基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置及方法，取代原有的用crowbar電阻將有功功率消耗掉的方式，將風機輸送的有功功率通過一定的方式反饋回去，不僅可以用在大容量電網(wǎng)中降低能耗，還可以用在實驗室的小容量電網(wǎng)中用來實現(xiàn)大功率風電低電壓穿越試驗測試。本發(fā)明包括主電路和反饋電路，所述主電路包括依次連接的變頻器、電動機、發(fā)電機、風電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由電網(wǎng)供電；所述變頻器包括沿電流方向依次連接的第一整流器和第一逆變器，所述風電變流器包括沿電流方向依次連接的第二整流器和第二逆變器；所述反饋電路用于接收風機輸送的電流并對其轉化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
【專利說明】基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置及方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于風電低電壓穿越試驗【技術領域】，尤其是涉及一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置及試驗方法。

【背景技術】
[0002]我國風電發(fā)展前景廣闊:陸地上可開發(fā)的風力資源至少有2.53億千瓦，未來十年中，西北、東北、內(nèi)蒙等內(nèi)陸將建設多個千萬千瓦級風電基地；我國近海區(qū)域的風力資源可開發(fā)儲量有7.5億千瓦,發(fā)展海上風電的潛力很大,在上海、江蘇、山東等省市近海僅2010年-2011年就有10多個海上風電場開始建設。據(jù)國家能源局的規(guī)劃，預計到2020年，我國風力發(fā)電裝機總容量將占全國總裝機容量的15%。
[0003]隨著風力發(fā)電在電力能源中所占比例越來越大,風力發(fā)電系統(tǒng)對電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略。特別對于我國風電大規(guī)模集中接入的方式，當電網(wǎng)發(fā)生故障造成并網(wǎng)點電壓跌落時，一旦風電機組自動脫網(wǎng)可能造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰，嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，使風力發(fā)電這種清潔能源的應用受到限制。因此，大規(guī)模并網(wǎng)運行的風電機組必須具有低電壓穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)。風電機組并網(wǎng)必須滿足相應的技術標準，只有當電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風力發(fā)電機脫網(wǎng)，當電壓值凹陷部分時，發(fā)電機應提供無功功率。
[0004]目前，歐美國家制定的風電并網(wǎng)準則中均涉及到了風電機組的低電壓穿越能力。我國即將頒布的國標《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》中對并網(wǎng)運行的風電機組的低電壓穿越能力也進行了詳細規(guī)定(如圖1所示).然而，目前國內(nèi)試驗和測試手段匱乏，尚不能研制與技術標準相配套的移動式低電壓穿越測試裝置，主要測試設備均依賴進口，難以為風電場的并網(wǎng)試驗提供有效的技術支撐，也嚴重制約我國風力發(fā)電的發(fā)展。目前進行風電低電壓穿越試驗時，由于電網(wǎng)跌落，使風機輸送的有功功率不能并入電網(wǎng)，要采取一定的措施將風機輸送的有功功率釋放掉，一般米取的措施是米用放電電阻(crowbar電阻)將風機輸送的有功功率消耗掉。由于在風電低電壓穿越試驗時，除了想方設法消耗掉風機輸送的有功功率，同時還要根據(jù)電壓跌落要求向電網(wǎng)輸送一定的無功功率，支撐電網(wǎng)電壓恢復。在這種方式下如果做大功率風電低電壓穿越試驗，則必須要求電網(wǎng)有足夠大的功率和容量。現(xiàn)有的低電壓穿越試驗方法前端電網(wǎng)接大容量電網(wǎng)而非實驗室用的電網(wǎng)，大容量電網(wǎng)可以提供大功率風電變流器低電壓穿越試驗時需要的功率，而實驗室用的電網(wǎng)容量一般都不大，無法滿足MW級大功率風電變流器低電壓穿越試驗時的功率需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置及其試驗方法，取代原有的用crowbar電阻將有功功率消耗掉的方式，將風機輸送的有功功率通過一定的方式反饋回去，并且原有的控制方式不變。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案: 一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，包括主電路和反饋電路，所述主電路包括依次連接的變頻器、電動機、發(fā)電機、風電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由電網(wǎng)供電；所述變頻器包括沿電流方向依次連接的第一整流器和第一逆變器，所述風電變流器包括沿電流方向依次連接的第二整流器和第二逆變器；所述反饋電路用于接收風電變流器用于接收風機輸送的電流并對其轉化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
[0007]進一步的，所述反饋電路另一端與電網(wǎng)相連，反饋電路包括沿電流方向依次連接的直流-直流變換器和第三逆變器。
[0008]進一步的，所述電網(wǎng)為小容量電網(wǎng)。
[0009]進一步的，所述反饋電路另一端接入變頻器中，反饋電路包括直流-直流變換器。
