一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，所述装置包括分压调节模块、断路器C1、断路器C2、断路器C4和短路投切开关；变压器两端分别同电网连接和通过所述断路器C1同所述分压调节模块连接；所述变压器的中性点、所述短路投切开关、所述断路器C4和所述分压调节模块依次连接；所述分压调节模块通过所述断路器C2与光伏逆变器相连。本实用新型的装置巧妙使用该开关，能够减少电抗器的数量；跌落幅值切换时被测逆变器无需停机，减少了检测时间，提高了效率。
【专利说明】一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种光伏发电领域的检测装置，具体讲涉及一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置。
【背景技术】
[0002]随着光伏发电在电力能源中所占比例越来越大，光伏发电系统对电网的影响已经不能忽略。尤其在我国西部甘肃、青海一带，光伏发电系统采用大规模集中接入的方式并入电网。当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦光伏发电站大范围的脱网，可能造成电网电压与频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行，因此大型光伏电站必须具有低电压穿越能力。
[0003]2012年，我国颁布的国家标准GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》中有明确规定:当光伏发电站并网点电压跌至图1的曲线I以下时，光伏发电站可以从电网切出；光伏发电站并网点电压在曲线I以上时，光伏发电站应保证不脱网连续运行。
[0004]与风力发电装置不同的是，光伏系统低电压穿越的功能完全由光伏逆变器实现。因此需要相关的检测设备对逆变器低电压穿越的能力进行检测。检测装置一般采用无源电抗器接地短路或相间短路来模拟电网故障，如图2低电压穿越检测装置示意图所示。
[0005]图中电抗器XpX2均为空心电抗器，电抗器X1为限流电抗器，是用来限制装置短路时对上级电网的影响往往会并联有旁路开关。X2为短路电抗器。检测光伏逆变器时，首先断开S1，投入限流电抗器；然后闭合S2，投入短路电抗器，模拟电网故障时的电压跌落。
电压跌落的百分比满足下列公式夕=Z| + g 式中Zp Z2分别为电抗器Xp X2的阻抗

— ,`
值，Zk为电网的等效阻抗。
[0006]传统的风电变流器或者光伏逆变器低电压穿越检测装置，均采用多个不同感值的电抗器通过串并联组合方式形成不同参数Xp X2，从而模拟不同深度的电压跌落，检测装置存在以下缺点:
[0007](I)按照国内外相关光伏与风电并网标准的规定，低电压穿越检测装置跌落点应至少为5个点，跌落点应尽可能多且分布均匀。但由于检测装置无法配置很多电抗器，或者受到电抗器抽头数量限制，检测装置无法实现多跌落幅值。
[0008](2)当需要切换电压跌落幅值时，必须切换电抗器连接方式或者切换电抗器不同抽头，一般米用手动和自动两种方式:
[0009]采用手动的方式改变主回路的电抗器参数，步骤繁琐，耗时长，具有一定安全隐患，不利于快速实现多种幅值和形态的电压跌落，但相对成本较低，占地面积小。
[0010]采用自动的方式改变主回路电抗器参数，一般采用晶闸管或者断路器投切的方式来实现电抗器抽头的切换，装置成本很高，占地面积大。

【发明内容】
[0011]为克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，该装置的核心为使用输电变压器抽头切换用使用的无载分压调节开关(包括有载分压调节开关和无载调压开关)。巧妙使用该开关，不仅能够减少电抗器的数量；跌落幅值切换时被测逆变器无需停机，减少了检测时间，提高了效率。与此同时，无载分压调节开关(包括有载分压调节开关和无载分压调节开关)的成本比高压断路器和晶闸管投切开关的成本低很多，占地面积也小，在一定程度上减少了整个装置的整体成本和占地面积，推动了光伏产业的健康发展。
[0012]实现上述目的所采用的解决方案为:
[0013]一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其改进之处在于:所述装置包括分压调节模块、断路器Cl、断路器C2、断路器C4和短路投切开关；
[0014]变压器两端分别同电网连接和通过所述断路器Cl同所述分压调节模块连接；所述变压器的中性点、所述短路投切开关、所述断路器C4和所述分压调节模块依次连接；所述分压调节模块通过所述断路器C2与光伏逆变器相连。
