专利名称：一种模拟电网电压不平衡的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种模拟电网电压不平衡的实验装置，主要涉及模拟电网电压不 平衡的情况以检测风能领域的发电机、变流器等设备在电网电压不平衡下的运行情况。
背景技术：
在风能发电系统中，风车在风能的带动下进行转动，风车的转动经过一系列电路 后引起发电机的转动，从而产生电能送入电网。而变流器在风能发电系统中，控制着发电机 转子的励磁，可将发电机定子侧发出的电能的频率、幅值控制在恒定情形下，根据控制系统 的要求调节发出电能的功率因数。在实际电网运行过程中，电网易出现诸如电网操作过电压、电网某点对地短路、电 网跌落以及电网电压不平衡的故障。而风能自身有不稳定性，在上述电网侧出现故障的情 形下，风能发电系统容易脱网而不能继续发电支撑电网。由于该问题的存在，各大电网公司 对风能发电系统提出了一个要求，即风能发电系统在电网故障的一段时间内，还能继续发 出电能以支撑电网。此时，变流器能否给发电机转子提供超前/滞后的励磁电流，使发电 机发出足够的无功功率来短时间支撑电网，也即变流器对发电机的控制作用将发挥关键作 用。为了检测变流器对发电机的控制作用，需要对变流器进行测试。如图1所示，为现有技术中风能发电系统的模拟装置的示意图。图1中，电网连接 变压器的原边绕组，电网电压经变压器降低为690V或者400V的交流电，为变流器、变频器、 电动机供电。电动机驱动发电机运行，变流器的主控电路为发电机的转子进行励磁，从而使 发电机运行后在定子侧输出690V或者400V的交流电。发电机产生的电能流入变压器的副 边绕组，经变压器升压后即送入电网中。实用新型专利200920120795. 4，《模拟电网跌落的实验设备》提出了一种能模拟 电网跌落的实验设备，在变流器与变压器之间设置能使电网电压跌落的器件，从而可得到 模拟电网跌落的情形。而对于电网电压不平衡情况的模拟设备，现有技术中还未见记载。 要测试变流器在电网电压不平衡下的运行情形时，大多数变流器厂商常采取现场测试的方 法。然而在实际风电系统中测试变流器，出现电网电压不平衡有很大的随机性，则进行测试 就需消耗大量的人力物力，因此也迫切需要一种能模拟电网电压不平衡的装置，从而能方 便变流器的测试。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的不足，提出一种模拟电 网电压不平衡的实验装置，能模拟电网电压不平衡的情形，从而可用于检测风能领域的发 电机、变流器等设备在电网电压不平衡下的运行情况。本实用新型的技术问题通过以下的技术方案予以解决一种模拟电网电压不平衡的实验装置，包括主变压器、变流器、变频器、电动机和 发电机，所述变流器包括定子并网开关和主控电路；所述主变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；所述原边绕组连接电网电压输出端；所述第一副边绕组为Y型接线， 所述第一副边绕组的a相绕组、b相绕组和c相绕组中至少有两相绕组支路上的等效电感 不同；所述第一副边绕组的输出端连接所述变流器的输入端；所述变流器的定子并网开关 的输出端连接所述发电机的定子端，所述变流器的主控电路的输出端连接所述发电机的转 子端；所述第二副边绕组的输出端连接所述变频器的输入端，所述变频器的输出端连接所 述电动机的输入端，所述电动机的输出端连接所述发电机的供电端。优选的技术方案，所述a、b、c三相绕组均为固定绕组，且其中至少有两相绕组的匝数不同。所述a、b、c三相绕组中至少一相的绕组为可变绕组、其余相的绕组为固定绕组。所述a、b、c三相绕组均为可变绕组，所述a、b、c三相绕组均设有N个抽头，所述N 个抽头分别对应所述主变压器Y型接口副边绕组与原边绕组匝数比m、N2、……、Nn;所述 实验装置还包括N个开关和N组开关组，每组开关组包括3个同时导通或同时关断的开关， 一个匝数比对应的三相绕组的三个抽头与一组开关组中的3个开关分别相连；所述三相可 变绕组中的某一相可变绕组的N个抽头通过N个开关分别连接到N组开关组；所述N组开 关组中对应同一绕组的N个开关的输出端相连。