专利名称：一种基于可控电抗器的低电压穿越系统及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种低电压穿越系统及其测试方法，尤其是涉及一种基于可控电抗器的低电压穿越系统及其测试方法。
背景技术：
大规模并网运行的风电机组必须具有低电压穿越能力(Low Voltage RideThrough, LVRT)。风电机组并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。目前，丹麦、德国等欧洲国家制定了新的电网运行准则，应用范围较广的风电机组并网标准是《欧洲E. ON并网导则》；在国内，国家电网公司也已发布了《风电场并网技术规定》。然而，目前国内试验和测试手段匮乏，尚不能研制与技术标准相配套的低电压穿越测 试装置(电压跌落发生装置)。现有风力发电系统低电压穿越测试装置方案有以下3类阻抗分压形式、变压器形式和电力电子变换形式。其中，基于阻抗分压形式实现的低电压穿越测试装置，就国内而言，主要有中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司LVRT-6M、LVRT-3M系列移动式低电压穿越测试装置。这种装置电压跌落和恢复是通过改变阻抗分压比来实现，满足欧美各国风电机组并网标准和国家电网公司企业标准《风电并网技术规定》中关于低电压穿越测试的技术要求。然而，这种装置也存在一定的不足之处，如其测试点电压可跌落至90%、80%、75%、70%、60%、50%、40%、30%、20%、10%、0%电压等级上，这仅仅局限于特定的电压等级，电压跌落深度不是连续可调，不能满足更小的电压跌落和恢复精度要求，同时还受负载变化的影响。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种测试点处电压跌落可实现至90%—0%电压等级，可满足1%的跌落和恢复精度，满足低电压穿越测试的技术要求的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统及其测试方法。本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种经济适用，既可以使风力发电机机端电压降到测试所要求的电压，又能保证风机对高压侧输电线路(35kV)的电压影响在允许范围内，实现电压跌落精确控制的同时也兼顾了电网用户的承受能力的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统及其测试方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的—种基于可控电抗器的低电压穿越系统，其特征在于，包括一个含有可控电抗的低电压穿越测试组件，所述低电压穿越测试组件两端还分别设有第一电流电压检测组件和第二电流电压检测组件，该基于可控电抗器的低电压穿越系统还包括一个上位机以及通过一个功率变送器与上位机连接的控制触发模块；所述控制触发模块还与所述低电压穿越测试组件连接。
在上述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，所述低电压穿越测试组件包括一个限流电抗器Xl以及分别与限流电抗器Xl两端连接的控制断路器CBl和控制断路器CB3 ;所述限流电抗器Xl上还并联一控制断路器CB2，并且该限流电抗器Xl与控制断路器CB3连接的一端还通过一个控制断路器CB4与一个短路电抗器X2 —端连接，所述短路电抗器X2另一端接地。在上述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，所述第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CTl和电压互感器PTl ;所述第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2 ;所述电网侧电流互感器CTl、电压互感器PTl、电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2分别与上述上位机连接。在上述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，所述控制触发模块包括一个基于DSP的信号处理芯片；分别与信号处理芯片连接的同步电路、隔离及AD转换电路以及驱动电路，所述信号处理芯片与上述上位机连接；所述同步电路的输入端与测试点处电压互感器PT2的输出端相连，输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述隔离及AD转 换电路的输入端与电流互感器CT2的输出端相连，同时还连接发出有功、无功功率信号的功率变送器，输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述基于DSP的信号处理芯片输出端与驱动电路输入端相连；所述驱动电路的输出端与可控电抗器相连。本发明的基本思想是限流电抗器Xl和短路电抗器X2均采用可控电抗器，以满足更小的电压跌落和恢复精度。可控电抗器X1、X2的额定电压即为测试点的额定电压。下面确定电抗器X1、X2各自的额定容量。考虑到测试点处电压跌落需实现90%—0%电压等级，当测试点电压跌落至0%时，测试点相当于直接接地，此时限流电抗器Xl应确保系统不会出现过流而导致继电
保护装置动作。设最大允许电流为Imax，则电抗值最小为不min=f，容量f f。取Xl
maxImin
的额定容量为LI.V； =^Pl-
min由于XI、X2的阻抗分压作用，测试点电压"=-TT^rr (4。依据附图5所示国
家电网公司《风电并网技术规定》中风电场低电压穿越要求曲线，U= (20% 90%)Un，即YX
g = 0.25 ~ 9。当g■取最小值0.25时，X2 = 0.25XP Ql2 = 4QU。由于限流电抗器n可控，
可适当增大XI的电抗值，此时短路电抗X2的值也相应增大，Q12 减小，即短路点抗器X2
為
