专利名称：集中式风电场低电压穿越检测装置的制作方法
技术领域：
本实 用新型涉及ー种风电场低电压穿越检测装置，具体地说是ー种检测风电场整体低电压穿越功能的检测装置。
背景技术：
近年来风カ发电迅速发展，风电占供电比重也随之增长迅速。由此带来的问题也引起了广泛的重视.特别是在电网出现故障导致电压跌落后，风カ机组如果纷纷解列会带来系统暂态不稳定，并可能造成局部甚至是系统全面瘫痪，因此电网企业对风机并网提出了一定的要求，低电压穿越(低电压穿越)能力就是要求风机或风电场必须能够满足的一项强制性标准或规范。并网风カ发电设备与传统的并网发电设备，如火力发电设备或水力发电设备最大的区别在于，其在电网故障期间并不能维持电网的电压和频率，这对电力系统的稳定性非常不利。电网故障是电网的ー种非正常运行形式，主要有输电线路短路或断路，如三相对地，単相对地以及线间短路或断路等，它们会引起电网电压幅值的剧烈变化。低电压穿越(Low voltage ride through,低电压穿越)，是指在风机并网点电压跌落的时候，风机能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间(区域)。使得风电场获得低电压穿越能力有两类解决方案，一类方案是让风电场中的所有的风カ发电机组获得低电压穿越的能力，从而使风电场具有低电压穿越的能力，即所谓分散式的低电压穿越解决方案。另ー类方案是针对风电场整体提供一种低电压穿越的能力，而不需要其中的每个风电机组具有低电压穿越功能，即所谓集中式的整体风电场低电压穿越解决方案。国内外在对风电场低电压穿越的问题的研究都倾注很大的努力，很多厂商和研究机构拥有许多优秀的成果，不仅发表了大量的文献资料，而且在实践中取得了较好的应用。总体来说，目前的解决方案基本上是围绕单机低电压穿越展开的，从公布的资料上看，低电压穿越技术用在单台风机上，増加了风机低压控制系统的设备，复杂性有所提高，使本来就显得局促的风机塔内空间变得更为紧张，特别是对已经运行的不具备低电压穿越功能的风机逐台进行改造，其施工难度较成套设计的有低电压穿越功能的新机组安装要大得多，并且，今后的运行维护工作量也增加较多。双馈式变速恒频风电机组是目前国内外风电机组的主流机型，其发电设备为双馈感应发电机，当出现电网故障时,现有的保护原则是将双馈感应发电机立即从电网中脱网以确保机组的安全。随着风电机组单机容量的不断增大和风电场规模的不断扩大，风电机组与电网间的相互影响已日趋严重。人们越来越担心，一旦电网发生故障迫使大面积风电机组因自身保护而脱网的话，将严重影响电カ系统的运行稳定性。因此，随着接入电网的双馈感应发电机容量的不断増加，电网对其要求越来越高，通常情况下要求发电机组在电网故障出现电压跌落的情况下不脱网运行(faultride-through)，并在故障切除后能尽快帮助电カ系统恢复稳定运行，也就是说，要求风电机组具有一定低电压穿越(lowvoltageride-through)倉泛力。目前国外风机供应商大部分已经解决了单个风电机组低电压穿越问题，能够提供具有低电压穿越能力的风カ发电机。国内风机企业也在抓紧研究风机的低电压穿越技木，也有部分厂商宣称能够提供具有低电压穿越能力的风机。但是目前运行的风机和风电场都是以前提供的风机，绝大部分不具备低电压穿越能力，如何对这部分风机或风场进行改造，使其具有低电压穿越能力，满足并网要求，也是风电运营商急需解决的问题。分散式低电压穿越解决方案要求每台风机都具有低电压穿越能力会大大增加风力发电设备的成本，同时实施改造涉及到风电场全内网，工程量大，复杂程度高，每台风电机都需增加设备，改造费用高，可靠性相对较低。申请号为201120279322. 6和201120322797. 9的中国专利分别提出两种风电场整体低电压穿越的解决方案，较好的解决的风电场整体低电压穿越的问题。但是，为了保证风电场运行和电网运行的安全性和稳定性，在风电场低电压穿越系统装置在实际安装使用之前，应对风电场低电压穿越系统装置的功能、性能和对风电场运行、电网运行的影响进行必要的试验和检测。到目前为止，尚没有用于风电场低电压穿越系统装置的检测设备和装置。发明内容本实用新型的目的是提出一种风电场整体低电压穿越的检测解决方案。为实现上述目的，本实用新型提出了一种用于风电场的低电压穿越检测装置，用于试验验证风电场低电压穿越功能，该装置模拟电网电压发生变化，检测风电场低电压穿越系统装置功能和性能以及对风电场和电网的影响。本实用新型是这样实现的，所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，至少包括一个处于常开状态的主开关6，ー个短路电抗器7，ー个限流电抗9，其特征在于主开关6与限流电抗9并联后一端与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接，另一端与风电场开关站4的进线断路器连接，短路电抗器7 —端接地，另一端连接开关8的一端，开关8的另一端与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接。