[0015]进一步的，所述分压调节模块包括依次串联的变压器分压调节开关WL2、N个电抗器L (N≥3)和变压器分压调节开关WL3 ;所述电抗器为多抽头的电抗器，所述变压器分压调节开关WL2和WL3分别控制相连的所述电抗器L ；
[0016]变压器分压调节开关WL4的档位端连接到所述变压器分压调节开关WL3的零档位端和电抗器两两之间，所述变压器分压调节开关WL4的零档位端通过断路器C2和断路器C3分别与连接所述光伏逆变器和变压器分压调节开关WLl的零档位端连接；
[0017]所述断路器C4和所述断路器Cl分别与变压器分压调节开关WLl和变压器分压调节开关WL5的零档位端连接；
[0018]所述变压器分压 调节开关WLl和所述变压器分压调节开关WL5的一档位和二档位交叉连接；所述变压器分压调节开关WL2和变压器分压调节开关WL3的零档位端分别与所述变压器分压调节开关WLl的一档位端和二档位端连接。
[0019]进一步的，所述变压器分压调节开关WLl和WL5的零档位分别连接所述断路器Cl和所述断路器C4，所述变压器分压调节开关WLl和WL5的一档位和二档位交叉连接。
[0020]进一步的，所述变压器分压调节开关WLl和所述变压器分压调节开关WL5为两档位的调节开关，所述变压器分压调节开关WLl和所述变压器分压调节开关WL5为同时投切相同档位的开关；
[0021]所述变压器分压调节开关WL2和WL3的档位数与电抗器的抽头数对应；
[0022]所述变压器分压调节开关WL4的档位数与电抗器个数相等；
[0023]所述短路投切开关为十档位的变压器分压调节开关。
[0024]进一步的，所述断路器Cl、所述断路器C2和所述断路器C4均为交流断路器；所述断路器C4为短路断路器。
[0025]进一步的，所述断路器C3为交流断路器；所述断路器C3为旁路断路器。
[0026]进一步的，所述电抗器两两之间节点电压和所述变压器分压调节开关WL4的零档位端的节点电压接入光伏逆变器，实现不同电压幅值的线路短路故障模拟。
[0027]进一步的，所述变压器分压调节开关WL2和所述变压器分压调节开关WL3用于切换投入电路的电抗器抽头；[0028]所述电抗器抽头越多，需要的变压器分压调节开关的档位就越多，跌落点就越多，电压范围内的分布越均匀。
[0029]进一步的，所述变压器分压调节开关包括有载分压调压开关和无载分压调节开关。
[0030]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0031](I)本实用新型的装置构造简单，传统的无源电抗器检测装置需要单独配置限流电抗器和短路电抗器，每类电抗器都需配置多个电抗器进行排列组合。本实用新型的装置每一个电抗器都可以作为限流电抗器和短路电抗器使用，减少了电抗器的数量，因此减少了装置的成本、体积和维护量。
[0032](2)本实用新型的装置操作方便，传统的无源电抗器形式的检测装置中更换阻抗步骤繁琐，不利于快速实现多种形态和幅值的电压跌落。本实用新型装置的可以利用无载分压调节开关的档位切换快速实现多种幅值的跌落，减少了检测的时间和工作量
[0033](3)本实用新型的装置成本低廉，传统的无源电抗器检测装置使用晶闸管串联阀或高压断路器实现跌落幅值和跌落类型的切换。断路器和电力电子开关的成本较高。本实用新型装置采用无载分压调节开关档位切换的方式实现，成本只有前者的10%，大大减少了检测装置的生产成本。
【专利附图】

【附图说明】
[0034]图1为国标低电压穿越能力要求示意图；
[0035]图2为低电压穿越检测装置示意图；
[0036]图3为电抗器个数为3的并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置连接图；
[0037]图4为无载分压调节开关WLl的一档位时的拓扑结构图；
[0038]图5为无载分压调节开关WLl的二档位时的拓扑结构图；
[0039]图6为并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置示意图；
[0040]图7为无载分压调节开关WL6结构图。
【具体实施方式】
[0041]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步的详细说明。
[0042]如图6所示，图6为并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置示意图；本实用新型的低电压穿越检测装置包括短路投切开关、断路器Cl、断路器C2、断路器C4和分压调节模块。分压调节模块包括断路器C3、无载分压调节开关WL1、无载分压调节开关WL2、无载分压调节开关WL3、无载分压调节开关WL4、无载分压调节开关WL5和N个电抗器L (N大于等于3)。
