专利名称：风力发电机组低电压穿越检测系统及方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术，尤其涉及风力发电机组低电压穿越检测系统及方法。
技术背景
随着风电技术的不断发展，风机装机容量不断增加，风电在电力系统中的地位逐步提高。与此同时，各国电网公司都相继对风电机组的并网提出了更严格的技术要求，这是因为当风电装机容量较小时，风电场的运行对电力系统稳定性的影响可以不予考虑；但随着风电装机容量越来越大，风电在电力系统中所占比例逐年增加时，风电场的运行对系统稳定性的影响逐渐变得不容忽视。因此，为了维持电力系统的稳定运行，除要求提高风电机组自身的技术水平外，还要求风电机组满足更严格的并网技术要求。而并网技术要求的其中关键一项即为低电压穿越(low voltage ride-though,LVRT)能力。低电压穿越(LVRT) 能力是指风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至能给电网提供部分无功功率，支持电网电压恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间。
为了确保风力发电机组满足并网要求的低电压穿越能力，在风机正式并网前均会对风机的低电压穿越能力进行检测。目前通常的检测方法为在电网与风机之间串联低电压穿越测试设备，通过该设备来制造低电压跌落，从而检测风力发电机是否具备低电压穿越能力。虽然这种方法可以进行低电压穿越测试，但是其必须将低电压穿越检测设备串联在电网与风机之间，因而需要得到电网公司的许可。此外，即使得到电网公司许可，由于在实际应用中，风力发电机组的吊装与电网建设并不同步，如果电网建设较慢，则需要等到电网建设完成之后才能对风力发电机组进行低电压穿越能力实验，以确定风力发电机组是否满足并网要求的低电压穿越能力，从而延长了风电建设项目完成的时间，降低了工作效率。发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供一种了风力发电机组低电压穿越检测系统，其在不使用电网的前提下即可进行风机低电压穿越能力测试，从而不仅可在出厂前测试风机的低电压穿越性能，还缩短了风电建设项目的完成时间。
此外，本发明还提供了一种风力发电机组低电压穿越检测方法，采用该方法可在不使用电网的前提下进行风机低电压穿越测试，从而不仅可在出厂前测试风机的低电压穿越性能，还缩短了风电建设项目的完成时间。
为此，本发明提供了一种风力发电机组低电压穿越检测系统，其包括电网模拟装置、模拟负载、电压跌落控制单元以及检测单元，所述电网模拟装置用于模拟电网电压，所述模拟负载用于模拟电网负载，所述电网模拟装置和被测试的风力发电机组共同向模拟负载供电，所述电压跌落控制单元连接在电网模拟装置和被测试风力发电机组之间，用于使电网模拟装置输出电压产生电压跌落，所述检测单元分别与所述电网模拟装置和被测试风力发电机组连接，用于检测所述被测试风力发电机组的低电压穿越性能。
其中，所述电压跌落控制单元包括电压跌落模块和控制模块，所述控制模块用于控制所述电压跌落模块的开关以及电压跌落时间。
其中，所述控制模块可控制所述电压跌落模块产生三相跌落、双相跌落和单相跌落。
其中，所述电压跌落模块包括限流阻抗器和短路阻抗器，所述限流阻抗器连接在电网模拟装置和被测试风力发电机组之间，所述短路阻抗器一端连接在于所述限流阻抗器和被测试风力发电机组之间，另一端接地。
其中，所述电网模拟装置为柴油发电机组。
其中，所述检测单元还用于检测所述电网模拟装置和风力发电机组的输出功率。
此外，本发明还提供了一种风力发电机组低电压穿越检测方法，其包括下述步骤 1)用电网模拟装置模拟电网电压，并向模拟负载供电；幻使风力发电机组与所述电网模拟装置并网，并与电网模拟装置共同向模拟负载供电；；3)控制电压跌落模块产生电压跌落， 并检测风力发电机组是否具备低电压穿越能力。
其中，在所述步骤1)之前还包括下述步骤将所述电压跌落模块旁路。
其中，所述电网模拟装置为柴油发电机组。
本发明具有如下有益效果
