一种用于海上风电场暂态过电压研究的试验系统的制作方法

本实用新型涉及海上风电场暂态过电压研究的试验技术领域，尤其是指一种用于海上风电场暂态过电压研究的试验系统。

背景技术：

随着中国经济的发展，沿海经济发达地区需电量日益增大。为满足沿海地区发展需求，同时充分利用我国丰富的海上风电资源，海上风力发电技术的发展是我国电力系统正在研究的一大热点。

海上风电场拓扑结构网络不同于陆上风电场。由于海上风电场距离海岸远、输电距离长且设备维修难度大，因此绝缘层厚、距离长、容性充电功率较大的海底电缆广泛应用于海上风电场。此外，真空断路器是海上风电场常用的投切设备，具有灭弧能力强、可靠性高、使用寿命长、无火灾危害、适合频繁操作等优点。由于海底电缆波阻抗小且容性大，因此海上风电场中真空断路器切投过程会引起系统出现幅值高的过电压。近年来，因过电压引起的设备损坏事故频发，而海上风电场维修难度大，危害电网供电与运行安全，所以对海上风电场内部过电压的研究至关重要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种准确、可靠的用于海上风电场暂态过电压研究的试验系统，可用于多种不同工况的海上风电场暂态过电压试验。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种用于海上风电场暂态过电压研究的试验系统，包括有风力发电部分、输电部分、配电部分、保护部分及测量部分，其中，所述风力发电部分包括通过电缆依次相连的双馈异步发电机、风力发电模拟试验平台、机端变压器；所述输电部分使用真空断路器，并通过海底电缆及三芯户外电缆终端分别与风力发电部分及配电部分连接；所述配电部分使用三相电源替代配电网及用电设备，并采用升压变压器隔离后接入试验系统，同时使用串联电抗器限制系统电流；所述保护部分为避雷器，安装于升压变压器及机端变压器高压侧，并通过三相电缆连接变压器，用于抑制系统中过电压，以保护变压器的绝缘安全及系统运行安全；所述测量部分使用阻容分压器及电流互感器实时采集监测点电压及电流，并通过同轴电缆传输至示波器，用于后期分析。

所述风力发电模拟试验平台由发电机变频器、风力发电控制箱和主控制柜三部分组成，所述发电机变频器与主控制柜通过三相电缆连接双馈异步发电机，所述双馈异步发电机后通过三相电缆连接机端变压器，所述风力发电部分产生的电能通过海底电缆传入输电部分；所述发电机变频器与风力发电机控制箱之间通过AD信号、数字输入输出量、PWM输出进行通信与控制。

所述机端变压器上的避雷器残压需大于过电压峰值。

所述测量部分的阻容分压器及电流互感器通过同轴电缆连接示波器，且外壳均需接地；所述示波器通过电线连接有隔离变压器，经隔离变压器隔离后接入电源。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本系统采用风力发电模拟试验平台控制双馈异步发电机处于微风、中风、强风和阵风四种工作状态以及根据自定义风速曲线运行状态，从而研究不同工况下海上风电场内部暂态过电压情况。

2、本系统使用海上风电场常用电气设备，其中使用的海底电缆较现有试验所用电缆长，能准确地研究实际离海岸远、输电距离长的海上风电场的暂态过电压，验证海上风电场模型。

附图说明

图1为本实用新型所述海上风电场暂态过电压研究试验系统的结构示意图。

图2为本实用新型所述风力发电部分的结构框图。

图3为本实用新型所述测量部分的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1至图3所示，本实施例所提供的用于海上风电场暂态过电压研究的试验系统，包括：

风力发电部分1：由双馈异步发电机101、风力发电模拟试验平台102、机端变压器103组成。所使用的双馈异步发电机101具有能控制无功功率的优点，所述风力发电模拟试验平台102由发电机变频器1021、风力发电控制箱1022和主控制柜1023三部分组成；发电机变频器1021包括断路器、接触器、电感、电阻、PCB板；风力发电控制箱1022包括DSP控制电路板、开关电源；主控制柜1023包括拖动变频器、工控机、开关电源，用于控制双馈异步发电机101的运行方式的控制。其中，发电机变频器1021与主控制柜1023通过三相电缆连接双馈异步发电机101，双馈异步发电机101产生的电能通过机端变压器103变压后传入输电部分2；发电机变频器1021与风力发电控制箱1022之间通过AD信号、数字输入输出量、PWM输出进行通信与控制。本方案所述的风力发电模拟试验平台102可模拟研究双馈异步发电机101在微风、中风、强风和阵风四种工作状态以及根据自定义风速曲线运行状态下，海上风电场内部暂态过电压情况。

