一種帶儲(chǔ)能和模擬負(fù)載的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測(cè)試電源及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的測(cè)試電源及測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源格局的變更，風(fēng)力發(fā)電已成各國(guó)競(jìng)相研宄、發(fā)展的熱點(diǎn)。風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)建設(shè)完成后，在接入大電網(wǎng)之前，必須完成水路系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)電航系統(tǒng)、風(fēng)電變流器等設(shè)備的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試，確保發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)后安全無(wú)誤運(yùn)行，減少調(diào)試時(shí)間。風(fēng)電場(chǎng)大多地處偏遠(yuǎn)，環(huán)境惡劣，要想完成并網(wǎng)前調(diào)試工作，需要使用儲(chǔ)能逆變電源和模擬電阻單元，前者將存儲(chǔ)在儲(chǔ)能單元中的電能逆變?yōu)檎{(diào)試所需的工頻交流電，后者將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多余的能量消耗掉。
[0003]風(fēng)機(jī)一體化測(cè)試電源及其負(fù)載(即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電變流器)可看做一微網(wǎng)，儲(chǔ)能逆變電源系統(tǒng)是調(diào)節(jié)測(cè)試電源性能、保證負(fù)荷供電質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)有的儲(chǔ)能逆變電源多采用單一儲(chǔ)能(如圖1和圖2所示)，也有部分案例采用通過(guò)DC/DC并聯(lián)混合儲(chǔ)能(如圖3所示)，但均未考慮負(fù)載能量反灌(如風(fēng)電變流器+發(fā)電機(jī)等可后續(xù)輸出功率的負(fù)載)這一特殊負(fù)載情況，限制了儲(chǔ)能逆變電源在波動(dòng)性較大的負(fù)載、有能量反灌的負(fù)載上的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)的儲(chǔ)能逆變電源，一般配置單一儲(chǔ)能單元，或通過(guò)多組DC/DC實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能，但均未配有大功率模擬電阻單元。當(dāng)電源系統(tǒng)的負(fù)載功率索取瞬時(shí)較大時(shí)，容易對(duì)單一儲(chǔ)能單元造成損害(如電池保護(hù)板耐流值不夠則出現(xiàn)電池切出系統(tǒng)導(dǎo)致電源停機(jī))；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載有功率反灌時(shí)，若儲(chǔ)能單元充電功率小于反灌功率，則會(huì)引起母線電壓上拱，對(duì)功率器件、儲(chǔ)能單元的使用壽命造成影響；當(dāng)儲(chǔ)能元件存儲(chǔ)容量不夠時(shí)，必須退出運(yùn)行方可對(duì)其進(jìn)行充電，使用另外一套裝置或者將整套測(cè)試電源系統(tǒng)切出，接上電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能單元充電，這樣既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，影響了系統(tǒng)使用效率、工程效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的首先在于提供一種超級(jí)電容與鋰電池聯(lián)合儲(chǔ)能、自帶大功率模擬負(fù)載、三相橋逆變器和Buck/Boost變換器組合的儲(chǔ)能逆變電源系統(tǒng)，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組測(cè)試電源裝置，儲(chǔ)能部分集高能量密度特性和高功率密度特性于一體，Buck/Boost變換器集鋰電池和超級(jí)電容充放電及模擬電阻單元的可控放電等功能于一體，儲(chǔ)能單元和模擬電阻單元相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)測(cè)試電源系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)，完成風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)前各系統(tǒng)的調(diào)試工作。本發(fā)明的另一目的是提供上述測(cè)試電源的測(cè)試方法。
[0006]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
一種帶儲(chǔ)能和模擬負(fù)載的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測(cè)試電源，包括儲(chǔ)能單元、功率變換單元以及模擬電阻單元，其特征在于:
所述儲(chǔ)能單元包括鋰電池和超級(jí)電容，所述功率變換單元包括至少一 DC/AC變換器和至少一 DC/DC變換器，所述DC/AC變換器和DC/DC變換器在主回路直流側(cè)并聯(lián)，所述DC/AC變換器將連接在主回路直流側(cè)的鋰電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸出到主回路交流側(cè)變壓器，DC/DC變換器的輸出端經(jīng)第四交流開(kāi)關(guān)連接鋰電池、經(jīng)第五交流開(kāi)關(guān)連接超級(jí)電容、經(jīng)第三交流開(kāi)關(guān)連接模擬電阻單元。