取较小容量也能满足电压跌落的要求。取短路电抗X2的额定容量为一种基于可控电抗器的低电压穿越的测试方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与风电机组出口变压器和被测风电机组连接，即将低电压穿越测试组件安置在风电机组出口变压器和被测风电机组之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态；
步骤2，定义限流电抗器Xl的固定电抗值是X1,限流电抗器X2的电抗值是X2,闭合控制断路器CBl、CB2、CB3，此时限流电抗器Xl、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风力发电机及变压器电压、电流；步骤3，依据风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到0. 2Un，根据已确定的限流电抗器XI、限流电抗器X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器Xl、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%，闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为0. 625s ；
步骤4，0. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流电抗器X2，依据低电压穿越要求曲线，保证的值以0. 509p. u. /s的速度增大，其中，
为限流电抗器X2和限流电抗器Xl的分压比，=§- 5
I ^ 22n步骤5,计时至2s时，测试点电压恢复至0. 9p. u,并保持测试点电压0. 9p. u至t=4s ；步骤6，测试完成后电抗器的切除可通过控制断路器CB2和控制断路器CB4的开断来实现，以恢复测试点的电压到额定值。作为另一种技术方案，一种基于可控电抗器的低电压穿越的测试方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与外部电网变压器和风电机组出口变压器连接，即将低电压穿越测试组件安置在外部电网变压器和风电机组出口变压器之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态；步骤2，定义限流电抗器Xl的固定电抗值是XI，限流电抗器X2的电抗值是X2，闭合控制断路器CBl、CB2、CB3，此时限流电抗器Xl、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风力发电机及变压器电压、电流；步骤3，依据风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到0. 2Un，根据已确定的XI、X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路限流电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器XI、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%，闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为
0.625s ；步骤4，0. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流电抗器X2，依据低电压穿越要求曲线，保证的值以0. 509p. u. /s的速度增大，其中，
,X；Y%限流电抗器X2和限流电抗器Xl的分压比，=^7 ；
Al+A2+A2 Un步骤5,计时至2s时，测试点电压恢复至0. 9p. u,并保持测试点电压0. 9p. u至t=4s ；
步骤6，测试完成后电抗器的切除可通过控制断路器CB2和控制断路器CB4的开断来实现，以恢复测试点的电压到额定值。因此，本发明具有如下优点1.本发明中限流电抗器Xl和短路电抗器X2均为连续可调的电抗器，通过改变阻抗分压比可实现几乎无限种跌落深度组合，有效补偿系统运行方式改变给跌落精度造成的偏差。测试点处电压跌落可实现至90%—0%电压等级，可满足1%的跌落和恢复精度，满足国网公司企业标准《风电并网技术规定》中关于低电压穿越测试的技术要求；2.由于X1、X2都为可控电抗器，通过适当调整X1、X2的大小，即可满足电压跌落要求，同时保证两电抗器的总容量较小，使得本方法更加经济适用；3.此外，由于XI、X2均为可控电抗器，在阻抗分压比的调节上更加的灵活方便。既可以使风力发电机机端电压降到测试所要求的电压，又能保证风机对高压侧输电线路(35kV)的电压影响在允许范围内，实现电压跌落精确控制的同时也兼顾了电网用户的承受能力。
图I本发明中实施例中第一种低电压穿越测试方法的原理示意图。 图2本发明中实施例中第二种低电压穿越测试方法的原理示意图。图3本发明中整个控制系统的结构原理示意图。图4本发明方法中电抗器控制触发电路结构框图。图5是国家电网公司《风电并网技术规定》中风电场低电压穿越要求曲线。图6是本发明实施例中电压跌落和恢复过程。
具体实施例方式下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。实施例本发明的基于可控电抗器的低电压穿越系统，包括一个含有可控电抗的低电压穿越测试组件，所述低电压穿越测试组件两端还分别设有第一电流电压检测组件和第二电流电压检测组件，该基于可控电抗器的低电压穿越系统还包括一个上位机以及通过一个功率变送器与上位机连接的控制触发模块；所述控制触发模块还与所述低电压穿越测试组件连接。