基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置及方法，取代原有的用crowbar电阻将有功功率消耗掉的方式，将风机输送的有功功率通过一定的方式反馈回去，不仅可以用在大容量电网中降低能耗，还可以用在实验室的小容量电网中用来实现大功率风电低电压穿越试验测试。本发明包括主电路和反馈电路，所述主电路包括依次连接的变频器、电动机、发电机、风电变流器和电网跌落模拟平台，所述主电路由电网供电；所述变频器包括沿电流方向依次连接的第一整流器和第一逆变器，所述风电变流器包括沿电流方向依次连接的第二整流器和第二逆变器；所述反馈电路用于接收风机输送的电流并对其转化后回馈入电网或主电路中。
【专利说明】基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于风电低电压穿越试验【技术领域】，尤其是涉及一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置及试验方法。
【背景技术】
[0002]我国风电发展前景广阔:陆地上可开发的风力资源至少有2.53亿千瓦，未来十年中，西北、东北、内蒙等内陆将建设多个千万千瓦级风电基地；我国近海区域的风力资源可开发储量有7.5亿千瓦,发展海上风电的潜力很大,在上海、江苏、山东等省市近海仅2010年-2011年就有10多个海上风电场开始建设。据国家能源局的规划，预计到2020年，我国风力发电装机总容量将占全国总装机容量的15%。
[0003]随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大,风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。特别对于我国风电大规模集中接入的方式，当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦风电机组自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行，使风力发电这种清洁能源的应用受到限制。因此，大规模并网运行的风电机组必须具有低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)。风电机组并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压值凹陷部分时，发电机应提供无功功率。
[0004]目前，欧美国家制定的风电并网准则中均涉及到了风电机组的低电压穿越能力。我国即将颁布的国标《风电场接入电力系统技术规定》中对并网运行的风电机组的低电压穿越能力也进行了详细规定(如图1所示).然而，目前国内试验和测试手段匮乏，尚不能研制与技术标准相配套的移动式低电压穿越测试装置，主要测试设备均依赖进口，难以为风电场的并网试验提供有效的技术支撑，也严重制约我国风力发电的发展。目前进行风电低电压穿越试验时，由于电网跌落，使风机输送的有功功率不能并入电网，要采取一定的措施将风机输送的有功功率释放掉，一般米取的措施是米用放电电阻(crowbar电阻)将风机输送的有功功率消耗掉。由于在风电低电压穿越试验时，除了想方设法消耗掉风机输送的有功功率，同时还要根据电压跌落要求向电网输送一定的无功功率，支撑电网电压恢复。在这种方式下如果做大功率风电低电压穿越试验，则必须要求电网有足够大的功率和容量。现有的低电压穿越试验方法前端电网接大容量电网而非实验室用的电网，大容量电网可以提供大功率风电变流器低电压穿越试验时需要的功率，而实验室用的电网容量一般都不大，无法满足MW级大功率风电变流器低电压穿越试验时的功率需求。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明公开了一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置及其试验方法，取代原有的用crowbar电阻将有功功率消耗掉的方式，将风机输送的有功功率通过一定的方式反馈回去，并且原有的控制方式不变。
[0006]为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案: 一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，包括主电路和反馈电路，所述主电路包括依次连接的变频器、电动机、发电机、风电变流器和电网跌落模拟平台，所述主电路由电网供电；所述变频器包括沿电流方向依次连接的第一整流器和第一逆变器，所述风电变流器包括沿电流方向依次连接的第二整流器和第二逆变器；所述反馈电路用于接收风电变流器用于接收风机输送的电流并对其转化后回馈入电网或主电路中。