本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统，由于使用电网模拟装置来模拟真实电网，因此在进行风机低电压穿越测试时，不必再使用电网即可检测风机的低电压穿越性能，从而在风机出厂前即可完成低电压穿越测试。此外，由于在出厂前已经完成相关测试，因而在风电建设项目，可不再进行相关测试，缩短了风电建设项目的完成时间。
本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测方法，由于使用电网模拟装置来模拟真实电网，因此，在进行风机低电压穿越测试时，只需将低电压穿越测试设备串联在电网模拟装置和风机之间即可，因而不仅无需电网公司许可，而且在风机出厂前即可完成低电压穿越测试。此外，由于在出厂前已经完成相关测试，因而在风电项目建设中，可不再进行相关测试，缩短了风电建设项目的完成时间。


图1为本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统结构框图2为本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统一具体结构示意图3为图2所示系统电压跌落过程示意图4为本发明提供的低电压穿越检测方法流程图。
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统以及方法进行详细说明。
请参阅图1，本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统，包括电网模拟装置 1、模拟负载2、电压跌落控制单元3以及检测单元4。电网模拟装置1用于模拟电网电压， 模拟负载2用于模拟电网负载，电网模拟装置1和被测试风力发电机组共同向模拟负载2 供电，电压跌落控制单元3连接在电网模拟装置1和被测试风力发电机组之间，更具体地， 连接在电网模拟装置1和并网点(图1中黑点)之间，用于使电网模拟装置1输出电压产生电压跌落，检测单元4分别与电网模拟装置1和被测试风力发电机组连接，用于检测风机低电压穿越性能。
其中，电网模拟装置1可以是诸如柴油发电机组、汽油发电机组、太阳能发电装置或者二者组合的功率输出装置；由于柴油发电机组发展较成熟，所以在实际应用中优选地采用柴油发电机组。电压跌落控制单元3包括跌落模块和控制模块，跌落模块用于产生电压跌落，控制模块用于控制跌落模块的开关以及电压跌落时间。检测单元4用于检测风力发电机组的低电压穿越性能，具体可检测1)风力发电机组在并网点电压跌落时是否具有保持不脱网连续运行一定时间的能力；幻若并网点电压在发生跌落一段时间内能恢复到额定电压的90%，风电机组是否能不脱网连续运行。当然，也可根据实际需要或规定，检测风力发电机组的其他性能，以测试风力发电机组是否具备低电压穿越能力。
此外，由于随着风速的提高或降低，风力发电机组的出力也相应地增大或减少，因此风力发电机组输出功率是随机变化的；为了保证电网模拟装置1和被测试风力发电机组能够向模拟负载2稳定输出功率，检测单元4还实时检测风力发电机组的输出功率P1并将检测到的功率信号发送给电网模拟装置1，电网模拟装置1根据这个功率信号改变输出功率，维持风力发电机组输出功率P1和电网模拟装置1输出功率己之和与负载消耗功率&平衡。
下面以柴油机为例说明本发明的风力发电机组低电压穿越检测系统。
如图2所示，该系统包括柴油发电机组20、电压跌落模块21、和模拟负载25，被测试风机M通过变压器22和变流器23与该系统连接。当图2中所示开关K1、K2和Κ3和闭合后，柴油发电机组20和被测试风力发电机组M共同向模拟负载25供电。变流器23可跟踪测柴油发电机组20的输出电压(图中黑点位置处电压)，并以该电压信号为基准，使风力发电机组M输出的交流电符合并网条件，即风力发电机组M输出的交流电与柴油发电机组20输出的交流电的电压频率及相位相同，从而使风力发电机组M与柴油发电机组20 可并网运行。
其中，柴油发电机组20通过自身的励磁系统和调速器控制电压和频率以模拟电网电压，并且根据被测试风力发电机组M的输出功率调节自身的功率，以维持风力发电机组输出功率与柴油发电机组输出功率之和与负载的平衡。变压器22为400ν/620ν或 400ν/690ν变压器，即，变压器22与柴油发电机组20相连一侧电压为400ν，与被测试风力发电机组24相连一侧电压为620ν或690ν。