本实用新型的一种较佳的实施方案，所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，所述的短路电抗器7是ー个分档可调电抗器。本实用新型的一种较佳的实施方案，所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，所述的限流电抗9替换为限流熔断器10，开关8 一端与与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接，另一端直接接地。本实用新型的一种较佳的实施方案，低电压穿越装置2与检测装置3依次串联连接在风电场由多台风カ发电机I构成的支线汇集线与风电场开关站4的进线断路器之间，风电场开关站4与升压变压器5连接。本实用新型提出的风电场低电压穿越检测装置的特点及优点是I、适用各类风电场，电抗容量可调整，可模拟各种电网电压跌落情况；2、结构简单，使用的元气件种类较少；3、不触及风电场每台风电机主辅设备，不影响原风场发电系统的可靠性；4、设计安置形式为低电压穿越装置与检测装置依次串联连接在风电场由多台风力发电机构成的支线汇集线与风电场开关站4的进线断路器之间，保留了风电场所有原来的保护体系和设备，不做任何改动；5、由于检测装置安装涉及范围和内容较少，安装工作量小，使用简易；6、使用成本低。
以下附图仅g在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，图I是风电场低电压穿越装置与检测装置在风电场的安装位置示意图；图2是电压跌落发生器原理示意图；图3是短路故障发生器原理示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式
。本实用新型的目的是提供ー种在风电场现场通过模拟电网故障的エ况，验证“低电压穿越装置”支持风电场成功完成低电压穿越功能的有效性的检测装置。检测标准是根据国家电网Q/GDW 392-2009《风电场接入电网技术規定》中第8条“风电场低电压穿越”的相关描述制定。检测装置具有通用性，对各种容量和电压等级的风电场、各种型号的风电机具有相同的验证效果。在电网电压跌落后，“低电压穿越装置”完成“切入”动作应快于风电机继电保护动作启动判据达标的时间和风电机低压侧电容器两端电压上升到极限所需要的时间。另外，“低电压穿越装置”应满足不小于2s的支持时间。本实用新型低电压穿越检测装置理论上可在风电场内任何地点完成其低电压穿越支持功能的测试。但在实际应用上，主要选择两个测试位置进行测试，一是针对整个风电场的低电压穿越支持的测试，测试过程中，整个风电场的风机处于测试状态，影响面较大；ニ是针对一条支路上多台风机进行低电压穿越测试，测试过程中，测试所在支路的风机处于测试状态，影响面较小。对于不同的测试点，“低电压穿越装置”的工作原理完全相同，差别是在低电压穿越支持过程中，控制器调整的“可调补偿阻杭”容量不同。风电场低电压穿越试验需要模拟电网低电压故障由本实用新型检测装置提供。具体由以下实施例进行说明。实施例I采用“电压跌落发生器”模拟电网不同电压跌落幅度的电网エ况。图2是“电压跌落发生器”原理图“电压跌落发生器”本质上是ー个电抗分压器，至少包括一个处于常开状态的主开关6，短路电抗器7是ー个分档可调电抗器，ー个限流电抗9，主开关6与限流电抗9并联后一端与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接，另一端与风电场开关站4的进线断路器连接，短路电抗器7 —端接地，另一端连接开关8的一端，开关8的另一端与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接。“电压跌落发生器”接入到图I中检测装置接入位置”，通过预先短接“短路电抗”的抽头，可以得到五档电压跌落值。[0042]测试开始，主开关6为“合”状态，和开关8为“分”状态，风电机正常运行；由控制器控制主开关6、开关8动作，状态反置，“电压跌落发生器”将电压降低，模拟风电网故障出现，此时“低电压穿越装置”通过电流电压信号感知到“风电机有功功率”输出降低，立即启动“故障穿越支持”功能，全部过程小于20ms ；按规定延时(小于2s)，将主开关6和开关8再次反置吋，模拟“故障诱因”已排除，“低电压穿越装置”可立即退出，结束“故障穿越支持”功能，也可先发出“故障恢复”信号并刻意延时2s再退出，g在测试“低电压穿越装置”的极限支持能力。实施例2 采用“短路故障发生器”模拟电网电压跌落到零的电网エ况，即电网短路时的电网エ况。“短路故障发生器”原理路如图3所示。