所述a、b、c三相绕组均为固定绕组，且匝数相同；所述实验装置还包括χ个变压 器，所述X为1或2或3 ；所述a、b、c三相绕组中有X相绕组与所述X个变压器的副边分别 串联，所述χ个变压器的原边均与电量供应端相连。所述电量供应端为所述主变压器原边绕组中某一相绕组的两端。所述χ个变压器中至少有一个变压器为匝数比可调的变压器。本实用新型的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决一种模拟电网电压不平衡的实验装置，包括主变压器、变流器、变频器、电动机和 发电机，所述变流器包括定子并网开关和主控电路；所述主变压器包括原边绕组、第一副边 绕组和第二副边绕组；所述原边绕组连接电网电压输出端；所述第一副边绕组的a相绕组、 b相绕组和c相绕组支路上的等效电感相同，但a相绕组支路与b相绕组支路之间、b相绕 组支路与c相绕组支路之间、c相绕组支路与a相绕组支路之间分别串联有第一变压器，第 二变压器和第三变压器，所述第一变压器，第二变压器和第三变压器的原边绕组与副边绕 组的匝数比不同；所述第一变压器的副边绕组串联在所述变流器的第一相输入端和第二相 输入端之间，所述第二变压器的副边绕组串联在所述变流器的第二相输入端和第三相输入 端之间，所述第三变压器的副边绕组串联在所述变流器的第三相输入端和第一相输入端之 间；所述变流器的定子并网开关的输出端连接所述发电机的定子端，所述变流器的主控电 路的输出端连接所述发电机的转子端；所述第二副边绕组的输出端连接所述变频器的输入 端，所述变频器的输出端连接所述电动机的输入端，所述电动机的输出端连接所述发电机 的供电端。其中，所述串联的变压器为第一变压器，第二变压器和第三变压器；所述第一变压 器的原边第一端与所述第三变压器的原边第二端相连后连接到所述a相绕组的输出端，所 述第一变压器的原边第二端与所述第二变压器的原边第一端相连后连接到所述b相绕组 的输出端，所述第二变压器的原边第二端与所述第三变压器的原边第一端相连后连接到所 述c相绕组的输出端；所述第一变压器的副边第一端与所述第三变压器的副边第二端相连后连接所述变流器的第一相输入端；所述第一变压器的副边第二端与所述第二变压器的副 边第一端相连后连接所述变流器的第二相输入端；所述第二变压器的副边第二端与所述第 三变压器的副边第一端相连后连接所述变流器的第三相输入端。本实用新型与现有技术对比的有益效果是本实用新型的模拟电网电压不平衡的实验装置，变压器副边绕组的三相绕组的支 路上的等效电感不同，这样实验装置输出的三相电压对地的电压不同，使得变流器定子并 网开关端口处的三相电压不同，即模拟了电网电压不平衡的情形。或者，实验装置中，将变 压器副边绕组的三相绕组的支路上的等效电感设为相同，但三相绕组的支路之间分别串联 有变压器，且串联的变压器的原边绕组与副边绕组的匝数比不同，这样实验装置输出的三 相电压之间的相对值不同，也能使得变流器定子并网开关端口的三相电压不同，从而模拟 电网电压不平衡的情形。模拟出电网电压不平衡的情形后，在检测风能领域的发电机、变流 器等设备在电网电压不平衡下的运行情况时，就无需再在实际风电系统中等待电网电压不 平衡的情形来测试变流器了，本实用新型的实验装置可方便变流器的测试。
图1是现有技术中风能发电系统的模拟装置示意图；图2是本实用新型具体实施方式
一的实验电路示意图；图3是本实用新型具体实施方式
二的实验电路示意图；图4是本实用新型具体实施方式
三的实验电路示意图；图5是本实用新型具体实施方式
四的实验电路示意图；图6是本实用新型具体实施方式
四的实验电路中电量供应端连接主变压器的原 边的示意图；图7是本实用新型具体实施方式
五的实验电路示意图；图8是本实用新型具体实施方式
五的实验电路中电量供应端连接主变压器的原 边的示意图；图9是本实用新型具体实施方式
六的实验电路示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式
