一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及新能源发电以及新能源发电测试领域的测试系统，具体涉及一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统。采用高电压发生装置与低电压发生装置串联的结构，所述系统接入到风电机组与电网之间或光伏发电系统与电网之间，模拟发生电压暂降和电压骤升的过程，采用开关时序可对风电机组和光伏发电系统进行单独高电压穿越测试、单独低电压穿越测试以及高低电压穿越的混合测试；开关时序逻辑简单，易于实现。
【专利说明】—种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统【技术领域】
[0001]本发明涉及新能源发电以及新能源发电测试领域的测试系统，具体涉及一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统。
【背景技术】
[0002]近年来中国风力发电和光伏发电装机容量飞速发展，风电和光电在电网中的发电比重逐年增加，大规模风电和光电并网对电力系统的安全稳定运行已经造成不可忽视的影响。特别是2010年以来，“三北”地区多次发生大规模风电机组脱网事故，对电网安全稳定运行产生严重影响。在历次大规模的风电脱网事故中，多数因为电网扰动发生电压跌落，部分机组因不具备低电压穿越能力而脱网，电网扰动消失后电压骤升，又有部分机组因不具备高电压穿越能力而脱网。
[0003]低电压穿越(LVRT)功能要求电网故障造成机端电压跌落时，风电机组和光伏发电系统能够保持不脱网连续运行且有功功率和无功电流满足风电并网导则的要求。国家标准要求并网点得电压跌落的深度为0.2-0.9倍额定电压，对应的时间为625ms-2000ms。同样，高电压穿越一般要求并网点电压骤升至1.1-1.3倍额定电压时，风电机组和光伏逆变器在一定时间内能够保持不脱网连续运行，直至并网点电压恢复。
[0004]目前风电机组和光伏发电系统的低电压穿越能力越来得到重视，国家标准已经发布，各类政策文件陆续出台；各整机厂家、零部件制造商和科研机构也采取相应的技术措施和解决方案；低电压穿越测试设备和方案也已经逐渐成熟，相关专利已经获得授权。但是高电压穿越目前尚未引起足够的重视，相关研究刚刚起步，也没有专门针对高电压穿越能力进行测试的设备和方案。随着风力发电和光伏发电装机容量的继续扩大，具备高电压穿越能力将成为对风电机组和光伏发电系统的必`然要求。澳大利亚率先制定了并网风电机组的高电压穿越导则，当高压侧电网电压骤升至额定电压的130%时，风电机组应维持60ms不脱网连续运行，并提供足够大的故障恢复电流，显然已经对高电压穿越能力提出了要求。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统，可模拟实际电力系统故障后的电压跌落和故障清除后的电压骤升现象，可对风电机组/光伏发电系统低电压穿越LVRT和高电压穿越HVRT能力进行测试。
[0006]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0007]本发明提供一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统，其改进之处在于，所述系统采用高电压发生装置与低电压发生装置串联的结构，所述系统接入到风电机组与电网之间或光伏发电系统与电网之间，模拟发生电压暂降和电压骤升的过程，采用开关时序对风电机组和光伏发电系统进行单独高电压穿越测试、单独低电压穿越测试以及高低电压穿越的混合测试；
[0008]在所述系统与风电机组之间或在所述系统与光伏发电系统之间串联升压变压器。[0009]优选的，所述高电压发生装置采用动态电压恢复装置实现，包括旁路开关S3、逆变器、LC低通滤波器和串联变压器，所述旁路开关S3并联在串联变压器两端，所述LC低通滤波器的电容器与串联变压器的副边连接；所述LC低通滤波器的电感与逆变器连接。
[0010]较优选的，当动态电压恢复装置进行控制时包括如下三个控制环节:
[0011]环节1:由电压指令减去风电机组或光伏发电系统的升压变压器高压侧电压的测量值，经过带限幅的PI调节器PIv进行调节，作为电压外环控制环节；带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环LC低通滤波器电容电流的指令；
[0012]环节2:由带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环指令，减去LC低通滤波器电容的电流测量值，经过带限幅的PI调节器PI1进行调节，作为电流内环控制环节；
[0013]环节3:带限幅的PI调节器PI1的输出减去电网电压前馈，再减去风电机组或光伏发电系统的输出电流折合到升压变压器高压侧的电流测量值，作为逆变器控制系统的输出，经过逆变器的功率放大作用后，作为逆变器的电压输出。
[0014]优选的，所述低电压发生装置采用阻抗分压式电压跌落发生装置实现，包括旁路开关S1、短路开关S2、限流电抗器和短路电抗器；所述旁路开关SI与限流电抗器并联后通过短路开关-短路电抗器串联支路接地，短路开关-短路电抗器串联支路由短路开关S2和短路电抗器串联组成。
[0015]优选的，所述系统进行单独高电压穿越测试、单独低电压穿越测试以及高低电压穿越的混合测试时应用开关时序控制。
[0016]较优选的，所述系统进行单独高电压穿越测试时应用下述开关时序:
[0017]保持旁路开关SI闭合，短路开关S2打开；电压骤升时，旁路开关S3打开，通过逆变器发出无功电流提升并网点电压；电压恢复时，旁路开关S3闭合。
[0018]较优选的，所述系统进行单独低电压穿越测试时应用下述开关时序:
