基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(fēng)機(jī)輸送的有功功率通過(guò)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(shí)驗(yàn)室的小容量電網(wǎng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)測(cè)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)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(fēng)機(jī)輸送的電流并對(duì)其轉(zhuǎn)化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
【專利說(shuō)明】基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置及試驗(yàn)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)風(fēng)電發(fā)展前景廣闊:陸地上可開(kāi)發(fā)的風(fēng)力資源至少有2.53億千瓦，未來(lái)十年中，西北、東北、內(nèi)蒙等內(nèi)陸將建設(shè)多個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地；我國(guó)近海區(qū)域的風(fēng)力資源可開(kāi)發(fā)儲(chǔ)量有7.5億千瓦,發(fā)展海上風(fēng)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(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)開(kāi)始建設(shè)。據(jù)國(guó)家能源局的規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘繉⒄既珖?guó)總裝機(jī)容量的15%。
[0003]隨著風(fēng)力發(fā)電在電力能源中所占比例越來(lái)越大,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)的影響已經(jīng)不能忽略。特別對(duì)于我國(guó)風(fēng)電大規(guī)模集中接入的方式，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落時(shí)，一旦風(fēng)電機(jī)組自動(dòng)脫網(wǎng)可能造成電網(wǎng)電壓和頻率的崩潰，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，使風(fēng)力發(fā)電這種清潔能源的應(yīng)用受到限制。因此，大規(guī)模并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組必須具有低電壓穿越能力(Low Voltage Ride Through, LVRT)。風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)必須滿足相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只有當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落低于規(guī)定曲線以后才允許風(fēng)力發(fā)電機(jī)脫網(wǎng)，當(dāng)電壓值凹陷部分時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)提供無(wú)功功率。
[0004]目前，歐美國(guó)家制定的風(fēng)電并網(wǎng)準(zhǔn)則中均涉及到了風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力。我國(guó)即將頒布的國(guó)標(biāo)《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中對(duì)并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電機(jī)組的低電壓穿越能力也進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定(如圖1所示).然而，目前國(guó)內(nèi)試驗(yàn)和測(cè)試手段匱乏，尚不能研制與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相配套的移動(dòng)式低電壓穿越測(cè)試裝置，主要測(cè)試設(shè)備均依賴進(jìn)口，難以為風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)試驗(yàn)提供有效的技術(shù)支撐，也嚴(yán)重制約我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展。目前進(jìn)行風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)時(shí)，由于電網(wǎng)跌落，使風(fēng)機(jī)輸送的有功功率不能并入電網(wǎng)，要采取一定的措施將風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)輸送的有功功率消耗掉。由于在風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)時(shí)，除了想方設(shè)法消耗掉風(fēng)機(jī)輸送的有功功率，同時(shí)還要根據(jù)電壓跌落要求向電網(wǎng)輸送一定的無(wú)功功率，支撐電網(wǎng)電壓恢復(fù)。在這種方式下如果做大功率風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)，則必須要求電網(wǎng)有足夠大的功率和容量?，F(xiàn)有的低電壓穿越試驗(yàn)方法前端電網(wǎng)接大容量電網(wǎng)而非實(shí)驗(yàn)室用的電網(wǎng)，大容量電網(wǎng)可以提供大功率風(fēng)電變流器低電壓穿越試驗(yàn)時(shí)需要的功率，而實(shí)驗(yàn)室用的電網(wǎng)容量一般都不大，無(wú)法滿足MW級(jí)大功率風(fēng)電變流器低電壓穿越試驗(yàn)時(shí)的功率需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置及其試驗(yàn)方法，取代原有的用crowbar電阻將有功功率消耗掉的方式，將風(fēng)機(jī)輸送的有功功率通過(guò)一定的方式反饋回去，并且原有的控制方式不變。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案: 一種基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)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(fēng)電變流器用于接收風(fēng)機(jī)輸送的電流并對(duì)其轉(zhuǎn)化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
[0007]進(jìn)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(jìn)一步的，所述電網(wǎng)為小容量電網(wǎng)。
[0009]進(jìn)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(jìn)一步的，所述反饋電路另一端連接電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，反饋電路包括直流-直流變換器。
[0011]進(jìn)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(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的方法，包括如下步驟:
步驟(1)，電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過(guò)變頻器變頻后提供給電動(dòng)機(jī)所需要的電流電壓；
步驟(2)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能，發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)風(fēng)電變流器作用后模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電后接入電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)；
步驟(3)，電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)模擬電網(wǎng)跌落的情況；
步驟(4)，反饋電路一端連接風(fēng)電變流器、另一端接入主供電回路中，將模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋到電網(wǎng)或主電路中。
[0013]進(jìn)一步的，所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至電網(wǎng)中。
[0014]進(jìn)一步的，所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至變頻器中。
[0015]進(jìn)一步的，所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)為其供電。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
采用本發(fā)明裝置在進(jìn)行低電壓穿越時(shí)風(fēng)機(jī)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(gè)試驗(yàn)過(guò)程中電網(wǎng)只提供一個(gè)設(shè)備運(yùn)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(gè)低電壓穿越試驗(yàn)過(guò)程中，電網(wǎng)只提供設(shè)備運(yùn)行中的功率損耗。通過(guò)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(shí)驗(yàn)室的小容量電網(wǎng)中用來(lái)實(shí)現(xiàn)大功率風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)測(cè)試，有效解決了小容量電網(wǎng)條件下做大功率風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)時(shí)功率不足的問(wèn)題，便于在實(shí)驗(yàn)室或車間小容量電網(wǎng)中開(kāi)展大功率風(fēng)電變流裝置的研發(fā)和檢測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為風(fēng)電變流器低電壓測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖；