并对照附图对本实用新型做进一步详细说明。
具体实施方式
一如图2所示，为本具体实施方式
的模拟电网电压不平衡的实验电路示意图。本具 体实施方式的实验装置包括主变压器T、变流器、变频器、电动机和发电机，变流器包括定子 并网开关和主控电路。主变压器T包括原边绕组wl、第一副边绕组W2和第二副边绕组W3。 原边绕组wl连接电网电压输出端，第一副边绕组w2的输出端连接变流器的输入端，变流器 的定子并网开关的输出端连接发电机的定子端，变流器的主控电路的输出端连接发电机的 转子端，第二副边绕组w3的输出端连接变频器的输入端，变频器的输出端连接电动机的输 入端，电动机的输出端连接发电机的供电端。其中，主变压器T包括原边绕组wl、第一副边绕组w2和第二副边绕组w3，第一副 边绕组w2为Y型接线，其中线节点ο点接地。第一副边绕组w2的a相绕组、b相绕组和c相绕组中，a相绕组支路和b相绕组支路上的等效电感不同。绕组支路上的等效电感为第一 副边绕组w2的Y型接线的中线节点ο点处到变流器定子并网开关处之间的支路上的等效 电感。本具体实施方式
通过将第一副边绕组《2的a、b、c三相绕组设为固定绕组，且其中a 相绕组和b相绕组的匝数不同，来达到a相绕组支路和b相绕组支路上的等效电感不同的 目的。如图2所示，实验电路中，电网连接主变压器T的原边绕组wl，电网电压经主变压 器T的第一副边绕组w2、第二副边绕组w3降低为690V或者400V的交流电，分别为变流器、 变频器、电动机供电。电动机驱动发电机运行，主变流器T的主控电路为发电机的转子进行 励磁，从而使发电机运行后在定子侧输出690V或者400V的交流电。发电机产生的电能经 变流器的定子并网开关后流入主变压器T的第一副边绕组w2，经主变压器T升压后可送入 电网中。模拟实验时，由于a相绕组支路和b相绕组支路上的等效电感不同，所以实验装置 第一副边绕组《2输出的交流电为变流器供电时，a相绕组输出端对中线节点ο点的电压与 b相绕组输出端对中线节点ο点的电压不相等，则变流器定子并网开关处，也即发电机定子 端口处的三相电压不平衡，从而模拟了电网电压不平衡的情形，可在此情形下测试变流器 和发电机的运行情况。本具体实施方式
中也可以将a相绕组和c相绕组的匝数设定得不相同，也可以将 b相绕组和c相绕组的匝数设定得不相同，还可以将a相绕组、b相绕组和c相绕组的匝数 设定得均不相同，只要三相中至少有两相绕组的匝数不相同即可，从而达到三相中至少有 两相绕组支路上的等效电感不同的目的，能模拟出电网电压不平衡的情形，从而方便变流 器的测试。
具体实施方式
二本具体实施方式
与实施方式一的不同之处在于本具体实施方式
是通过将第二副 边绕组w2的a、b、c三相绕组中a相绕组设为可变绕组，b相绕组和c相绕组设为固定绕组， 通过a相绕组的可变来达到a相绕组支路和b相绕组支路上的等效电感不同的目的。同时 本具体实施方式
可得到4种电压不平衡度，而实施方式一只能得到1种电压不平衡度的情 形。如图3所示，为本具体实施方式
的模拟电网电压不平衡的实验电路示意图。实验 装置中，通过将第二副边绕组w2的a相绕组设为带4个抽头的可变绕组，而b、c两相绕组 设为固定绕组，通过a相绕组的4种变化，来达到a相绕组支路和b相绕组支路上的等效电 感不同的目的。模拟实验时，使用单刀多掷开关k0在a相绕组的4个抽头上的不同切换， 可实现4种a相绕组、b相绕组和c相绕组的组合，即4种三相输出电压的组合，从而得到4 种电压不平衡度下的情形。本具体实施方式
中也可以将a相绕组设定多个抽头，如5个、6个，从而得到更多种 不平衡度。还可以将b相绕组设为可变绕组，或者将c相绕组设为可变绕组，或者将三相中 的任意两相设为可变绕组，或者将三相均设为可变绕组，只要三相绕组中至少一相的绕组 为可变绕组、其余相的绕组为固定绕组即可，从而达到三相中至少有两相绕组支路上的等 效电感不同的目的，能模拟出电网电压不平衡的情形，从而方便变流器的测试。
具体实施方式
三[0042]本具体实施方式