低电压穿越测试组件包括一个限流电抗器Xl以及分别与限流电抗器Xl两端连接的控制断路器CBl和控制断路器CB3 ;所述限流电抗器Xl上还并联一控制断路器CB2，并且该限流电抗器Xl与控制断路器CB3连接的一端还通过一个控制断路器CB4与一个短路电抗器X2 —端连接，所述短路电抗器X2另一端接地，第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CTl和电压互感器PTl ;所述第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2 ;所述电网侧电流互感器CTl、电压互感器PTl、电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2分别与上述上位机连接，控制触发模块包括一个基于DSP的信号处理芯片；分别与信号处理芯片连接的同步电路、隔离及AD转换电路以及驱动电路，所述信号处理芯片与上述上位机连接；所述同步电路的输入端与测试点处电压互感器PT2的输出端相连，输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述隔离及AD转换电路的输入端与电流互感器CT2的输出端相连，同时还接发出有功、无功功率信号的功率变送器，输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述基于DSP的信号处理芯片输出端与驱动电路输入端相连；所述驱动电路的输出端与可控电抗器相连。操作时，以附图I所示的原理为例，测试装置接在被测风电机和风电机出口变压器之间，此时可对一台风电机进行低电压穿越能力测试，测试方法包括以下步骤步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与风电机组出口变压器和被测风电机组连接，即将低电压穿越测试组件安置在风电机组出口变压器和被测风电机组之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态；步骤2，定义限流电抗器Xl的固定电抗值是X1,限流电抗器X2的电抗值是X2,闭合控制断路器CBl、CB2、CB3，此时限流电抗器Xl、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风 力发电机及变压器电压、电流；步骤3，依据附图5所示国家电网公司《风电并网技术规定》中风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到0. 2Un，根据已确定的限流电抗器XI、限流电抗器X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器XI、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%,闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为0. 625s ；步骤4，0. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流
电抗器X2，依据低电压穿越要求曲线，保证的值以0. 509p. u. /s的速度增大，其中，
限流电抗器X2和限流电抗器X1的分压比，=ir1步骤5,计时至2s时，测试点电压恢复至0. 9p. u,并保持测试点电压0. 9p. u至t=4s ；步骤6，测试完成后电抗器的切除可通过控制断路器CB2和控制断路器CB4的开断来实现，以恢复测试点的电压到额定值。测试过程中PT、CT检测测试点的电压、电流，对所模拟的电压跌落进行监测；同时监测被测风电机的运行情况，记录其有功功率，观察是否发生低电压穿越；此外，还需记录测试期间电网的电压、电流、无功功率，实现电压跌落的精确控制也兼顾了用户电网的承受能力。测试完成后电抗器的切除可通过CB2和CB4的开断来实现，以恢复测试点的电压到额定值。此实施例通过一系列措施实现了风电机的低电压穿越能力测试，与常规方法相t匕，能够满足更小的电压跌落和恢复精度要求，同时也更加经济适用。该低电压穿越测试装置的电压跌落和恢复过程如图6所示(图中以跌至0%电压等级为例)。进行一次低电压穿越试验的总时间为t6，最大不超过5分钟，具体可以设定；t5为电压跌落持续的时间，最小为200ms，最大5s，具体可以根据不同的低电压穿越测试标准设定；tl为跌落时间，t3为恢复时间，t0为电压跌落前持续时间，t4为电压跌落后持续时间。对每次低电压穿越测试试验的试验间隔的要求相邻2次试验间相隔10分钟以上。如图2所示，本发明也可将低电压穿越测试组件两端分与外部电网变压器和风电机组出口变压器连接，即将低电压穿越测试组件安置在外部电网变压器和风电机组出口变压器之间，则可满足一次对一组被测风机进行测试，在不降低可靠性的前提下可进一步提升测试效率，具体包括以下步骤步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与外部电网变压器和风电机组出口变压器连接，即将低电压穿越测试组件安置在外部电网变压器和风电机组出口变压器之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态；步骤2，定义限流电抗器Xl的固定电抗值是X1,限流电抗器X2的电抗值是X2,闭合控制断路器CBl、CB2、CB3，此时限流电抗器Xl、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风力发电机及变压器电压、电流；步骤3，依据风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到0. 2Un，根据已确定的XI、X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路限流电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器XI、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%，闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为0. 625s ；步骤4，0. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流电抗器X2，依据低电压穿越要求曲线，保证
权利要求