[0010]進一步的，所述反饋電路另一端連接電網(wǎng)跌落模擬平臺，反饋電路包括直流-直流變換器。
[0011]進一步的，所述反饋電路一端接入第二逆變器和第二整流器之間。
[0012]本發(fā)明還提供了一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的方法，包括如下步驟:
步驟(1)，電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過變頻器變頻后提供給電動機所需要的電流電壓；
步驟(2)，電動機驅動發(fā)電機輸出電能，發(fā)電機輸出的電能經(jīng)風電變流器作用后模擬風場風機發(fā)電后接入電網(wǎng)跌落模擬平臺；
步驟(3)，電網(wǎng)跌落模擬平臺模擬電網(wǎng)跌落的情況；
步驟(4)，反饋電路一端連接風電變流器、另一端接入主供電回路中，將模擬風場風機輸送的功率回饋到電網(wǎng)或主電路中。
[0013]進一步的，所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至電網(wǎng)中。
[0014]進一步的，所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至變頻器中。
[0015]進一步的，所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺為其供電。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果:
采用本發(fā)明裝置在進行低電壓穿越時風機輸送的功率能夠很好的回饋到電網(wǎng)或原有電路中，在整個試驗過程中電網(wǎng)只提供一個設備運行損耗，節(jié)省了能量損耗，降低了電網(wǎng)需要輸出的功率，從而在整個低電壓穿越試驗過程中，電網(wǎng)只提供設備運行中的功率損耗。通過上述方式使得本裝置不僅可以用在大容量電網(wǎng)中降低能耗，還可以用在實驗室的小容量電網(wǎng)中用來實現(xiàn)大功率風電低電壓穿越試驗測試，有效解決了小容量電網(wǎng)條件下做大功率風電低電壓穿越試驗時功率不足的問題，便于在實驗室或車間小容量電網(wǎng)中開展大功率風電變流裝置的研發(fā)和檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為風電變流器低電壓測試標準曲線示意圖；
圖2為實施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置結構示意圖；
圖3為實施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置結構示意圖；
圖4為實施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置結構示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下將結合具體實施例對本發(fā)明提供的技術方案進行詳細說明，應理解下述【具體實施方式】僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0019]實施例一:
圖2為采用本發(fā)明思路進行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗的第一種裝置結構示意圖，其包括主電路和反饋電路，主電路包括依次連接的包括第一整流器和第一逆變器的變頻器、電動機、發(fā)電機、包括第二整流器和第二逆變器的風電變流器、電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由小容量電網(wǎng)供電。所述反饋電路一端連接風電變流器、另一端接入小容量電網(wǎng)中，具體地說，所述反饋電路包括直流-直流變換器和第三逆變器，直流-直流變換器輸入端和第二逆變器輸出端相連，直流-直流變換器輸出端和第三逆變器輸入端相連，第三逆變器向小容量電網(wǎng)輸出電能。
[0020]上述裝置的試驗方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過變頻器變頻(先通過第一整流器將交流電轉換成直流電、再通過第一逆變器將直流電轉換為交流電)后提供給電動機所需要的電流電壓，電動機驅動發(fā)電機輸出電能，發(fā)電機輸出的電流經(jīng)風電變流器變流(先通過第二整流器將交流電轉換成直流電、再通過第二逆變器將直流電轉換為交流電)后模擬風場風機發(fā)電并連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺，電網(wǎng)跌落模擬平臺由小容量電網(wǎng)供電，該平臺模擬電網(wǎng)跌落的情況，進行風電低電壓穿越試驗。反饋電路將模擬的風場風機輸送的功率轉化后(經(jīng)直流-直流變換器變換直流電壓后通過第三逆變器變換)很好的回饋到電網(wǎng)中。
[0021]實施例二:
圖3為采用本發(fā)明思路進行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗的第二種裝置結構示意圖，其包括主電路和反饋電路，主電路包括變頻器、電動機、發(fā)電機、風電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由小容量電網(wǎng)供電。同樣的，變頻器包括第一整流器和第一逆變器，風電變流器包括第二逆變器和第二整流器。所述反饋電路一端連接風電變流器、另一端接入變頻器的第一整流器和第一逆變器之間，所述反饋電路包括直流-直流變換器，直流-直流變換器輸入端和第二逆變器輸出端相連，直流-直流變換器輸出端和第一逆變器輸入端相連。
