一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置，包括三相电压变送器、三相电流变送器，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与风力发电厂的电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。本实用新型保障了风力发电厂的安全稳定运行，为大型风力发电厂运行经验的积累乃至电能质量治理装置的研制提供宝贵数据，具有较好的实用价值。
【专利说明】—种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电网实时监控系统，特别是一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置。
【背景技术】
[0002]“十一五”时期，我国陆续出台了《可再生能源法》、《关于风电建设管理有关要求的通知》及《可再生能源中长期发展规划》等一系列配套政策和实施细则，这些政策不仅为风电长远发展提供了法律保证、政策支持，也明确提出了装备先行、市场化的发展战略。目前，我国甘肃酒泉、蒙东、蒙西、东北、河北、新疆、江苏、山东等多个千万千瓦风电基地正有序推进，蒙西和甘肃酒泉风电基地装机均超过500万千瓦，河北、吉林等多个地区装机超过250万千瓦。上海世博会期间，上海东海大桥10万千瓦海上风电场并网发电，成为除欧洲以外世界上第一座海上风电场。随后，总规模100万千瓦的海上风电特许权项目也在江苏启动。2010年，风电发电量达到450亿千瓦时，比上年增长63%。
[0003]风力发电的发展趋势是:(1)风力发电投资成本降低，风力发电机组将越来越便宜和高效；(2)实现风力发电技术装备国产化，推动我国风力发电机组产业的形成；(3)海上风力发电成为风力发电的新视点；(4)大型发电机组是风力发电必然的趋势；(5)电网适应性要求提高，提出了风力发电具备有功/无功控制能力、低电压穿越能力，以及能够参与电网调度等技术要求。
[0004]风能产业正在经历黄金发展期，随着目前风力发电装机容量爆发式的增长，相关领域的专家学者对风力发电技术展开研究，除开在风力发电设备研发、制造以及控制策略等方面有较为成熟的技术外，涉及到大型风力发电并网与配网交互影响方面的研究才刚刚起步。由于其一次能源为风能，具有间歇性、随机性、波动性等特点，以及并网风电机组输出功率的波动，这样就容易造成电压的波动和闪变。风电谐波问题较为突出，主要是5次、7次等高次特征谐波。对于风电机组而言，谐波电流的真正来源是风电机组中的电力电子元件。定速机组由于没有电力电子设备，机组在连续运行中基本没有谐波产生，当机组进行投入操作时，软并网装置还处于工作状态，将有谐波电流产生，但由于投入过程较短，谐波注入可以忽略。变速风电机组采用了电力电子设备。双馈式异步风电机组的发电机定子直接馈入电网，而发电机转子通过经直流环节连接的两个变流器馈入电网。永磁直驱同步风力发电机组所发电力则通过背靠背全功率变频器直接馈入电网，该背靠背全功率变频器由发电机侧变流器、直流环节和电网变流器组成。不论哪种类型的变速风电机组，机组投入运行后变频器都将始终处于工作状态。因此变速风电机组的并网运行会引起谐波注入问题。当风电穿透率比较大时，大风速扰动也会对系统频率产生较大影响。目前还没有风力发电电能质量监控装置对风力发电厂输出电流以及并网点电压的电能质量多个参数进行实时监控及记录。
【发明内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置，对风力发电厂输出电流以及并网点电压的电能质量进行实时监控及记录，为大型风力发电运行经验的积累及电站电能质量治理装置的研制提供依据。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是:一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置，包括三相电压变送器、三相电流变送器，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与风力发电厂的电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。
[0007]作为优选方案，所述主控卡与显示器连接；所述工业级计算机为研华MIC-3001/8，模拟量采集卡型号为研华MIC-3716，CAN通信卡型号为研华MIC-3680，主控卡型号为MIC-3323。
[0008]本实用新型的工作原理是:
[0009]本实用新型依托计算机技术及DAQ (数据采集)技术，通过工业级计算机实现数据的计算处理，CPCI模拟量采集卡实现数据模拟量的A/D转换及采集；高精度变送器用于将电网电压电流传感器二次数据转化为利于采集卡采集的标准数据；CAN通信卡用于与上级设备如主站监控设备的通信。在硬件设备的基础上，依托DELPHI7.0开发环境，开发了监控软件，软件核心算法为FFT (快速傅里叶变换)，将采集到的数据进行频谱分析，得到各次谐波的含量。