请再次参阅图2，电压跌落模块21包括限流阻抗器Xl和短路电抗器Χ2以及断路器CBl和CB2。限流阻抗器Xl连接在柴油发电机组20和被测试的风力发电机组M之间， 短路阻抗器Χ2 —端连接在于限流阻抗器Xl和被测试的风力发电机组M之间，另一端接地。电压跌落通过控制断路器CBl和CB2的断开和闭合来实现，具体跌落过程如图3所示。 当将断路器CBl打开后，限流阻抗器Xl便接入电路，然后闭合断路器CB2，由于短路电抗器 Χ2的接入使得限流阻抗器Xl上电压降低，从而使并网点处电压产生跌落。并网点处电压可跌落至从额定电压到零之间的各个电压等级上，具体通过调节限流电抗器Xl和短路电抗器Χ2的阻抗值来改变阻抗分压比，进而改变测试点的电压跌落深度，在本实施例中仅需实现20%、50%和80%电压跌落即可。
需要说明得是，图2所示风力发电机组低电压检测系统同样具有检测单元和控制模块。检测单元用于检测风力发电机组的低电压穿越性能以及柴油发电机组和风力发电机组的输出功率；控制模块用于控制跌落模块的开关以及电压跌落时间，即控制CBl的断开时间和CB2的闭合时间。此外，图2中所示的电压跌落模块21只是用于示意性表示产生电压跌落的原理，在实际情形中，图中限流阻抗器Xl和短路电抗器X2以及断路器CBl和CB2 均为三相阻抗器和开关，即，限流阻抗器Xl和短路电抗器X2均包括三个电阻，断路器CBl 和CB2均包括三个开关，分别与电网模拟装置1输出电压的三相连接。当将CBl的三个开关均断开，CB2的三个开关均闭合，便可产生三相对称跌落；当将CBl其中两个开关断开，CB2 中与该两个开关相对应的开关闭合，便可产生两相跌落；当将CBl其中一个开关断开，CB2 中与该开关相对应的开关闭合，便可产生单相跌落。
还需要说明的是，本实施例提供的风力发电机组低电压穿越检测系统，不仅不必使用电网即可检测风机的低电压穿越性能，而且由于仅测试20%、50%和80%电压跌落的穿越性能，以及电压跌落模块为低压侧测试设备(变压器22两侧电压为400v和690v，相当于低压侧)，使得本实施例中的控制模块比常规低电压穿越测试设备中的控制系统结构简单，成本降低。
此外，本发明还提供了一种风力发电机组低电压穿越检测方法，请参阅图4，其为本发明风力发电机组低电压穿越检测方法流程图。如图4所示，在步骤是Sl中，启动电网模拟装置，并为其配载，具体过程如下启动电网模拟装置，待所述电网模拟装置达到预定电压及频率时，使所述电网模拟装置与模拟负载连接，并手动为所述电网模拟装置配载，其中，所述电网模拟装置用于模拟电网电压，其输出电压的频率和相位与电网电压的频率和相位相同。
接着在步骤S2中，使风机发电机组的并网，共同向模拟负载供电。具体过程如下 根据所述电网模拟装置输出电压的幅值、频率和相位节所述风力发电机组输出电压的频率和相位，以使所述风力发电机组和所述功率补偿装置输出电压的频率和相位一致，待所述风力发电机组和所述电网模拟装置的输出电压同步后，使所述风力发电机组接入并网点， 所述风力发电机组和电网模拟装置共同向所述模拟负载供电，完成并网。
最后，待电网模拟装置和风力发电机组稳定运行后，控制电压跌落模块产生电压跌落，并检测风力发电机组的低电压穿越性能。
下面结合图2来说明风力发电机组低电压穿越检测方法，其具体过程如下
1)使K1、K2、K3开关处于断开位置，确定测试所用设备的所有保护装置、设定值正确无误和可靠动作；并且使断路器CBl闭合，断路器CB2断开，以使电压跌落模块旁路；
2)闭合断路器Kl和断路器Κ3，使电网模拟装置20单独给模拟负载25供电；
3)待电网模拟装置20和模拟负载25稳定运行后，检测变压器22的电压幅值和频率信号，若在正常范围之内，则闭合断路器Κ2，风机网侧变流器23跟踪电网模拟装置输出的电压信号，完全同步后闭合风机自身断路器，风机完成并网，此时风机的输出功率接近于零，因此对电网模拟装置的冲击也非常小；当并网完成后，风机变桨系统控制叶片角度使吸收的风能渐渐增大，风机的输出功率也将随之提高。随着风速的提高或降低，风力发电机的出力也相应地增大或减少。而当风力机发出有功功率变化时，电网模拟装置改变出力始终维持两者之和与负荷之间的平衡，实现这个系统的稳定运行。