输电部分2：由于海上风电场距海岸远，维护不方便，因此海上风电场广泛使用具有灭弧能力强、可靠性高、使用寿命长、无火灾危害、适合频繁操作等优点的真空断路器进行系统投切。本方案所述的输电部分2使用户外高压真空断路器，并通过远程控制，在安全区域的操作台上控制真空断路器的投切操作。输电部分2的真空断路器201与风力发电部分1的机端变压器103以及配电部分3的升压变压器301通过海底三相电缆及三芯户外电缆终端完成连接。本方案所述海底电缆较普通电缆绝缘层厚、电缆外径长、截面积大、容性大、阻抗小，有利于电能安全、远距离地传输。

配电部分3：本方案所述的配电部分3使用三相电源302替代配电网及用电设备，经保护电源的升压变压器301隔离后接入试验系统。同时，为了保护电源安全，抑制本方案所述试验系统运行过程中产生的大电流，配电部分3需串联入串联电抗器303(具体为干式铁心串联电抗器)。

保护部分4：由于本方案主要用于海上风电场工频暂态过电压研究，本方案所使用真空断路器容易发生预击穿及重燃现象，且系统中海底电缆长度长、阻抗小，试验过程中系统将出现高幅值的过电压，危害变压器匝间。为保护设备安全，同时达到研究需求，选用残压值大于目标过电压幅值的避雷器，所述避雷器安装于升压变压器301及机端变压器103高压侧，并通过三相电缆连接变压器，以达到在保证系统安全前提下获得过电压数据的目标。此外，为了保证试验系统设备安全，本方案所述试验系统中所有设备均需接地，各电缆与设备间保持安全距离且单次运行时间原则上应低于5分钟。

测量部分5：本方案的试验系统根据试验需求实时采集试验系统中变压器一次侧、二次侧、真空断路器等不同位置单相或多相电流及电压，因此，测量部分5需使用阻容分压器501及电流互感器502，其外壳需接地，并通过同轴电缆连接至示波器503。本方案为保证示波器503安全，使用隔离变压器504隔离后接入二次电源供电。本方案所使用阻容分压器501及电流互感器502变比分别为万分之一及百分之一。此外，为保证测量精确，本方案所述示波器503使用高采样频率及存储深度且保持信号线与其他线路之间的距离，两线重合处保持垂直并使用隔离板减少干扰。

综上所述，本实用新型系统通过采用易于控制无功的双馈异步发电机，灭弧能力强、可靠性高、使用寿命长、无火灾危害、适合频繁操作的真空断路器等海上风电场常用设备进行试验，同时通过AD信号、数字输入输出量、PWM输出进行发电部分控制与通信，使用截面积大、绝缘层厚、阻抗小、容性大、输电距离长的海底电缆进行电能的传输，并采用同轴电缆传输测量信号完成海上风电场过电压及电流信号的传输，从而完成在微风、中风、强风和阵风四种工作状态以及自定义风速曲线状态下，海上风电场内部暂态过电压情况的数据测量及结果分析等试验研究。此外，本实用新型对等效配电网的三相电源及示波器均采用隔离变压器进行隔离，试验系统中包括阻容分压器及电流互感器的所有设备进行接地安装，并保持线路之间、线路与设备的距离，线路垂直交叉处并使用隔离板隔离，保证了试验过程安全、测量结果精确。同时，该试验系统不仅可用于海上风电场暂态过电压现象的研究，还可以与现有海上风电场暂态模型仿真结果进行对比，从而修正海上风电系统各设备模型，进一步完成海上风电场暂态建模的试验验证，有利于海上风力发电技术的发展，值得推广。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。