圖2為實(shí)施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為實(shí)施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為實(shí)施例一提供的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解下述【具體實(shí)施方式】?jī)H用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0019]實(shí)施例一:
圖2為采用本發(fā)明思路進(jìn)行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗(yàn)的第一種裝置結(jié)構(gòu)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、包括第二整流器和第二逆變器的風(fēng)電變流器、電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)電變流器、另一端接入小容量電網(wǎng)中，具體地說(shuō)，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(yàn)方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過(guò)變頻器變頻(先通過(guò)第一整流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電、再通過(guò)第一逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電)后提供給電動(dòng)機(jī)所需要的電流電壓，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能，發(fā)電機(jī)輸出的電流經(jīng)風(fēng)電變流器變流(先通過(guò)第二整流器將交流電轉(zhuǎn)換成直流電、再通過(guò)第二逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電)后模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電并連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)由小容量電網(wǎng)供電，該平臺(tái)模擬電網(wǎng)跌落的情況，進(jìn)行風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)。反饋電路將模擬的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)輸送的功率轉(zhuǎn)化后(經(jīng)直流-直流變換器變換直流電壓后通過(guò)第三逆變器變換)很好的回饋到電網(wǎng)中。
[0021]實(shí)施例二:
圖3為采用本發(fā)明思路進(jìn)行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗(yàn)的第二種裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其包括主電路和反饋電路，主電路包括變頻器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)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(fēng)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(yàn)方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過(guò)變頻器變頻后提供給電動(dòng)機(jī)所需要的電流電壓，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能，發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)風(fēng)電變流器作用后模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電后連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)模擬電網(wǎng)跌落的情況，進(jìn)行風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)。反饋電路將可以將模擬的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)輸送的電流反饋給拖動(dòng)變頻器的直流部分，從而供給電動(dòng)機(jī)電能。
[0023]實(shí)施例三:
圖4為采用本發(fā)明思路進(jìn)行小容量電網(wǎng)下大功率低電壓穿越試驗(yàn)的第三種裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其包括主電路和反饋電路，主電路包括變頻器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)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(fēng)電變流器、另一端接入電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)中。
[0024]上述裝置的試驗(yàn)方法如下:
小容量電網(wǎng)輸出的交流電經(jīng)過(guò)變頻器變頻后提供給電動(dòng)機(jī)所需要的電流電壓，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能，發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)風(fēng)電變流器作用后模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電后連接至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)模擬電網(wǎng)跌落的情況，進(jìn)行風(fēng)電低電壓穿越試驗(yàn)。反饋電路可以將模擬的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)輸送的電能反饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)中跌落裝置的直流部分，讓能量暫時(shí)得到回路，等電壓恢復(fù)時(shí)回饋到電網(wǎng)。
[0025]上述實(shí)施例一?實(shí)施例三中的整流器和逆變器均可通過(guò)控制策略實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動(dòng)，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中除了設(shè)備的運(yùn)行損耗外沒(méi)有功率損失，設(shè)備的運(yùn)行損耗由實(shí)驗(yàn)室電網(wǎng)提供。
[0026]必須指出的是，上述實(shí)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(yīng)用在大容量電網(wǎng)中，大容量電網(wǎng)中功率較高，運(yùn)行過(guò)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(chǔ)上能夠節(jié)約大量能耗。
[0027]本發(fā)明方案所公開(kāi)的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開(kāi)的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、風(fēng)電變流器和電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)，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(fēng)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(fēng)機(jī)輸送的電流并對(duì)其轉(zhuǎn)化后回饋入電網(wǎng)或主電路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(quán)利要求2所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(quán)利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(quán)利要求1所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(tái)，反饋電路包括直流-直流變換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1?5中任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)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(guò)變頻器變頻后提供給電動(dòng)機(jī)所需要的電流電壓； 步驟(2)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)輸出電能，發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)風(fēng)電變流器作用后模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)發(fā)電后接入電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)； 步驟(3),電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)模擬電網(wǎng)跌落的情況； 步驟(4),反饋電路一端連接風(fēng)電變流器、另一端接入主供電回路中，將模擬風(fēng)場(chǎng)風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋到電網(wǎng)或主電路中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的方法，其特征在于:所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至電網(wǎng)中。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的方法，其特征在于:所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至變頻器中。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于小容量電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)大功率低電壓穿越試驗(yàn)的方法，其特征在于:所述反饋電路將風(fēng)機(jī)輸送的功率回饋至電網(wǎng)跌落模擬平臺(tái)為其供電。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK104459410SQ201410775065
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】周細(xì)文, 馬華峰, 劉可, 梁韜, 鮑安平 申請(qǐng)人:南京中認(rèn)南信檢測(cè)技術(shù)有限公司, 周細(xì)文