4)待系统完全稳定运行后，断开断路器CBl将Xl接入，Xl接入时间可通过控制模6块设定。电压跌落通过控制断路器CB2闭合实现，并网点处电压可跌落至从额定电压到零之间的各个电压等级上。CB2断路器闭合后，短路电抗X2被投入，电压开始跌落，电压跌落后持续一段时间后，即断路器CB2闭合一段时间后，开始恢复电压，断开断路器CB2，短路电抗X2被切出，一段时间后闭合断路器CBl，一次低电压穿越测试试验结束。
5)在步骤4)电压跌落过程中，检测风力发电机组的低电压穿越性能，具体可检测被测试风力发电机组在电压跌落过程中是否可以不脱网运行，即，风力发电机组的输出功率是否在电压跌落过程降至零，若被测试风力发电机组在电压跌落过程中输出功率变化不大即满足低电压穿越要求。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，包括电网模拟装置、模拟负载、电压跌落控制单元以及检测单元，所述电网模拟装置用于模拟电网电压，所述模拟负载用于模拟电网负载，所述电网模拟装置和被测试的风力发电机组共同向模拟负载供电，所述电压跌落控制单元连接在电网模拟装置和被测试风力发电机组之间，用于使电网模拟装置输出电压产生电压跌落，所述检测单元分别与所述电网模拟装置和被测试风力发电机组连接，用于检测所述被测试风力发电机组的低电压穿越性能。
2.如权利要求1所述的风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，所述电压跌落控制单元包括电压跌落模块和控制模块，所述控制模块用于控制所述电压跌落模块的开关以及电压跌落时间。
3.如权利要求2所述的风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，所述控制模块可控制所述电压跌落模块产生三相跌落、双相跌落和单相跌落。
4.如权利要求2或3所述的风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，所述电压跌落模块包括限流阻抗器和短路阻抗器，所述限流阻抗器连接在电网模拟装置和被测试风力发电机组之间，所述短路阻抗器一端连接在所述限流阻抗器和被测试风力发电机组之间，另一端接地。
5.如权利要求1所述的风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，所述电网模拟装置为柴油发电机组。
6.如权利要求1所述的风力发电机组低电压穿越检测系统，其特征在于，所述检测单元还用于检测所述电网模拟装置和风力发电机组的输出功率。
7.一种风力发电机组低电压穿越检测方法，其特征在于，包括下述步骤1)用电网模拟装置模拟电网电压，并向模拟负载供电；2)使风力发电机组与所述电网模拟装置并网，并与电网模拟装置共同向模拟负载供电；3)控制电压跌落模块产生电压跌落，并检测风力发电机组是否具备低电压穿越能力。
8.如权利要求7所述的风力发电机组低电压穿越检测方法，其特征在于，在所述步骤 1)之前还包括下述步骤将所述电压跌落模块旁路。
9.如权利要求7或8所述的风力发电机组低电压穿越检测方法，其特征在于，所述电网模拟装置为柴油发电机组。
全文摘要
本发明提供了一种风力发电机组低电压穿越检测系统，其包括电网模拟装置、模拟负载、电压跌落控制单元以及检测单元，所述电网模拟装置用于模拟电网电压，所述模拟负载用于模拟电网负载，所述电网模拟装置和被测试的风力发电机组共同向模拟负载供电，所述电压跌落控制单元连接在电网模拟装置和被测试风力发电机组之间，用于使电网模拟装置输出电压产生电压跌落，所述检测单元分别与所述电网模拟装置和被测试风力发电机组连接，用于检测所述被测试风力发电机组的低电压穿越性能。本发明还提供了一种风力发电机组低电压穿越检测方法。本发明提供的风力发电机组低电压穿越检测系统及方法在不使用电网的前提下即可进行风机低电压穿越能力测试。
文档编号G01R31/34GK102508162SQ20111037951
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者乔元, 王海龙 申请人:新疆金风科技股份有限公司