[0010]与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为:本实用新型可以实现对大型风力发电厂多项电能质量数据的监控、记录、越限报警；借助CAN通信卡可将本地电能质量数据上传到主站监控设备；保障了风力发电厂的安全稳定运行，为大型风力发电厂运行经验的积累乃至电能质量治理装置的研制提供宝贵数据，具有较好的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为现有的风力发电厂结构示意图；
[0012]图2为本实用新型一实施例结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，风力发电厂采用分块发电、集中并网的方案进行设计，风力发电厂设计为30个IMVA发电单元组成，每个IMVA单元的风机组件经串并联组合汇流后，接至2台500kW高效无变压器型大功率并网逆变器，通过I台双分裂升压变压器升压至35kV，再经高压电缆接至35kV总站实现集中并网发电。35KV总站将本系统的30个IMVA子站输出电能在35kV段母线统一汇流后，经一台出线开关，用架空线送至附近变电站。
[0014]35kV总站中包括:35kV开关柜、进线计量柜、电站监控系统等设备。另外，在35KV总站还需设计I套电站自用电装置，为整个电站提供0.4KV，50Hz站用三相交流电源。另外，风力发电厂内部负载有水泵、照明等设备需要从35kV总站配一套用电装置，为整个电厂提供0.38kV、50Hz厂用三相交流电源。35kV母线提供高压PT (电压互感器)、CT (电流互感器)，供继保、计量用。[0015]如图2所示，本实用新型风力发电厂电能质量监控系统通过对35kV母线提供互感器二次电压电流数据进行采样，将模拟量转化为数字量，通过软件FFT算法分析出各次频谱含量，进而进行数据显示、存储、通信等功能。核心硬件包括CPCI工控机、CPCI模拟量采集卡等。通过CAN通信板及以太网接口与主站监控设备等进行通信，将电能质量数据进行上传。
[0016]为保证测量精度，要求变送器有极好的线性度及足够宽的频带。为此，电流、电压变送器全部采用高频响应变送器。电流变送器精度为0.1级；线性度0.1% ;频率响应范围O?150kHz可以采集高次电流谐波；考虑到现场需求，额定输入电流为IA和5A两种，输出为3V的交流电压用于配合CPCL采集卡。电压变送器精度为0.1级；线性度0.1% ;频率响应范围O?150kHz可以采集高次电压谐波；额定输入电压为100V，输出为3V的交流电压用于配合CPCL采集卡。
[0017]采用研华CPCI (CompactPCI)工控机来作为处理器，实现与执行级的数据交互。CPCI工控机相比普通PCI工控机有如下优势:由CompactPCI标准延伸的各种模块化组件体积小巧，为维修提供很大方便；各卡垂直安装、前抽取结构，提高了卡片的散热性、抗震性和易维护性；C0mpactPCI背板插针和接头全部镀金，并严格定义了信号线的最长长度、PCB板的阻抗、去偶电容、PCI上拉电阻阻值，因此，电气特性要优于普通PCI工控机；防腐和电磁屏蔽性好，CompactPCI使用2_气密性针孔总线连接器，盐雾、酸雾和带电粉尘不能腐蚀总线；此外，CompactPCI的全铝合金机箱外壳和卡片的U型弹簧片能给系统提供良好的电磁屏蔽保护及抗静电性。CPCI机箱可以给计算机现场应用提供较高的稳定性。基于现场需要，工控机选择研华MIC-3001，高度4U、共8插槽，实际使用3槽，其余的可作为扩展用。
[0018]MIC-3323作为3U CompactPCI的系统控制板，采用了高性能的Intel Core (R) 2Duo 1.6GHz处理器及高集成度的Intel 965GM Express芯片组。板载内存可支持到4GB，还提供4MB 二级缓存和千兆双以太网接口。MIC-3323强大的性能可以保证关键数据计算的需求。
[0019]CAN通信卡选择了 MIC-3680，具有两路支持CAN2.0规范的接口，符合现场需求。MIC-3680是一款支持热插拔的通信卡，具有2个独立CAN端口，支持CAN2.0A/B协议，具有I Mbps高传输速率，满足现场要求。
[0020]选择研华MIC-3716作为模拟量采集卡。它是一款采样频率高达250kHz、精度为16位的16通道高分辨率多功能卡。数据采集卡的这些功能满足了多路高速数据采集的要求，是构建数据采集系统的理想选择。
【权利要求】
1.一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置，包括三相电压变送器、三相电流变送器，其特征在于，所述三相电压变送器、三相电流变送器输入端分别与风力发电厂的电压互感器二次侧、电流互感器二次侧连接，所述三相电压变送器、三相电流变送器输出端均与模拟量采集卡连接，所述模拟量采集卡通过CPCI总线接入工业级计算机，所述CPCI总线与主控卡、CAN通信卡双向连接。
2.根据权利要求1所述的一种适用于大型风力发电厂的电能质量监控装置，其特征在于，所述主控卡与显示器连接。
【文档编号】H02J3/38GK203747512SQ201420098775
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】张志刚, 张文娟, 冯婉, 张潇 申请人:长沙学院