[0007]測(cè)試時(shí)，當(dāng)風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)啟動(dòng)開(kāi)始，閉合第五交流開(kāi)關(guān)，通過(guò)超級(jí)電容為風(fēng)電變流器提供沖擊性能量；當(dāng)風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)啟動(dòng)成功后，斷開(kāi)第五交流開(kāi)關(guān)；當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后開(kāi)始能量反灌時(shí)，通過(guò)主回路給鋰電池充電，充滿后閉合第五交流開(kāi)關(guān)給超級(jí)電容充電，充滿后如果還有多余能量，斷開(kāi)第四交流開(kāi)關(guān)和第五交流開(kāi)關(guān)，同時(shí)閉合第三交流開(kāi)關(guān)，利用模擬電阻單元泄放多余的能量。
[0008]本發(fā)明電源應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)接大電網(wǎng)之前的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試工作，包括變槳和偏航系統(tǒng)的調(diào)試、風(fēng)電變流器的小功率并網(wǎng)測(cè)試，以及整機(jī)的系統(tǒng)調(diào)試工作等。完成調(diào)試的初始能量由鋰電池和超級(jí)電容器組提供，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)電能量反灌時(shí)給儲(chǔ)能單元充電，為防止出現(xiàn)反灌能量“供”大于“求”，模擬電阻單元提供泄能通道。本電源采用電壓型三相全橋變流器，直流側(cè)與鋰電池組連接、通過(guò)DC/DC與超級(jí)電容和模擬電阻單元連接，交流側(cè)經(jīng)濾波器后與三相三繞組隔離變壓器連接，組成類(lèi)似儲(chǔ)能逆變電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出380Vac和690Vac三相工頻交流電源。
[0009]本發(fā)明有益效果:
Cl)儲(chǔ)能單元與模擬電阻單元通過(guò)功率開(kāi)關(guān)并聯(lián)，集儲(chǔ)能與泄能于一體，在被測(cè)試系統(tǒng)沒(méi)有接入大電網(wǎng)之前提供能量支撐和能量存儲(chǔ)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生能量反灌時(shí)提供泄能通道，并且通過(guò)對(duì)DC/DC所接模擬電阻單元的電流和功率控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能單元的充電電流和功率控制。
[0010](2)超級(jí)電容通過(guò)雙向DC/DC變換器與鋰電池并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)高能量密度特性和高功率特性的完美統(tǒng)一，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的波動(dòng)性負(fù)載適應(yīng)能力。
[0011](3)采用三路DC/DC作為3路模擬電阻的開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了模擬電阻單元的分時(shí)切入，等效開(kāi)關(guān)頻率大提高，為單路的三倍，能更好的實(shí)現(xiàn)電流和功率的瞬時(shí)和穩(wěn)態(tài)控制，同時(shí)降低了單路電阻負(fù)載的功率，有助于散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高了經(jīng)濟(jì)性能。
[0012](4) Buck/Boost電路與模擬電阻單元放電回路共用3路DC/DC開(kāi)關(guān)，通過(guò)交流開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)其分時(shí)復(fù)用，減少了 DC/DC濾波器和IGBT的使用數(shù)量，節(jié)約了成本。
[0013](5)功率器件直流側(cè)、交流側(cè)均有EMI濾波器，有效減小高頻分量對(duì)輸出電能質(zhì)量的負(fù)面影響，抑制電磁干擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響。
[0014](6) DC/DC輸出側(cè)采用帶共模電感的耦合電感，以交錯(cuò)方式運(yùn)行，從而在共模電感(直流濾波電感)不變的條件下，使得差模均流電感增大，總的電感尺寸降低；使用交錯(cuò)式方法運(yùn)行，提高了耦合電感的等效開(kāi)關(guān)頻率，使得電感工作時(shí)產(chǎn)生的噪音降低。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)單一儲(chǔ)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)I ;
圖2是傳統(tǒng)單一儲(chǔ)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2 ;
圖3是傳統(tǒng)混合儲(chǔ)能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖4是本發(fā)明電源系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖5是三相橋逆變單元結(jié)構(gòu)圖； 圖6是雙向DC/DC單元結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0017]圖4為本發(fā)明技術(shù)方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖，主要由儲(chǔ)能單元、功率變換單元、三相三繞組隔離變壓器TM、模擬電阻單元(泄放電阻)LOAD及第一 ~第五交流開(kāi)關(guān)QF1~QF5組成。
[0018]儲(chǔ)能單元由鋰電池Battery和超級(jí)電容Super Capacitors組成，功率變換單元由DC/AC變換器Ul和DC/DC變換器U2組成，DC/AC變換器和DC/DC變換器在主回路直流側(cè)并聯(lián)，鋰電池連接在主回路直流側(cè)，第一、第二交流開(kāi)關(guān)QF1、QF2位于主回路上。鋰電池輸出的直流電經(jīng)直流EMI濾波器(圖中未畫(huà)出)進(jìn)入功率變換單元母線。如圖5所示，DC/AC變換器采用三相橋逆變單元，將鋰電池輸出