一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统及方法，包括以下步骤：1)根据预定条件启动机组；2)电网模拟机组模拟电网正常和故障运行；3)根据测试条件设定故障前被测机组的电磁转矩或功率状态，被测机组实施低电压穿越测试，并且记录被测机组中各项重要电气与机械变量信号；4)完成测试并安全停机。与现有技术相比，本发明具有简便、经济、安全等优点。
【专利说明】-种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力测试领域，尤其是涉及一种全功率变流器风电机组低电压穿越测 试系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 经过近年来的不断发展，风力发电已成为人类解决能源危机与环境问题的重要手 段。随着越来越多的风电机组接入电网，为保证电力系统安全稳定运行，世界各国均制订出 相应标准要求所有大型并网风电机组具备低电压穿越能力，即在电网故障时仍然保持不脱 网并在故障切除后迅速恢复正常运行。
[0003] 全功率变流器风电机组是一种主流的风电技术，广泛应用于陆上和海上大型风电 场。通过适当控制与保护措施，全功率风电机组能够实现低电压穿越运行。
[0004] 风电机组的低电压穿越测试是验证风电机组关键性能的重要实验。尽管目前所有 大型风电机组均经过相关机构认证具备低电压穿越功能，但在工程实际中仍然需要在现场 对风电机组进行低电压穿越性能测试。一方面，现场测试比实验室条件更加真实；其次，除 个别样机外风场运行商或电网公司可能需要对风场中所有风机的低电压穿越性能进行评 估，特别在风机经历重大改造和维护后，有必要通过现场测试对其运行关键性能进行重新 评估。
[0005] 风电机组低电压穿越测试的基本原理是将被测机组与模拟电源相连接（其中模 拟电源模拟电网运行），通过模拟电源人为产生故障条件对风电机组的低电压穿越性能进 行测试。为模拟电网故障，目前的测试方法主要包括：变压器模拟、阻抗模拟以及变流器模 拟三种方法，其中阻抗模拟法已被应用于风电场现场测试。现有的车载移动式现场测试系 统将一系列阻抗构成的故障模拟装置装载在卡车上。现场测试时，驱车前往风电场现场，并 将阻抗式故障模拟器串联在电网和风电场母线之间，通过配置各相故障模拟阻抗及其大小 模拟各类不同严重程度的电网故障完成被测机组低电压穿越测试。车载移动式低电压穿越 测试系统能够完成现场测试，但也存在设备笨重、测试成本较高以及可能威胁电网安全等 局限性。受海上特殊环境和低可达性限制，采用现有技术对海上风电场实施低电压穿越测 试将更加困难。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简便、经济、安 全的风电机组低电压穿越性能测试的系统及其方法。
[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008] -种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，包括以下步骤：
[0009] 1)根据预定条件启动机组；
[0010] 2)电网模拟机组模拟电网运行；
[0011] 3)根据测试条件设定故障前被测机组的电磁转矩或功率状态，被测机组实施低电 压穿越测试，并且记录被测机组中各项重要电气与机械变量信号；
[0012] 4)完成测试并安全停机。
[0013] 所述的步骤1)包括以下步骤：
[0014] 11)变桨控制启动机组；
[0015] 12)根据测试条件调节被测机组运行在测试转速；
[0016] 13)根据安全运行限值将电网模拟机组转速控制到相应值。
[0017] 所述的步骤2)包括以下步骤：
[0018] 21)通过控制风电机组有功功率保持机侧与全功率网侧变流器有功平衡从而维持 直流母线电压始终工作在额定值；
[0019] 22)将全功率网侧变流器控制为一个带内阻抗的模拟电压源；
[0020] 23)电压源的内阻抗模拟风电场母线到输电变电站间的网络等效阻抗；
[0021] 24)全功率网侧变流器按电网故障运行条件模拟产生电网电压。
[0022] 所述的步骤13)中采用开环转速控制算法实现控制风机转速，包括以下步骤：
[0023] 131)在风机启动初期，将控制桨距角控制在最佳桨距角；
[0024] 132)当机组转速达到设定值时，变桨机构开始动作并以最快桨距角变化率将桨距 角调节到顺风位置，此时叶轮输出机械转矩减小为零，机组停止加速；
[0025] 133)在系统摩擦阻尼作用下，机组转速会缓慢下降最终达到设定转速。
[0026] 所述的步骤13)中的安全运行限值为
【权利要求】
1. 一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 根据预定条件启动机组； 2) 电网模拟机组模拟电网运行； 3) 根据测试条件设定故障前被测机组的电磁转矩或功率状态，被测机组实施低电压穿 越测试，并且记录被测机组中各项重要电气与机械变量信号； 4) 完成测试并安全停机。
2. 根据权利要求1所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在 于，所述的步骤1)包括以下步骤： 11) 变桨控制启动机组； 12) 根据测试条件调节被测机组运行在测试转速； 13) 根据安全运行限值将电网模拟机组转速控制到相应值。
3. 根据权利要求1所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在 于，所述的步骤2)包括以下步骤： 21) 通过控制风电机组有功功率保持机侧与全功率网侧变流器有功平衡从而维持直流 母线电压始终工作在额定值； 22) 将全功率网侧变流器控制为一个带内阻抗的模拟电压源； 23) 电压源的内阻抗模拟风电场母线到输电变电站间的网络等效阻抗； 24) 全功率网侧变流器按电网故障运行条件模拟产生电网电压。
4. 根据权利要求2所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在 于，所述的步骤13)中采用开环转速控制算法实现控制风机转速，包括以下步骤： 131) 在风机启动初期，将控制桨距角控制在最佳桨距角； 132) 当机组转速达到设定值时，变桨机构开始动作并以最快桨距角变化率将桨距角调 节到顺风位置，此时叶轮输出机械转矩减小为零，机组停止加速； 133) 在系统摩擦阻尼作用下，机组转速会缓慢下降最终达到设定转速。
5. 根据权利要求4所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在 于，所述的步骤13)中的安全运行限值为
，其中<
与
分别为电网模拟及被测机组的转速，而NWT qS并联电网模拟机组的数量。
6. 根据权利要求3所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试方法，其特征在 于，所述的步骤23)中通过测量电流和设定虚拟阻抗参数控制变流器产生模拟虚拟阻抗特 性，网络等效阻抗为虚拟阻抗与滤波器及升压变压器阻抗之和。
7. 根据权利要求3所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试的方法，其特征 在于，所述的步骤24)中电网故障运行包括三相对地故障运行、单相对地故障运行、两相对 地故障运行和相间故障运行。
8. -种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统，其特征在于，包括电网模拟机组 (7)和被测机组（8)，所述的电网模拟机组（7)和被测机组（8)通过风场母线（6)连接，所 述的电网模拟机组（7)包括依次连接的全功率变流器风力发电机组（1)、全功率机侧变流 器（2)、直流母线（3)、全功率网侧变流器（4)、滤波器（5)、升压变压器和风场母线开关，所 述的风场母线开关与风场母线（6)连接。
9. 根据权利要求8所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统，其特征在 于，所述的电网模拟机组（7)包括一台或多台并联的全功率变流器风力发电机组（1)。
10.根据权利要求8所述的一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统，其特征 在于，所述的电网模拟机组（8)包括一台测试风电机组。
【文档编号】G01R31/34GK104215904SQ201410448425
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月4日 优先权日:2014年9月4日
【发明者】向大为, 王腾 申请人:同济大学