一种低频风机变流器测试系统及其测试方法与流程

1.本发明涉及低频输电技术领域，尤其涉及一种低频风机变流器测试系统及其测试方法。


背景技术：

2.当海上风电场规模较小且离岸较近时，一般采用50hz高压交流接入陆上电网。但是因电缆电容电流的影响，50hz高压交流送出并网方式无法进行远距离输送。近年来，柔性直流输电技术(英文全称voltage source converter based high-voltage direct current，英文简称vsc-hvdc)获得了快速发展。
3.柔性低频输电是一种通过电力电子装置灵活选择0～50hz运行频率，减少线路无功功率和电压降落，提高输送能力、距离和柔性调控能力的新型高效交流输电技术，也被成为分频输电技术，在远距离高压大容量输电场合下呈现出巨大应用潜力。但是，低频输电技术成熟度相对于hvdc而言较低，交-交换流器、低频变压器、低频断路器和低频风机变流器等核心设备仍处于开发研制阶段，实际应用经验较少。其中，当前存在多种海上风电低频送出方案，需低频风机变流器具备跟网型或构网型等控制功能，对于不同的试验需求需要分别搭建不同的测试系统对低频风机变流器进行功能测试，造成低频风机变流器的制造难度增大，成本较高，因此，提供一种低频风机变流器测试的系统，可在一个系统上分别开展风机低频环境交流故障穿越测试、跟网型风机送出测试和构网型风机送出测试等不同需求的试验，节省试验设备数量，从而节约低频风机变流器测试系统的构建成本，降低低频风机变流器的制造难度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种低频风机变流器测试系统及其测试方法，用于在一个系统上分别开展风机低频环境交流故障穿越测试、跟网型风机送出测试和构网型风机送出测试等不同需求的试验，节省试验设备数量，从而节约低频风机变流器测试系统的构建成本，降低低频风机变流器的制造难度。
5.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种低频风机变流器测试系统，包括工频交流母线、低频交流母线、工频变压器、低频变压器、待测风机变流器、三端混合交直交换流器、低频交流故障模拟装置、第一工频断路器、第二工频断路器、第一低频断路器、第二低频断路器、第三低频断路器、工频联接变压器、低频联接变压器和低频换流变压器；
6.三端混合交直交换流器包括工频电网侧mmc、风场侧mmc、风场侧dru、第一直流隔离开关、第二直流隔离开关、第三直流隔离开关和第四直流隔离开关；
7.第一工频断路器的一端连接工频交流母线，另一端连接工频变压器的一端，工频变压器的另一端连接待测风机变流器的工频侧，待测风机变流器的低频侧与低频变压器的一端连接，低频变压器的另一端连接第一低频断路器的一端，第一低频断路器的另一端连接低频交流母线；
8.第二工频断路器的一端连接工频交流母线，另一端连接工频联接变压器的一端，工频联接变压器的另一端连接工频电网侧mmc，工频电网侧mmc通过第一直流隔离开关和第二直流隔离开关与风场侧dru并联，风场侧dru与工频联接变压器连接，工频联接变压器与第二低频断路器连接，第二低频断路器与低频交流母线连接；
9.工频电网侧mmc还通过第三直流隔离开关和第四直流隔离开关与风场侧mmc并联，风场侧mmc与低频换流变压器连接，低频换流变压器与第三低频断路器连接，第三低频断路器与低频交流母线连接；
10.低频交流故障模拟装置与低频交流母线连接。
11.可选地，低频交流母线的频率低于50hz。
12.可选地，工频电网侧mmc投入时采用定直流电压控制模式控制直流电压稳定。
13.可选地，风场侧mmc投入时采用定交流电压幅值和定交流系统频率的v/f控制模式控制低频交流母线电压幅值和频率稳定。
14.可选地，低频交流故障模拟装置为串联的可调电感和交流断路器，可调电感连接低频交流母线，交流断路器接地。
15.可选地，待测风机变流器的容量为10mw。
16.可选地，工频电网侧mmc投入时，采用定直流电压控制模式控制直流电压稳定在
±
10kv。
17.可选地，风场侧mmc投入时，采用定交流电压幅值和定交流系统频率的v/f控制模式控制低频交流母线电压幅值稳定在10kv，频率稳定在20hz。
18.本发明第二方面提供了一种应用于第一方面任一种所述的低频风机变流器测试系统的测试方法，包括：