图2中限流电抗9替换为限流熔断器10，开关8 —端与与风电场低电压穿越装置2的隔离开关K3连接，另一端直接接地。限流熔断器采用比线路上跌落保险额定电流小2倍以上的限流熔断器，串联接入到图I中检测装置接入位置，通过开关8制造线路短路并由限流熔断器再开断的过程，来模拟线路电压跌落到零状态的极限电网工况；该方式中所用到的主开关6和相间短路开关8都为高速开关，开关的固有动作时间精准，并可控合分闸时刻，误差小于O. 2ms。测试开始，“主开关6预先处干“合”状态，开关8预先处干“分”状态；由控制器控制，主开关6先“分”投入限流熔断器，延时Ims开关8再“合”制造短路故障，风机面临零网压故障エ况，同时由网侧提供的短路电流将限流熔断器熔断，与电网隔离，“低电压穿越装置”通过电流电压信号感知到“风电机有功功率”输出降低，立即启动“故障穿越支持”功能，全部过程小于20ms ；经过2s，操作开关8反置，延时Ims主开关6再反置，模拟短路故障排除。再延时lms，电网故障消失，“低电压穿越装置”立即退出，结束“故障穿越支持”功能。本实施例对应的试验方案对低电压穿越功能的考核最严厉，试验开始至结束，汇集线电压始终为零，相对合国家电网Q/GDW 392-2009《风电场接入电网技术規定》中第8条“风电场低电压穿越”中的“基本要求”要严厉得多。“低电压穿越装置”对风电机故障穿越的支持是动态全负载阻抗补偿方式，即“低电压穿越装置”补偿的阻抗是根据故障前瞬间测得的负载阻抗进行调整的，故障期间，“低电压穿越装置”作为风电机的负载支持风电机持续运行，与电网电压无关，可见，因阻抗近似不变，风电机发出的电流也近似不变，该阻抗与电流的乘积即风电机机端电压同样近似不变，结果是风电机的输出功率近似不变，对于风电机系统来说，电网系统未曾发生任何故障，显然不会启动任何保护动作低电压穿越装置”工作原则是2s之内，电网故障不切除，“低电压穿越装置”不退出！因此，即使电网电压跌落到零，本“低电压穿越装置”同样可以完成对风电机运行的支持。另外，“低电压穿越装置”从故障发生到投入的时间小于20ms，快于继电保护的动作时间下限，因此，在“低电压穿越装置”投入前的20ms时间内，风电机系统同样不会启动任何保护动作。电网故障期间，由干“低电压穿越装置”的作用，风电机一直处于故障前エ况，一旦故障切除，风电机向电网提供的有功恢复速度则是最快速的。以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式
，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本 实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.ー种集中式风电场低电压穿越检测装置，至少包括一个处于常开状态的主开关(6)，ー个短路电抗器(7)，ー个限流电抗(9)，其特征在于主开关(6)与限流电抗(9)并联后一端与风电场低电压穿越装置⑵的隔离开关K3连接，另一端与风电场开关站(4)的进线断路器连接，短路电抗器(7) —端接地，另一端连接开关(8)的一端，开关(8)的另一端与风电场低电压穿越装置(2)的隔离开关K3连接。
2.权利要求I所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，其特征在于所述的短路电抗器(7)是ー个分档可调电抗器。
3.权利要求2所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，其特征在于所述的限流电抗(9)替换为限流熔断器(10)，开关(8) —端与与风电场低电压穿越装置(2)的隔离开关K3连接，另一端直接接地。
4.权利要求I或2或3所述的集中式风电场低电压穿越检测装置，其特征在于低电压穿越装置⑵与检测装置⑶依次串联连接在风电场由多台风カ发电机⑴构成的支线汇集线与风电场开关站(4)的进线断路器之间，风电场开关站(4)与升压变压器(5)连接。
专利摘要本实用新型公开了一种集中式风电场的低电压穿越检测装置。本实用新型至少包括一个处于常开状态的主开关，一个短路电抗器，一个限流电抗，主开关与限流电抗并联后一端与风电场低电压穿越装置的隔离开关连接，另一端与风电场开关站的进线断路器连接，短路电抗器一端接地，另一端连接开关的一端，开关的另一端与风电场低电压穿越装置的隔离开关连接。本实用新型适用各类风电场，电抗容量可调整，可模拟各种电网电压跌落情况，结构简单，安装工作量小，使用简易，使用成本低。
文档编号G01R31/00GK202676812SQ201120489630
公开日2013年1月16日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者王川, 李滨, 茅东, 郭庆波, 肖志东, 朱同伟 申请人:北京光耀麦斯韦风电技术有限公司