[0022]上述裝置的試驗方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過變頻器變頻后提供給電動機所需要的電流電壓，電動機驅動發(fā)電機輸出電能，發(fā)電機輸出的電能經(jīng)風電變流器作用后模擬風場風機發(fā)電后連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺，電網(wǎng)跌落模擬平臺模擬電網(wǎng)跌落的情況，進行風電低電壓穿越試驗。反饋電路將可以將模擬的風場風機輸送的電流反饋給拖動變頻器的直流部分，從而供給電動機電能。
[0023]實施例三:
圖4為采用本發(fā)明思路進行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗的第三種裝置結構示意圖，其包括主電路和反饋電路，主電路包括變頻器、電動機、發(fā)電機、風電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由小容量電網(wǎng)供電。同樣的，變頻器包括第一整流器和第一逆變器，風電變流器包括第二逆變器和第二整流器。所述反饋電路包括直流-直流變換器，所述反饋電路一端連接風電變流器、另一端接入電網(wǎng)跌落模擬平臺中。
[0024]上述裝置的試驗方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過變頻器變頻后提供給電動機所需要的電流電壓，電動機驅動發(fā)電機輸出電能，發(fā)電機輸出的電能經(jīng)風電變流器作用后模擬風場風機發(fā)電后連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺，電網(wǎng)跌落模擬平臺模擬電網(wǎng)跌落的情況，進行風電低電壓穿越試驗。反饋電路可以將模擬的風場風機輸送的電能反饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺中跌落裝置的直流部分，讓能量暫時得到回路，等電壓恢復時回饋到電網(wǎng)。
[0025]上述實施例一?實施例三中的整流器和逆變器均可通過控制策略實現(xiàn)能量的雙向流動，在整個試驗過程中除了設備的運行損耗外沒有功率損失，設備的運行損耗由實驗室電網(wǎng)提供。
[0026]必須指出的是，上述實施例一至三中的電網(wǎng)雖均為小容量電網(wǎng)，但本發(fā)明依然能夠應用在大容量電網(wǎng)中，大容量電網(wǎng)中功率較高，運行過程較小容量電網(wǎng)更為穩(wěn)定，在利用本發(fā)明裝置的基礎上能夠節(jié)約大量能耗。
[0027]本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:包括主電路和反饋電路，所述主電路包括依次連接的變頻器、電動機、發(fā)電機、風電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺，所述主電路由電網(wǎng)供電；所述變頻器包括沿電流方向依次連接的第一整流器和第一逆變器，所述風電變流器包括沿電流方向依次連接的第二整流器和第二逆變器；所述反饋電路用于接收風機輸送的電流并對其轉化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:所述反饋電路另一端與電網(wǎng)相連，反饋電路包括沿電流方向依次連接的直流-直流變換器和第三逆變器。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:所述電網(wǎng)為小容量電網(wǎng)。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:所述反饋電路另一端接入變頻器中，反饋電路包括直流-直流變換器。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:所述反饋電路另一端連接電網(wǎng)跌落模擬平臺，反饋電路包括直流-直流變換器。
6.根據(jù)權利要求1?5中任意一項權利要求所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的裝置，其特征在于:所述反饋電路一端接入第二逆變器和第二整流器之間。
7.一種基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(1),電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過變頻器變頻后提供給電動機所需要的電流電壓； 步驟(2)，電動機驅動發(fā)電機輸出電能，發(fā)電機輸出的電能經(jīng)風電變流器作用后模擬風場風機發(fā)電后接入電網(wǎng)跌落模擬平臺； 步驟(3),電網(wǎng)跌落模擬平臺模擬電網(wǎng)跌落的情況； 步驟(4),反饋電路一端連接風電變流器、另一端接入主供電回路中，將模擬風場風機輸送的功率回饋到電網(wǎng)或主電路中。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的方法，其特征在于:所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至電網(wǎng)中。
9.根據(jù)權利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的方法，其特征在于:所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至變頻器中。
10.根據(jù)權利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗的方法，其特征在于:所述反饋電路將風機輸送的功率回饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺為其供電。
【文檔編號】H02J3/38GK104459410SQ201410775065
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權日:2014年12月16日
【發(fā)明者】周細文, 馬華峰, 劉可, 梁韜, 鮑安平 申請人:南京中認南信檢測技術有限公司, 周細文