19.当需要对待测低频风机变流器验证跟网型控制功能时，闭合第三直流隔离开关、第四直流隔离开关、第一工频断路器、第二工频断路器、第一低频断路器和第三低频断路器，对待测低频风机变流器进行跟网型控制下的测试；
20.当需要对待测低频风机变流器验证构网型控制功能时，闭合第一直流隔离开关、第二直流隔离开关、第一工频断路器、第二工频断路器、第一低频断路器和第二低频断路器，对待测低频风机变流器进行构网型控制下的测试；
21.当需要对待测低频风机变流器验证交流故障穿越能力功能时，闭合交流断路器，模拟低频交流接地故障，对待测低频风机变流器进行交流故障穿越能力测试。
22.从以上技术方案可以看出，本发明提供的低频风机变流器测试系统具有以下优点：
23.本发明提供的低频风机变流器测试系统，将低频输电系统、mmc-mmc试验回路以及dru-mmc集成在一起，可分别开展风机低频交流故障穿越能力测试、构网型风机经dru-mmc送出测试、跟网型风机经mmc-mmc送出测试，在一个系统上进行不同需求的试验，节省了试验设备的数量，进而节约了低频风机变流器测试系统的构建成本。因此，本发明提供的低频风机变流器测试系统实现了在一个系统上分别开展风机低频环境交流故障穿越测试、跟网型风机送出测试和构网型风机送出测试等不同需求的试验，节省试验设备数量，从而节约低频风机变流器测试系统的构建成本，降低低频风机变流器的制造难度的技术效果。
24.本发明提供的低频风机变流器测试系统的测试方法，用于在本发明提供的低频风
机变流器测试系统中执行，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的低频风机变流器测试系统相同，在此不再赘述。
附图说明
25.为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
26.图1为本发明中提供的一种低频风机变流器测试系统的电路原理图；
27.图2为本发明中提供的一种低频风机变流器测试系统开展风机构网型控制下的测试的电路连接图；
28.图3为本发明中提供的一种低频风机变流器测试系统开展风机跟网型控制下的测试的电路连接图；
29.其中，附图标记为：
30.1、工频交流母线；2、第一工频断路器；3、工频变压器；4、待测风机变流器；5、低频变压器；6、第一低频断路器；7、低频交流故障模拟装置；7-1、可调电感；7-2、交流断路器；8、低频交流母线；9、第二低频断路器；10、第三低频断路器；11、低频联接变压器；12、低频换流变压器；13、风场侧dru；14、风场侧mmc；15、工频电网侧mmc；16、工频联接变压器；17、第二工频断路器；18、第一直流隔离开关；19、第二直流隔离开关；20、第三直流隔离开关；21、第四直流隔离开关。
具体实施方式
31.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.为了便于理解，请参阅图1至图3，本发明中提供了一种低频风机变流器测试系统的实施例，包括工频交流母线1、低频交流母线8、工频变压器3、低频变压器5、待测风机变流器4、三端混合交直交换流器、低频交流故障模拟装置7、第一工频断路器2、第二工频断路器17、第一低频断路器6、第二低频断路器9、第三低频断路器10、工频联接变压器16、低频联接变压器11和低频换流变压器12；
33.三端混合交直交换流器包括工频电网侧mmc15、风场侧mmc14、风场侧dru13、第一直流隔离开关18、第二直流隔离开关18、第三直流隔离开关20和第四直流隔离开关21；
34.第一工频断路器2的一端连接工频交流母线1，另一端连接工频变压器3的一端，工频变压器3的另一端连接待测风机变流器4的工频侧，待测风机变流器4的低频侧与低频变压器5的一端连接，低频变压器5的另一端连接第一低频断路器6的一端，第一低频断路器6的另一端连接低频交流母线8；
35.第二工频断路器17的一端连接工频交流母线1，另一端连接工频联接变压器16的一端，工频联接变压器16的另一端连接工频电网侧mmc15，工频电网侧mmc15通过第一直流
隔离开关18和第二直流隔离开关19与风场侧dru13并联，风场侧dru13与工频联接变压器11连接，工频联接变压器11与第二低频断路器9连接，第二低频断路器9与低频交流母线8连接；
36.工频电网侧mmc15还通过第三直流隔离开关20和第四直流隔离开关21与风场侧mmc14并联，风场侧mmc14与低频换流变压器12连接，低频换流变压器12与第三低频断路器10连接，第三低频断路器10与低频交流母线8连接；