与实施方式二的关联在于本具体实施方式
是在实施方式二的基 础上将b相绕组和c相绕组也设为可变绕组，然后增加N组开关组，来实现多种不平衡度下 的集成工作。如图4所示，为本具体实施方式
的模拟电网电压不平衡的实验电路示意图。实验 装置中，主变压器T中，a、b、c三相绕组均为可变绕组，各相可变绕组均设有4个抽头，分别 对应主变压器T副边绕组w2与原边绕组wl的匝数比N1、N2、N3、N4。a相绕组对应匝数比 N1、N2、N3、N4的四个抽头分别为A1、A2、A3、A4 ；b相绕组对应匝数比Ni、N2、N3、N4的四个 抽头分别为Bi、B2、B3、B4 ；c相绕组对应匝数比Ni、N2、N3、N4的四个抽头分别为Cl、C2、 C3、C4。实验装置还包括4个开关Kl、K2、K3、K4和4组开关组Si、S2、S3、S4，每组开关组 包括3个同时导通或同时关断的开关。其中，匝数比值附对应的三相绕组的三个抽头Al、 Bi、Cl与开关组Sl中的3个开关Sla、Sib、Slc分别相连；匝数比值N2对应的三相绕组的 三个抽头A2、B2、C2与开关组S2中的3个开关S2a、S2b、S2c分别相连；匝数比值N3对应 的三相绕组的三个抽头A3、B3、C3与开关组S3中的3个开关S3a、S3b、S3c分别相连；匝数 比值N4对应的三相绕组的三个抽头A4、B4、C4与开关组S4中的3个开关S4a、S4b、Sk分 别相连。三相可变绕组中的a相可变绕组的4个抽头通过4个开关K1、K2、K3、K4分别连接 到4个开关Sla、S2a、S3a、S4a。在输出端部分，4组开关组Si、S2、S3、S4中对应同一绕组 的4个开关的输出端相连，即开关Sla、S2a、S3a、S^对应a相绕组，其输出端相连后为实 验装置的a相输出端；开关Sib、S2b、S3b、S4b对应b相绕组，其输出端相连后为实验装置 的b相输出端；开关Sic、S2c、S3c、S4c对应c相绕组，其输出端相连后为实验装置的c相 输出端。实验时，配合开关组Si、S2、S3、S4的闭合以及开关Kl、K2、K3、K4的闭合，实验装 置在a、b、c三相输出端输出16种组合的电压，可得到12种不平衡度(另4种组合对应的三 相电压是平衡的)。如下表所示，表中U为变压器T原边绕组wl端所接电网电压的大小。
权利要求1.一种模拟电网电压不平衡的实验装置，包括主变压器、变流器、变频器、电动机和发 电机，所述变流器包括定子并网开关和主控电路；其特征在于所述主变压器包括原边绕 组、第一副边绕组和第二副边绕组；所述原边绕组连接电网电压输出端；所述第一副边绕 组为Y型接线，所述第一副边绕组的a相绕组、b相绕组和c相绕组中至少有两相绕组支路 上的等效电感不同；所述第一副边绕组的输出端连接所述变流器的输入端；所述变流器的 定子并网开关的输出端连接所述发电机的定子端，所述变流器的主控电路的输出端连接所 述发电机的转子端；所述第二副边绕组的输出端连接所述变频器的输入端，所述变频器的 输出端连接所述电动机的输入端，所述电动机的输出端连接所述发电机的供电端。
2.根据权利要求1所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述a、b、c 三相绕组均为固定绕组，且其中至少有两相绕组的匝数不同。
3.根据权利要求1所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述a、b、c 三相绕组中至少一相的绕组为可变绕组、其余相的绕组为固定绕组。
4.根据权利要求3所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述a、b、c 三相绕组均为可变绕组，所述a、b、c三相绕组均设有N个抽头，所述N个抽头分别对应所 述主变压器Y型接口副边绕组与原边绕组匝数比m、N2、……、Nn ；所述实验装置还包括N 个开关和N组开关组，每组开关组包括3个同时导通或同时关断的开关，一个匝数比对应的 三相绕组的三个抽头与一组开关组中的3个开关分别相连；所述三相可变绕组中的某一相 可变绕组的N个抽头通过N个开关分别连接到N组开关组；所述N组开关组中对应同一绕 组的N个开关的输出端相连。
