的風力發(fā)電機為一臺電網(wǎng)模擬風力發(fā)電機（101)， 所述的被測機組（13)中的風力發(fā)電機為一臺待測風力發(fā)電機（102)。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)，所述的 內(nèi)置crowbar電路（5)和外置crowbar電路（6)均包括相互連接的開關和crowbar電阻。
4. 一種應用如權利要求1所述的Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)的測試 方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 測試準備； 2) 啟動所有電網(wǎng)模擬機組與被測機組并控制其至預定測試轉速條件運行； 3) 電網(wǎng)模擬機組模擬電網(wǎng)條件運行； 4) 對被測機組實施低電壓穿越測試； 5) 完成測試并安全停機。
5. 根據(jù)權利要求4所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟1)具體包括以下步驟： 11) 根據(jù)被測機組容量及風場條件，確定電網(wǎng)模擬機組并聯(lián)組數(shù)； 12) 配置電網(wǎng)模擬機組的crowbar電路； 13) 確定被測機組測試運行的工作點，包括轉速、有功功率和無功功率。
6. 根據(jù)權利要求5所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟11)中電網(wǎng)模擬機組并聯(lián)組數(shù)符合以下條件：
其中Nwt g為電網(wǎng)模擬機組并聯(lián)組數(shù)，P Test max為被測機組最大輸出功率，P _為電網(wǎng)模 擬機組額定功率。
7. 根據(jù)權利要求5所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟12)中電網(wǎng)模擬機組的crowbar電路容量配置方法包括： 配置內(nèi)置crowbar電路：米用機組自帶的內(nèi)置crowbar電路，通過多個電網(wǎng)模擬機組并 聯(lián)滿足泄能要求，并聯(lián)電網(wǎng)模擬機組的數(shù)量滿足：
配置外置crowbar電路：通過外加外置crowbar電路滿足泄能要求，外置crowbar電路 容量滿足： F 〉F -F X" T · Lcrowbarl 一^ L Test_max ^crowbarO ^ test? 其中，ETest max為被測機組最大輸出能量，P Test max為被測機組最大輸出功率，T test為電氣 測試時間，為一臺電網(wǎng)模擬機組自帶內(nèi)置crowbar電路的額定容量，N WT g為電網(wǎng)模擬 機組并聯(lián)組數(shù)，Eramtbml為外加的外置crowbar電路的額定容量。
8. 根據(jù)權利要求4所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟3)包括以下步驟： 31) 通過Boost變流器控制電網(wǎng)模擬機組直流母線電壓，并通過crowbar電路消耗從電 網(wǎng)側饋入的多余電能； 32) 電網(wǎng)模擬機組網(wǎng)側變流器按電網(wǎng)正常與故障運行條件模擬產(chǎn)生電網(wǎng)電壓。
9. 根據(jù)權利要求8所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟31)中crowbar電路的直流電壓控制指令大于Boost變流器的直流電壓 控制指令一定值。
10. 根據(jù)權利要求8所述的一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試方法，其特征 在于，所述的步驟32)中電網(wǎng)故障運行包括三相對地故障運行、單相對地故障運行、兩相對 地故障運行和相間故障運行。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種Boost變流器的風電機組低電壓穿越測試系統(tǒng)，用以進行風電機組的低電壓穿越性能測試，包括分別與風場母線連接的模擬電網(wǎng)和被測機組，所述的模擬電網(wǎng)包括多個并聯(lián)的電網(wǎng)模擬機組，所述的電網(wǎng)模擬機組和被測機組均包括依次連接的風力發(fā)電機、二極管整流橋、Boost變流器、全功率網(wǎng)側變流器、濾波器、升壓變壓器和風力發(fā)電機組并網(wǎng)開關，所述的Boost變流器和全功率網(wǎng)側變流器的直流母線上并聯(lián)設有直流電容和crowbar電路，所述的crowbar電路包括并聯(lián)在直流母線上的內(nèi)置crowbar電路和外置crowbar電路。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有可靠性高、實現(xiàn)簡單、測試成本低、測試條件靈活可設、測試過程不影響電網(wǎng)安全運行等優(yōu)點。
【IPC分類】G01R31-34
【公開號】CN104678302
【申請?zhí)枴緾N201510096464
【發(fā)明人】向大為, 王騰
【申請人】同濟大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月4日