37.低频交流故障模拟装置7与低频交流母线8连接。低频交流故障模拟装置7由串联的可调电感7-1和交流断路器7-2组成，可调电感7-1连接低频交流母线8，交流断路器7-2接地。
38.需要说明的是，本发明实施例中提供的低频风机变流器测试系统，送端风场侧采用模块化多电平换流器(mmc，modular multilevel converter)，即风场侧mmc14和二极管阀(dru，diode rectifier unit)，即风场侧dru13，受端工频电网侧采用单个mmc，即工频电网侧mmc15。当送端仅风场侧dru13投入时，可测试风机构网型控制功能。当送端仅风场侧mmc14投入时，可测试风机跟网型控制功能。低频交流母线8的采用的频率低于50hz。工频电网侧mmc15投入时采用定直流电压控制模式控制直流电压稳定，风场侧mmc14投入时采用定交流电压幅值和定交流系统频率的v/f控制模式控制低频交流母线电压幅值和频率稳定。
39.当对待测低频风机变流器4开展构网型控制下的测试试验时，闭合第一直流隔离开关18、第二直流隔离开关19、第一工频断路器2、第二工频断路器17、第一低频断路器6和第二低频断路器9，形成待测低频风机变流器4功率经dru-mmc试验回路送出的测试系统，如图2所示。待测低频风机变流器4的容量为10mw，dru-mmc试验回路的换流器容量均为20mw。工频电网侧mmc15采用定直流电压控制模式，控制直流电压为
±
10kv。因为风场侧dru13无可控能力，无法建立低频交流系统的电压电流，需要待测低频风机变流器4采用构网型控制功能，控制低频交流母线频率稳定为20hz，电压为10kv。
40.当对待测低频风机变流器4开展跟网型控制下的测试试验时，闭合第三直流隔离开关20、第四直流隔离开关21、第一工频断路器2、第二工频断路器17、第一低频断路器6和第三低频断路器10，形成待测低频风机变流器4功率经mmc-mmc试验回路送出的测试系统，如图3所示。待测低频风机变流器4的容量为10mw。mmc-mmc试验回路的换流器容量均为20mw。工频电网侧mmc15采用定直流电压控制模式，控制直流电压为
±
10kv，风场侧mmc14采用定交流电压幅值和定交流系统频率的v/f控制模式，控制低频交流母线频率稳定为20hz，电压为10kv。风场侧mmc14已建立低频交流系统电压和电流，无需风机变流器建立，风机变流器采用跟网控制模式即可。
41.当对待测低频风机变流器4验证交流故障穿越能力功能时，闭合交流断路器7-2，模拟低频交流接地故障，对待测低频风机变流器4进行交流故障穿越能力测试，验证待测低频风机变流器4的交流故障穿越能力。
42.本发明实施例中提供的低频风机变流器测试系统，将低频输电系统、mmc-mmc试验回路以及dru-mmc集成在一起，可分别开展风机低频交流故障穿越能力测试、构网型风机经dru-mmc送出测试、跟网型风机经mmc-mmc送出测试，在一个系统上进行不同需求的试验，节省了试验设备的数量，进而节约了低频风机变流器测试系统的构建成本，实现了在一个系统上分别开展风机低频环境交流故障穿越测试、跟网型风机送出测试和构网型风机送出测
试等不同需求的试验，节省试验设备数量，从而节约低频风机变流器测试系统的构建成本，降低低频风机变流器的制造难度的技术效果。
43.本发明中还提供了一种应用前述低频风机变流器测试系统实施例中的低频风机变流器测试系统的测试方法的实施例，包括：
44.当需要对待测低频风机变流器验证跟网型控制功能时，闭合第三直流隔离开关、第四直流隔离开关、第一工频断路器、第二工频断路器、第一低频断路器和第三低频断路器，对待测低频风机变流器进行跟网型控制下的测试；
45.当需要对待测低频风机变流器验证构网型控制功能时，闭合第一直流隔离开关、第二直流隔离开关、第一工频断路器、第二工频断路器、第一低频断路器和第二低频断路器，对待测低频风机变流器进行构网型控制下的测试；
46.当需要对待测低频风机变流器验证交流故障穿越能力功能时，闭合交流断路器，模拟低频交流接地故障，对待测低频风机变流器进行交流故障穿越能力测试。
47.本发明提供的低频风机变流器测试系统的测试方法，用于在本发明提供的低频风机变流器测试系统中执行，其原理和所达到的技术效果，与本发明提供的低频风机变流器测试系统相同，在此不再赘述。
48.以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。