5.根据权利要求1所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述a、b、c 三相绕组均为固定绕组，且匝数相同；所述实验装置还包括X个变压器，所述X为1或2或 3 ；所述a、b、c三相绕组中有χ相绕组与所述χ个变压器的副边分别串联，所述χ个变压器 的原边均与电量供应端相连。
6.根据权利要求5所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述电量供 应端为所述主变压器原边绕组中某一相绕组的两端。
7.根据权利要求5所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述χ个变 压器中至少有一个变压器为匝数比可调的变压器。
8.一种模拟电网电压不平衡的实验装置，包括主变压器、变流器、变频器、电动机和发 电机，所述变流器包括定子并网开关和主控电路；其特征在于所述主变压器包括原边绕 组、第一副边绕组和第二副边绕组；所述原边绕组连接电网电压输出端；所述第一副边绕 组的a相绕组、b相绕组和c相绕组支路上的等效电感相同，但a相绕组支路与b相绕组支 路之间、b相绕组支路与c相绕组支路之间、c相绕组支路与a相绕组支路之间分别串联有 第一变压器，第二变压器和第三变压器，所述第一变压器，第二变压器和第三变压器的原边 绕组与副边绕组的匝数比不同；所述第一变压器的副边绕组串联在所述变流器的第一相输 入端和第二相输入端之间，所述第二变压器的副边绕组串联在所述变流器的第二相输入端 和第三相输入端之间，所述第三变压器的副边绕组串联在所述变流器的第三相输入端和第 一相输入端之间；所述变流器的定子并网开关的输出端连接所述发电机的定子端，所述变 流器的主控电路的输出端连接所述发电机的转子端；所述第二副边绕组的输出端连接所述 变频器的输入端，所述变频器的输出端连接所述电动机的输入端，所述电动机的输出端连接所述发电机的供电端。
9.根据权利要求8所述的模拟电网电压不平衡的实验装置，其特征在于所述第一变 压器的原边第一端与所述第三变压器的原边第二端相连后连接到所述a相绕组的输出端， 所述第一变压器的原边第二端与所述第二变压器的原边第一端相连后连接到所述b相绕 组的输出端，所述第二变压器的原边第二端与所述第三变压器的原边第一端相连后连接到 所述c相绕组的输出端；所述第一变压器的副边第一端与所述第三变压器的副边第二端相 连后连接所述变流器的第一相输入端；所述第一变压器的副边第二端与所述第二变压器的 副边第一端相连后连接所述变流器的第二相输入端；所述第二变压器的副边第二端与所述 第三变压器的副边第一端相连后连接所述变流器的第三相输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种模拟电网电压不平衡的实验装置，包括主变压器，主变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组；原边绕组连接电网电压输出端；第一副边绕组为Y型接线，第一副边绕组的a相绕组、b相绕组和c相绕组中至少有两相绕组支路上的等效电感不同；第一副边绕组的输出端连接变流器的输入端；第二副边绕组的输出端连接变频器的输入端，主变压器的副边绕组输出电能为变流器、变频器和电动机供电，电动机驱动发电机发电运行。本实用新型的模拟电网电压不平衡的实验装置，变压器副边绕组的三相绕组的支路上的等效电感不同，这样实验装置中为变流器供电的三相电压对地的电压不同，从而模拟电网电压不平衡的情形下测试变流器。
文档编号G01R31/40GK201892734SQ20102060432
公开日2011年7月6日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者侯秦三, 张立红, 曹秋云, 楚小刚, 裔杰 申请人:艾默生网络能源有限公司