[0007]进一步的，所述反馈电路另一端与电网相连，反馈电路包括沿电流方向依次连接的直流-直流变换器和第三逆变器。
[0008]进一步的，所述电网为小容量电网。
[0009]进一步的，所述反馈电路另一端接入变频器中，反馈电路包括直流-直流变换器。
[0010]进一步的，所述反馈电路另一端连接电网跌落模拟平台，反馈电路包括直流-直流变换器。
[0011]进一步的，所述反馈电路一端接入第二逆变器和第二整流器之间。
[0012]本发明还提供了一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的方法，包括如下步骤:
步骤(1)，电网输出的交流电经过变频器变频后提供给电动机所需要的电流电压；
步骤(2)，电动机驱动发电机输出电能，发电机输出的电能经风电变流器作用后模拟风场风机发电后接入电网跌落模拟平台；
步骤(3)，电网跌落模拟平台模拟电网跌落的情况；
步骤(4)，反馈电路一端连接风电变流器、另一端接入主供电回路中，将模拟风场风机输送的功率回馈到电网或主电路中。
[0013]进一步的，所述反馈电路将风机输送的功率回馈至电网中。
[0014]进一步的，所述反馈电路将风机输送的功率回馈至变频器中。
[0015]进一步的，所述反馈电路将风机输送的功率回馈至电网跌落模拟平台为其供电。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果:
采用本发明装置在进行低电压穿越时风机输送的功率能够很好的回馈到电网或原有电路中，在整个试验过程中电网只提供一个设备运行损耗，节省了能量损耗，降低了电网需要输出的功率，从而在整个低电压穿越试验过程中，电网只提供设备运行中的功率损耗。通过上述方式使得本装置不仅可以用在大容量电网中降低能耗，还可以用在实验室的小容量电网中用来实现大功率风电低电压穿越试验测试，有效解决了小容量电网条件下做大功率风电低电压穿越试验时功率不足的问题，便于在实验室或车间小容量电网中开展大功率风电变流装置的研发和检测。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为风电变流器低电压测试标准曲线示意图；
图2为实施例一提供的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置结构示意图；
图3为实施例一提供的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置结构示意图；
图4为实施例一提供的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述【具体实施方式】仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0019]实施例一:
图2为采用本发明思路进行小容量电网下大功率低电压穿越试验的第一种装置结构示意图，其包括主电路和反馈电路，主电路包括依次连接的包括第一整流器和第一逆变器的变频器、电动机、发电机、包括第二整流器和第二逆变器的风电变流器、电网跌落模拟平台，所述主电路由小容量电网供电。所述反馈电路一端连接风电变流器、另一端接入小容量电网中，具体地说，所述反馈电路包括直流-直流变换器和第三逆变器，直流-直流变换器输入端和第二逆变器输出端相连，直流-直流变换器输出端和第三逆变器输入端相连，第三逆变器向小容量电网输出电能。
[0020]上述装置的试验方法如下:
小容量电网输出的交流电经过变频器变频(先通过第一整流器将交流电转换成直流电、再通过第一逆变器将直流电转换为交流电)后提供给电动机所需要的电流电压，电动机驱动发电机输出电能，发电机输出的电流经风电变流器变流(先通过第二整流器将交流电转换成直流电、再通过第二逆变器将直流电转换为交流电)后模拟风场风机发电并连接至电网跌落模拟平台，电网跌落模拟平台由小容量电网供电，该平台模拟电网跌落的情况，进行风电低电压穿越试验。反馈电路将模拟的风场风机输送的功率转化后(经直流-直流变换器变换直流电压后通过第三逆变器变换)很好的回馈到电网中。
[0021]实施例二:
图3为采用本发明思路进行小容量电网下大功率低电压穿越试验的第二种装置结构示意图，其包括主电路和反馈电路，主电路包括变频器、电动机、发电机、风电变流器和电网跌落模拟平台，所述主电路由小容量电网供电。同样的，变频器包括第一整流器和第一逆变器，风电变流器包括第二逆变器和第二整流器。所述反馈电路一端连接风电变流器、另一端接入变频器的第一整流器和第一逆变器之间，所述反馈电路包括直流-直流变换器，直流-直流变换器输入端和第二逆变器输出端相连，直流-直流变换器输出端和第一逆变器输入端相连。
[0022]上述装置的试验方法如下:
小容量电网输出的交流电经过变频器变频后提供给电动机所需要的电流电压，电动机驱动发电机输出电能，发电机输出的电能经风电变流器作用后模拟风场风机发电后连接至电网跌落模拟平台，电网跌落模拟平台模拟电网跌落的情况，进行风电低电压穿越试验。反馈电路将可以将模拟的风场风机输送的电流反馈给拖动变频器的直流部分，从而供给电动机电能。
[0023]实施例三:
图4为采用本发明思路进行小容量电网下大功率低电压穿越试验的第三种装置结构示意图，其包括主电路和反馈电路，主电路包括变频器、电动机、发电机、风电变流器和电网跌落模拟平台，所述主电路由小容量电网供电。同样的，变频器包括第一整流器和第一逆变器，风电变流器包括第二逆变器和第二整流器。所述反馈电路包括直流-直流变换器，所述反馈电路一端连接风电变流器、另一端接入电网跌落模拟平台中。
[0024]上述装置的试验方法如下:
小容量电网输出的交流电经过变频器变频后提供给电动机所需要的电流电压，电动机驱动发电机输出电能，发电机输出的电能经风电变流器作用后模拟风场风机发电后连接至电网跌落模拟平台，电网跌落模拟平台模拟电网跌落的情况，进行风电低电压穿越试验。反馈电路可以将模拟的风场风机输送的电能反馈至电网跌落模拟平台中跌落装置的直流部分，让能量暂时得到回路，等电压恢复时回馈到电网。
[0025]上述实施例一?实施例三中的整流器和逆变器均可通过控制策略实现能量的双向流动，在整个试验过程中除了设备的运行损耗外没有功率损失，设备的运行损耗由实验室电网提供。
[0026]必须指出的是，上述实施例一至三中的电网虽均为小容量电网，但本发明依然能够应用在大容量电网中，大容量电网中功率较高，运行过程较小容量电网更为稳定，在利用本发明装置的基础上能够节约大量能耗。
[0027]本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:包括主电路和反馈电路，所述主电路包括依次连接的变频器、电动机、发电机、风电变流器和电网跌落模拟平台，所述主电路由电网供电；所述变频器包括沿电流方向依次连接的第一整流器和第一逆变器，所述风电变流器包括沿电流方向依次连接的第二整流器和第二逆变器；所述反馈电路用于接收风机输送的电流并对其转化后回馈入电网或主电路中。
2.根据权利要求1所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:所述反馈电路另一端与电网相连，反馈电路包括沿电流方向依次连接的直流-直流变换器和第三逆变器。
3.根据权利要求2所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:所述电网为小容量电网。
4.根据权利要求1所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:所述反馈电路另一端接入变频器中，反馈电路包括直流-直流变换器。
5.根据权利要求1所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:所述反馈电路另一端连接电网跌落模拟平台，反馈电路包括直流-直流变换器。
6.根据权利要求1?5中任意一项权利要求所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的装置，其特征在于:所述反馈电路一端接入第二逆变器和第二整流器之间。
7.一种基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤(1),电网输出的交流电经过变频器变频后提供给电动机所需要的电流电压； 步骤(2)，电动机驱动发电机输出电能，发电机输出的电能经风电变流器作用后模拟风场风机发电后接入电网跌落模拟平台； 步骤(3),电网跌落模拟平台模拟电网跌落的情况； 步骤(4),反馈电路一端连接风电变流器、另一端接入主供电回路中，将模拟风场风机输送的功率回馈到电网或主电路中。
8.根据权利要求7所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的方法，其特征在于:所述反馈电路将风机输送的功率回馈至电网中。
9.根据权利要求7所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的方法，其特征在于:所述反馈电路将风机输送的功率回馈至变频器中。
10.根据权利要求7所述的基于小容量电网实现大功率低电压穿越试验的方法，其特征在于:所述反馈电路将风机输送的功率回馈至电网跌落模拟平台为其供电。
【文档编号】H02J3/38GK104459410SQ201410775065
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月16日 优先权日:2014年12月16日
【发明者】周细文, 马华峰, 刘可, 梁韬, 鲍安平 申请人:南京中认南信检测技术有限公司, 周细文