[0019]保持旁路开关S3闭合；电压跌落时，旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，10秒后旁路开关SI恢复闭合。
[0020]较优选的，所述系统进行高低电压穿越混合测试时应用下述开关时序:
[0021]旁路开关S3打开，5秒后旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合，电压开始跌落；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，逆变器发出无功电流提升并网点电压；10秒后，旁路开关SI和旁路开关S3分别闭合。
[0022]较优选的，所述旁路开关SI何S3均为常闭开关；所述短路开关S2为常开开关。
[0023]与现有技术比，本发明达到的有益效果是:
[0024](I)本发明由于采用低电压发生装置和高电压发生装置串联组成，可灵活实现单独发生电压暂降、单独发生电压骤升，以及先发生电压暂降再发生电压骤升的混合过程，适用于低电压穿越和高电压穿越能力的各种工况的测试；
[0025](2)本发明的低电压发生装置由阻抗和开关构成，电压跌落和恢复的过程均较为快速，可准确模拟电网短路故障的过程；
[0026](3)本发明的高电压发生装置由串联动态电压恢复器(DVR)和开关构成，响应速度较快，可真实模拟电网故障恢复后由于风电场/光伏电站的无功补偿装置未即时退出造成的电压骤升的现象；
[0027](4)本发明提出的测试装置与电网和风电机组之间的位置相对固定，一旦连接完成后，无需更换接线方式便可完成所有高低电压工况的测试。
[0028](5)本发明是在原有低电压穿越测试装置的基础上的改进，只需增加高电压发生部分并修改开关逻辑即可，简单易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明提供的测试系统的硬件构成图；
[0030]图2是本发明提供的测试系统的单相等效电路图；
[0031]图3是本发明提供的动态电压恢复装置的控制原理图；
[0032]图4是本发明提供的单独测试低电压穿越能力的开关时序图；
[0033]图5是本发明提供的单独测试高电压穿越能力的开关时序图；
[0034]图6是本发明提供的混合测试低电压和高电压穿越能力的开关时序图；
[0035]图7是本发明提供的单独测试低电压穿越能力的电压仿真波形图；
[0036]图8是本发明提供的单独测试高电压穿越能力的电压仿真波形图；
[0037]图9是本发明提供的混合测试低电压和高电压穿越能力的电压仿真波形图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0039]本发明提供一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统，采用动态电压恢复(DVR)装置与阻抗分压式电压跌落发生装置串联，接入到被测风电机组/光伏发电系统与电网之间，模拟发生电压暂降和骤升的过程，用于对风电机组/光伏发电系统进行低电压穿越和高电压穿越一体化测试。测试系统的硬件构成图和测试系统的单相等效电路图分别如图1和2所示，由低电压发生装置和高电压发生装置两部分组成，分别产生测试时需要的电压暂降和电压骤升过程。
[0040]高电压发生装置采用动态电压恢复装置实现，包括旁路开关S3、逆变器、LC低通滤波器和串联变压器，所述旁路开关S3并联在串联变压器两端，所述LC低通滤波器的电容器与串联变压器的副边连接；所述LC低通滤波器的电感与逆变器连接。动态电压恢复装置的控制原理图如图3所示。当动态电压恢复装置进行控制时包括如下三个控制环节:
[0041]环节1:由电压指令减去风电机组或光伏发电系统的升压变压器高压侧电压的测量值，经过带限幅的PI调节器PIv进行调节，作为电压外环控制环节；带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环LC低通滤波器电容电流的指令；
[0042]环节2:由带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环指令，减去LC低通滤波器电容的电流测量值，经过带限幅的PI调节器PI1进行调节，作为电流内环控制环节；
[0043]环节3:带限幅的PI调节器PI1的输出减去电网电压前馈，再减去风电机组或光伏发电系统的输出电流折合到升压变压器高压侧的电流测量值，作为逆变器控制系统的输出，经过逆变器的功率放大作用后，作为逆变器的电压输出。
[0044]低电压发生装置采用阻抗分压式电压跌落发生装置实现，包括旁路开关S1、短路开关S2、限流电抗器和短路电抗器；所述旁路开关SI与限流电抗器并联后通过短路开关-短路电抗器串联支路接地，短路开关-短路电抗器串联支路由短路开关S2和短路电抗器串联组成。[0045]测试方案既可实现单独测试低电压穿越能力和单独测试高电压穿越能力，也可实现在同一次测试中低电压穿越能力和高电压穿越能力混合测试。测试时应用开关时序控制，具体如下:
[0046](I)测试系统进行单独高电压穿越测试时应用下述开关时序:
[0047]保持旁路开关SI闭合，短路开关S2打开；电压骤升时，旁路开关S3打开，通过逆变器发出无功电流提升并网点电压；电压恢复时，旁路开关S3闭合。其开关时序图如图5所示。
[0048](2)测试系统进行单独低电压穿越测试时应用下述开关时序:
[0049]保持旁路开关S3闭合；电压跌落时，旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，10秒后旁路开关SI恢复闭合。其开关时序图如图4所
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[0050](3)测试系统进行高低电压穿越混合测试时应用下述开关时序:
[0051]旁路开关S3打开，5秒后旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合，电压开始跌落；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，逆变器发出无功电流提升并网点电压；10秒后，旁路开关SI和旁路开关S3分别闭合。其开关时序图如图6所示。
[0052]旁路开关SI何S3均为常闭开关；所述短路开关S2为常开开关。
[0053]实施例
[0054]按照本发明所提基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统，仿真了单独发生电压暂降的过程、单独发生电压骤升的过程，以及先发生电压暂降再发生电压骤升的混合过程。图7、图8、图9所示分别为这三种测试时的并网点电压。由图可见，该实现方案可以完成这三种功能。
[0055]本发明采用低电压发生装置和高电压发生装置串联组合，接入风电机组/光伏发电系统与电网之间，模拟发生电网故障后出现的电压暂降和电压骤升现象，对被测风电机组/光伏发电系统进行低电压穿越能力和高电压穿越能力进行测试；功能全面，实现简便。
[0056]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种基于串联动态电压恢复装置的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述系统采用高电压发生装置与低电压发生装置串联的结构，所述系统接入到风电机组与电网之间或光伏发电系统与电网之间，模拟发生电压暂降和电压骤升的过程，采用开关时序对风电机组和光伏发电系统进行单独高电压穿越测试、单独低电压穿越测试以及高低电压穿越的混合测试； 在所述系统与风电机组之间或在所述系统与光伏发电系统之间串联升压变压器。
2.如权利要求1所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述高电压发生装置采用动态电压恢复装置实现，包括旁路开关S3、逆变器、LC低通滤波器和串联变压器，所述旁路开关S3并联在串联变压器两端，所述LC低通滤波器的电容器与串联变压器的副边连接；所述LC低通滤波器的电感与逆变器连接。
3.如权利要求2所述的的高低电压穿越测试系统，其特征在于，当动态电压恢复装置进行控制时包括如下三个控制环节: 环节1:由电压指令减去风电机组或光伏发电系统的升压变压器高压侧电压的测量值，经过带限幅的PI调节器PIv进行调节，作为电压外环控制环节；带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环LC低通滤波器电容电流的指令； 环节2:由带限幅的PI调节器PIv的输出作为内环指令，减去LC低通滤波器电容的电流测量值，经过带限幅的PI调节器PI1进行调节，作为电流内环控制环节； 环节3:带限幅的PI调节器PI1的输出减去电网电压前馈，再减去风电机组或光伏发电系统的输出电流折合到升压变压器高压侧的电流测量值，作为逆变器控制系统的输出，经过逆变器的功率放大作用后，作为逆变器的电压输出。
4.如权利要求1所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述低电压发生装置采用阻抗分压式电压跌落发生装置实现，包括旁路开关S1、短路开关S2、限流电抗器和短路电抗器；所述旁路开关SI与限流电抗器并联后通过短路开关-短路电抗器串联支路接地，短路开关-短路电抗器串联支路由短路开关S2和短路电抗器串联组成。
5.如权利要求1所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述系统进行单独高电压穿越测试、单独低电压穿越测试以及高低电压穿越的混合测试时应用开关时序控制。
6.如权利要求4所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述系统进行单独高电压穿越测试时应用下述开关时序: 保持旁路开关SI闭合，短路开关S2打开；电压骤升时，旁路开关S3打开，通过逆变器发出无功电流提升并网点电压；电压恢复时，旁路开关S3闭合。
7.如权利要求4所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述系统进行单独低电压穿越测试时应用下述开关时序: 保持旁路开关S3闭合；电压跌落时，旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，10秒后旁路开关SI恢复闭合。
8.如权利要求4所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述系统进行高低电压穿越混合测试时应用下述开关时序: 旁路开关S3打开，5秒后旁路开关SI打开，5秒后短路开关S2闭合，电压开始跌落；电压恢复时，短路开关S2恢复打开，逆变器发出无功电流提升并网点电压；10秒后，旁路开关SI和旁路开关S3分别闭合。
9.如权利要求6-8中任一项所述的高低电压穿越测试系统，其特征在于，所述旁路开关SI何S3均为 常闭开关；所述短路开关S2为常开开关。
【文档编号】G01R31/34GK103576089SQ201310342097
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2013年8月7日
【发明者】邵文昌, 李庆, 樊熠, 贺敬, 张元栋, 张利, 张梅, 王莹莹 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 中电普瑞张北风电研究检测有限公司, 国网宁夏电力公司