[0043]变压器一端连接电网，另一端通过断路器Cl连接分压调节模块，该变压器的中性点、短路投切开关、断路器C4和分压调节模块依次连接；分压调节模块通过断路器C2与光伏逆变器相连。变压器中性点与短路投切开关WL6的零档位端相连，断路器C4 一端与短路投切开关WL6的任一档位连接，断路器C4另一端与无载分压调节开关WL5零档位端相连。
[0044]分压调节模块的无载分压调节开关WL2、N个电抗器L (N > 3)和无载分压调节开关WL3依次串联；N个电抗器L均为多抽头的电抗器，无载分压调节开关WL2和WL3控制相连的电抗器L ;无载分压调节开关WL4的档位端分别连接到无载分压调节开关WL3的零档位端和电抗器两两之间，无载分压调节开关WL4的零档位端通过断路器C2和断路器C3分别连接光伏逆变器和无载分压调节开关WLl的零档位端；断路器C4和断路器Cl分别与无载分压调节开关WLl和无载分压调节开关WL5的零档位端相连；无载分压调节开关WLl和无载分压调节开关WL5的一档位和二档位交叉连接；无载分压调节开关WL2和无载分压调节开关WL3的零档位端分别连接所述无载分压调节开关WLl的一档位端和二档位端。
[0045]断路器Cl、C2、C3和C4均为交流断路器，断路器C3为旁路断路器，断路器C4为短路断路器。每个电抗器均有3个，分别用于控制三相电，相与相之间的电抗器参数是等值的。无载分压调节开关WLl和无载分压调节开关WL5为两档位的调节开关，无载分压调节开关WLl和无载分压调节开关WL5为同轴的开关，将两个无载分压调节开关合成在一起，同时投切相同档位，即两个同时都投入I档或者两个都投入2档。
[0046]无载分压调节开关WL2和WL3的档位数与电抗器的抽头数对应；无载分压调节开关WL4的档位数与电抗器个数相等；短路投切开关WL6为十档位的无载分压调节开关。
[0047]如图3所示，图3为并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置连接图；该装置的电抗器个数为3，该装置包括断路器Cl、C2、C4、短路投切开关WL6和分压调节模块，分压调节模块包括无载分压调节开关(WL1、WL2、WL3、WL4和WL5)、电抗器(L1、L2、L3)和断路器C3。
[0048]变压器一端通过断路器Cl连接无载分压调节开关WLl的零档位端，另一端接入电网；变压器的中性点、短路投切开关WL6、断路器C4和无载分压调节开关WL5依次连接；无载分压调节开关WL4的零档位端通过断路器C2连接光伏逆变器。
[0049]无载分压调节开关WLl和WL5均为两档位的调节开关，其一档位和二档位交叉连接，无载分压调节开关WL2和WL3分别连接无载分压调节开关WLl的二档位端和一档位端。
[0050]电抗器L1、L2、L3均为四抽头的电抗器，无载分压调节开关WL2和WL3为四档位的调节开关，无载分压调节开关WL2、WL3分别控制电抗器L1、L2。
[0051]无载分压调节开关WL4为三档位的调节开关，无载分压调节开关WL4的档位端分别连接到电抗器LI与L2之间、电抗器L2与L3之间、无载分压调节开关WL3的零档位，无载分压调节开关WL4的零档位通过断路器C2和断路器C3分别连接光伏逆变器和无载分压调节开关WLl的零档位端。
[0052]断路器C1、C2、C3和C4均为交流断路器，断路器C3为旁路断路器，断路器C4为短路断路器。
[0053]无载分压调节开关是在不切断负载电流的情况下，完成变压器分接头的切换工作，即在变压器带负荷运行的前提下改变了变压器的变比，从而改变了变压器的输出电压。无载分压调节开关一般采用油中切换或空气切换的方式，采用电阻过渡结构。开关采用旋转电机完成投切和操作一体化的直接调压方式，结构简单，安装维修方便。
[0054]无载分压调节开关的特点是切换时变压器无需停止运行，本实用新型利用该开关的特点切换变压器的抽头和主回路的拓扑结构，实现低电压穿越检测装置切换跌落幅值时，被测光伏逆变器无需停止运行，减少了检测时间，提高了检测效率。
[0055]如图4、5所示，分别为无载分压调节开关WLl的一档位、二档位时的拓扑结构图所示，当断路器C4处于闭合状态时，当无载分压调节开关WLl处于I档位时，电压值nl>n2>n3，其中，nl为电抗器LI和L2之间的节点电压值，n2为电抗器L2和L3之间的节点电抗值，n3为无载分压调节开关WL3零档位的节点电压值。
[0056]当无载分压调节开关WLl处于2档位时，电压值nl’ <n2’ <n3’，其中，nl’为电抗器LI和L2之间的节点电压值，n2’为电抗器L2和L3之间的节点电抗值，n3’为无载分压调节开关WL3零档位的节点电压值。