1.一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，其特征在于，包括一个含有可控电抗的低电压穿越测试组件，所述低电压穿越测试组件两端还分别设有第一电流电压检测组件和第二电流电压检测组件，该基于可控电抗器的低电压穿越系统还包括一个上位机以及通过一个功率变送器与上位机连接的控制触发模块；所述控制触发模块还与所述低电压穿越测试组件连接。
2.根据权利要求I所述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，其特征在于，所述低电压穿越测试组件包括一个限流电抗器Xl以及分别与限流电抗器Xl两端连接的控制断路器CBl和控制断路器CB3 ;所述限流电抗器Xl上还并联一控制断路器CB2，并且该限流电抗器Xl与控制断路器CB3连接的一端还通过一个控制断路器CB4与一个短路电抗器X2 —端连接，所述短路电抗器X2另一端接地。
3.根据权利要求2所述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，其特征在于，所述第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CTl和电压互感器PTl ;所述第一电流电压检测组件包括电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2 ;所述电网侧电流互感器CT1、电压互感器PT1、电网侧电流互感器CT2和电压互感器PT2分别与上述上位机连接。
4.根据权利要求I所述的一种基于可控电抗器的低电压穿越系统，其特征在于，所述控制触发模块包括一个基于DSP的信号处理芯片；分别与信号处理芯片连接的同步电路、隔离及AD转换电路以及驱动电路，所述信号处理芯片与上述上位机连接；所述同步电路的输入端与测试点处电压互感器PT2的输出端相连,输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述隔离及AD转换电路的输入端与电流互感器CT2的输出端相连，同时还连接发出有功、无功功率信号的功率变送器，其输出端与基于DSP的信号处理芯片输入端相连；所述基于DSP的信号处理芯片输出端与驱动电路输入端相连；所述驱动电路的输出端与可控电抗器相连。
5.一种权利要求I所述的基于可控电抗器的低电压穿越的测试方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与风电机组出口变压器和被测风电机组连接，即将低电压穿越测试组件安置在风电机组出口变压器和被测风电机组之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态； 步骤2，闭合控制断路器CB1、CB2、CB3，此时限流电抗器XI、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风力发电机及变压器电压、电流； 步骤3，依据风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到O. 2Un，根据已确定的XI、X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器XI、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%，闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为O. 625s ； 步骤4，O. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流电抗器X2，依据附图5的低电压穿越要求曲线，保证的值以O. 509p. u. /s的速度增大，其中，
6.一种权利要求I所述的基于可控电抗器的低电压穿越的测试方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤1，将低电压穿越测试组件两端分与外部电网变压器和风电机组出口变压器连接，即将低电压穿越测试组件安置在外部电网变压器和风电机组出口变压器之间，并将控制断路器CB1、CB2、CB3、CB4均置于开断状态； 步骤2，闭合控制断路器CB1、CB2、CB3，此时限流电抗器XI、限流电抗器X2仍未投入，被测风机接入系统，机端电压正常，电压互感器PT、电流互感器CT检测风力发电机及变压器电压、电流； 步骤3，依据风电场低电压穿越要求曲线，将测试点电压降低到O. 2Un，根据已确定的XI、X2的电抗值，由上位机发出命令，经电抗器控制系统处理后，脉冲信号作用于可控电抗器，将其电抗值调整到所需大小，断开断路器CB2，限流电抗器Xl投入；闭合断路器CB4，短路电抗器X2短接入系统，通过限流电抗器XI、限流电抗器X2的阻抗分压作用，测试点电压即跌落至20%，闭合断路器CB4的同时开始计时，精确控制电压跌落时间为O. 625s ； 步骤4，O. 625s后调整测试点电压开始恢复，逐渐减小限流电抗器Xl并增大限流电抗器X2，依据附图5的低电压穿越要求曲线，保证
全文摘要
本发明涉及涉及一种基于可控电抗器的低电压穿越系统及其测试方法。包括一个含有可控电抗的低电压穿越测试组件，低电压穿越测试组件两端还分别设有第一电流电压检测组件和第二电流电压检测组件，该基于可控电抗器的低电压穿越系统还包括一个上位机以及通过一个功率变送器与上位机连接的控制触发模块；控制触发模块还与所述低电压穿越测试组件连接。因此，本发明具有如下优点1.本发明能够使测试点处电压跌落可实现至90%——0%电压等级，可满足1%的跌落和恢复精度；2.既可以使风力发电机机端电压降到测试所要求的电压，又能保证风机对高压侧输电线路的电压影响在允许范围内，实现电压跌落精确控制的同时也兼顾了电网用户的承受能力。
文档编号G01R31/00GK102684225SQ201210166668
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者何桂林, 宋鹏, 王劲松, 田翠华, 白恺, 范旭娟, 邢海瀛, 陈柏超 申请人:华北电力科学研究院有限责任公司, 武汉大学, 武汉海澳电气有限公司