一种Boost变流器的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Boost变流器的风电机组低电压穿越 测试系统及方法。
【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] 采用Boost变流器的风电机组是一种常用的风电技术，广泛应用于陆上和海上大 型风电场，Boost变流器首先通过二极管不控整流将发电机发出的交流电整流成为直流电， 然后通过Boost变换器将波动的直流电压升压到稳定的直流母线电压。机组正常运行时， 通过控制Boost电感电流的大小可以调节发电机输出的有功功率，实现风机最大功率点跟 踪运行。与PWM变流器相比，Boost变流器具有开关器件少、容量大、成本低、可靠性高的优 点，但二极管不控整流会在发电机中产生谐波和转矩脉动，实际系统中往往采用多重化技 术进行抑制。随着风电机组单机容量的不断增加，Boost变流器正作为一种可行的大功率 (如10MW)风电变流器技术方案，引起大家新的重视。通过适当控制与保护措施，采用Boost 变流器的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，目前所有大型 风电机组必须经过相关机构对低电压穿越功能进行测试认证，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，其中阻抗模拟法是目前广 泛采用的风电机组低电压穿越测试技术。以现场测试为例，现有的车载移动式测试系统将 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，然后将 阻抗式故障模拟器串联在电网和风电场母线之间，通过配置各相阻抗的大小模拟各类不同 严重程度的电网故障完成被测机组低电压穿越测试。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。实际工程中需要更为简便、经 济及安全的风电机组低电压穿越测试技术。
[0005] 现有技术存在测试设备成本高、运输与安装较复杂、测试过程可能威胁电网安全 等不足，因此实际工程中需要更为简便、经济及安全的风电机组低电压穿越测试技术。
[0006] 中国专利CN104215904A公开了一种全功率变流器风电机组低电压穿越测试系统 及方法，该测试系统主要针对采用背靠背式全功率变流器的风电机组进行低电压穿越性能 测试，由于发电机侧变流器结构不同，该技术无法直接应用于采用Boost变流器的风电机 组，并且采用全功率变流器的成本较高、技术操作难度较大。
【发明内容】
[0007] 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可靠性高、实现 简单、测试成本低、测试条件灵活可设、测试过程不影响电网安全运行的Boost变流器的风 电机组低电压穿越测试系统及方法。
[0008] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009] 一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统，用以进行风电机组的低电 压穿越性能测试，包括分别与风场母线连接的模拟电网和被测机组，所述的模拟电网包括 多个并联的电网模拟机组，所述的电网模拟机组和被测机组均包括依次连接的风力发电 机、二极管整流桥、Boost变流器、全功率网侧变流器、滤波器、升压变压器和风力发电机 组并网开关，所述的Boost变流器和全功率网侧变流器的直流母线上并联设有直流电容 和crowbar电路，所述的crowbar电路包括并联在直流母线上的内置crowbar电路和外置 crowbar 电路。
[0010] 所述的每个电网模拟机组中包括一台风力发电机，所述的被测机组中的风力发电 机为一台待测风力发电机。
[0011] 所述的内置crowbar电路和外置crowbar电路均包括相互连接的开关和crowbar 电阻。
[0012] 一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0013] 1)测试准备；
[0014] 2)启动所有电网模拟机组与被测机组并控制其至预定测试转速条件运行；
[0015] 3)电网模拟机组模拟电网条件运行；
[0016] 4)对被测机组实施低电压穿越测试；
[0017] 5)完成测试并安全停机。
[0018] 所述的步骤1)具体包括以下步骤：
[0019] 11)根据被测机组容量及风场条件，确定电网模拟机组并联组数；
[0020] 12)配置电网模拟机组的crowbar电路；
[0021] 13)确定被测机组测试运行的工作点，包括转速、有功功率和无功功率。
[0022] 所述的步骤11)中电网模拟机组并联组数符合以下条件：
[0023]
【主权项】