[0057]只要选择合适的电抗器参数，就可以满足电压值nl>n2>n3>n3’>nl’>n2’。无载分压调节开关WL4的作用为将上述节点的电压值接入光伏逆变器，实现不同电压幅值的线路短路故障模拟。
[0058]无载分压调节开关WL2、WL3为四档位的调节开关，用来切换投入电路的电抗器抽头。电抗器抽头越多，所需要的有载调压开关的档位就越多，跌落点就越多，更容易实现在电压范围内均匀的分布。
[0059]无载分压调节开关WL6作为短路投切开关用来切换检测装置的接地方式，一般电网的故障方式共10种，如图7所示，图7为无载分压调节开关WL6结构图。
[0060]如下表1线路故障类型表所示，可选择10档位的无载分压调节开关来实现。
[0061]表1线路故障类型表
【权利要求】
1.一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述装置包括分压调节模块、断路器Cl、断路器C2、断路器C4和短路投切开关； 变压器两端分别同电网连接和通过所述断路器Cl同所述分压调节模块连接；所述变压器的中性点、所述短路投切开关、所述断路器C4和所述分压调节模块依次连接；所述分压调节模块通过所述断路器C2与光伏逆变器相连。
2.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述分压调节模块包括依次串联的无载分压调节开关WL2、N个电抗器L和无载分压调节开关WL3, N ^ 3 ;所述电抗器为多抽头的电抗器，所述无载分压调节开关WL2和WL3分别控制相连的所述电抗器L ; 无载分压调节开关WL4的档位端连接到所述无载分压调节开关WL3的零档位端和电抗器两两之间，所述无载分压调节开关WL4的零档位端通过断路器C2和断路器C3分别与连接所述光伏逆变器和无载分压调节开关WLl的零档位端连接； 所述断路器C4和所述断路器Cl分别与无载分压调节开关WLl和无载分压调节开关WL5的零档位端连接； 所述无载分压调节开关WLl和所述无载分压调节开关WL5的一档位和二档位交叉连接；所述无载分压调节开关WL2和无载分压调节开关WL3的零档位端分别与所述无载分压调节开关WLl的一档位端和二档位端连接。
3.如权利要求2所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述无载分压调节开关WLl和WL5的零档位分别连接所述断路器Cl和所述断路器C4，所述无载分压调节开关WLl和WL5的一档位和二档位交叉连接。
4.如权利要求2所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述无载分压调节开关WLl和所述无载`分压调节开关WL5为两档位的调节开关，所述无载分压调节开关WLl和所述无载分压调节开关WL5为同时投切相同档位的开关； 所述无载分压调节开关WL2和WL3的档位数与电抗器的抽头数对应； 所述无载分压调节开关WL4的档位数与电抗器个数相等； 所述短路投切开关为十档位的无载分压调节开关。
5.如权利要求1所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述断路器Cl、所述断路器C2和所述断路器C4均为交流断路器；所述断路器C4为短路断路器。
6.如权利要求2所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述断路器C3为交流断路器；所述断路器C3为旁路断路器。
7.如权利要求2所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述电抗器两两之间节点电压和所述无载分压调节开关WL4的零档位端的节点电压接入光伏逆变器，实现不同电压幅值的线路短路故障模拟。
8.如权利要求2所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述无载分压调节开关WL2和所述无载分压调节开关WL3用于切换投入电路的电抗器抽头； 所述电抗器抽头越多，需要的无载分压调节开关的档位就越多，跌落点就越多，电压范围内的分布越均匀。
9.如权利要求2、3、4、6或7的任一所述的一种并网光伏逆变器的低电压穿越检测装置，其特征在于:所述无载分压 调节开关包括有载分压调压开关和无载分压调节开关。
【文档编号】G01R31/00GK203587718SQ201320676811
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】李臻, 韩华玲, 秦筱迪, 陈志磊, 张军军 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院