1. 一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统，用以进行风电机组的低电压穿 越性能测试，包括分别与风场母线（11)连接的模拟电网（15)和被测机组（13)，其特征在 于，所述的模拟电网（15)包括多个并联的电网模拟机组（14)，所述的电网模拟机组（14)和 被测机组（13)均包括依次连接的风力发电机、二极管整流桥（2)、B 〇〇st变流器（3)、全功率 网侧变流器（7)、滤波器（8)、升压变压器（9)和风力发电机组并网开关（10)，所述的Boost 变流器（3)和全功率网侧变流器（7)的直流母线上并联设有直流电容（4)和crowbar电路， 所述的crowbar电路包括并联在直流母线上的内置crowbar电路（5)和外置crowbar电路 (6) 〇
2. 根据权利要求1所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统，其特征 在于，所述的每个电网模拟机组（14)中的风力发电机为一台电网模拟风力发电机（101)， 所述的被测机组（13)中的风力发电机为一台待测风力发电机（102)。
3. 根据权利要求1所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统，所述的 内置crowbar电路（5)和外置crowbar电路（6)均包括相互连接的开关和crowbar电阻。
4. 一种应用如权利要求1所述的Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统的测试 方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 测试准备； 2) 启动所有电网模拟机组与被测机组并控制其至预定测试转速条件运行； 3) 电网模拟机组模拟电网条件运行； 4) 对被测机组实施低电压穿越测试； 5) 完成测试并安全停机。
5. 根据权利要求4所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤1)具体包括以下步骤： 11) 根据被测机组容量及风场条件，确定电网模拟机组并联组数； 12) 配置电网模拟机组的crowbar电路； 13) 确定被测机组测试运行的工作点，包括转速、有功功率和无功功率。
6. 根据权利要求5所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤11)中电网模拟机组并联组数符合以下条件：
其中Nwt g为电网模拟机组并联组数，P Test max为被测机组最大输出功率，P _为电网模 拟机组额定功率。
7. 根据权利要求5所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤12)中电网模拟机组的crowbar电路容量配置方法包括： 配置内置crowbar电路：米用机组自带的内置crowbar电路，通过多个电网模拟机组并 联满足泄能要求，并联电网模拟机组的数量满足：
配置外置crowbar电路：通过外加外置crowbar电路满足泄能要求，外置crowbar电路 容量满足： F 〉F -F X" T · Lcrowbarl 一^ L Test_max ^crowbarO ^ test? 其中，ETest max为被测机组最大输出能量，P Test max为被测机组最大输出功率，T test为电气 测试时间，为一台电网模拟机组自带内置crowbar电路的额定容量，N WT g为电网模拟 机组并联组数，Eramtbml为外加的外置crowbar电路的额定容量。
8. 根据权利要求4所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤3)包括以下步骤： 31) 通过Boost变流器控制电网模拟机组直流母线电压，并通过crowbar电路消耗从电 网侧馈入的多余电能； 32) 电网模拟机组网侧变流器按电网正常与故障运行条件模拟产生电网电压。
9. 根据权利要求8所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤31)中crowbar电路的直流电压控制指令大于Boost变流器的直流电压 控制指令一定值。
10. 根据权利要求8所述的一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试方法，其特征 在于，所述的步骤32)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。
【专利摘要】本发明涉及一种Boost变流器的风电机组低电压穿越测试系统，用以进行风电机组的低电压穿越性能测试，包括分别与风场母线连接的模拟电网和被测机组，所述的模拟电网包括多个并联的电网模拟机组，所述的电网模拟机组和被测机组均包括依次连接的风力发电机、二极管整流桥、Boost变流器、全功率网侧变流器、滤波器、升压变压器和风力发电机组并网开关，所述的Boost变流器和全功率网侧变流器的直流母线上并联设有直流电容和crowbar电路，所述的crowbar电路包括并联在直流母线上的内置crowbar电路和外置crowbar电路。与现有技术相比，本发明具有可靠性高、实现简单、测试成本低、测试条件灵活可设、测试过程不影响电网安全运行等优点。
【IPC分类】G01R31-34
【公开号】CN104678302
【申请号】CN201510096464
【发明人】向大为, 王腾
【申请人】同济大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月4日