一种高电压穿越试验系统的制作方法

本发明涉及风力发电技术领域，具体地说，涉及一种高电压穿越试验系统。

背景技术：

风力发电作为一种无污染、利用可再生资源的环保型发电方式，成为最具发展潜力的可再生能源技术之一。风力发电已成为世界各国竞相发展的热点和重点，市场前景广阔。

近年来，双馈感应发电机(doublyfedinductiongenerator，简称dfig)在风力发电系统中得到广泛应用。为了适应电网导则的要求，双馈风力发电机组必须具有低电压穿越的能力，但是电网电压骤升对其影响以及相应的高电压穿越(highvoltageridethrough，简称hvrt)技术研究较少。而在实际风电场系统中，当电网电压跌落发生时，风电场无功补偿装置电容器的投切，会造成系统无功过剩，在电网电压恢复时刻常引起电网电压迅速骤升，从而对风电机组造成二次危害。

随着风力发电装机容量的不断扩大和并网准则完善，具有高电压穿越能力也会逐步成为对风电场的必然要求。澳大利亚率先制定了真正意义上的并网风力发电机的高电压穿越准则：当高压侧电网电压骤升至额定电压的130％时，风电机组应维持60ms不脱网，并提供足够大的故障恢复电流。

然而，现有的风电机组高压穿越试验系统都需要配置高压电抗器、高压电容器、高压h桥变流器、高压变压器、高压晶闸管以及高压隔离开关等设备，这就造成整个系统的结构复杂、占用体积大，同时还会对电网造成冲击和扰动。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种高电压穿越试验系统，所述系统包括：

双馈电机背靠背对拖试验台，其包括拖动电机和被试电机，所述拖动电机和被试电机的定子侧均直接或间接地与第一变压器的副边连接；

电机控制装置，其与所述拖动电机所对应的第一双馈变流器连接，用于生成相应的转子驱动信号并传输至所述第一双馈变流器，以通过控制所述第一双馈变流器的工作状态调节所述拖动电机的输出功率，使得所述第一变压器的副边出现一高电压过程。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制装置包括：

第一参考电流生成模块，其用于生成正常情况下的所述拖动电机的转子励磁电流，得到所述第一参考电流；

第二参考电流生成模块，其用于根据正序电压参考值和正序电压实际值生成所述拖动电机需要发出一定容量无功功率时的转子无功电流，得到第二参考电流；

第三参考电流生成模块，其用于生成一指定频率的正弦波，得到第三参考电流；

d轴参考电流生成模块，其与所述第一参考电流生成模块、第二参考电流生成模块和第三参考电流生成模块连接，用于根据所述第一参考电流、第二参考电流和第三参考电流生成所述拖动电机的d轴参考电流。

根据本发明的一个实施例，所述第一参考电流生成模块配置为根据有功功率指令值和功率因数生成所述第一参考电流。

根据本发明的一个实施例，所述第二参考电流生成模块配置为根据电网电压生成所述正序电压实际值。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制装置还包括：

q轴参考电流生成模块，其用于根据所述拖动电机的实际转速和参考转速，生成所述拖动电机的q轴参考电流。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制装置还包括：

转子驱动信号生成模块，其与所述d轴参考电流生成模块和q轴参考电流生成模块连接，用于根据所述d轴参考电流和q轴参考电流生成相应的转子驱动信号并传输至所述第一双馈变流器。

根据本发明的一个实施例，所述转子驱动信号生成模块配置为采用d、q轴电流双闭环矢量控制算法来根据所述d轴参考电流和q轴参考电流生成相应的转子驱动信号。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制装置还包括：

第一切换模块，其与所述第三参考电流生成模块连接，用于控制所述第三参考电流生成模块输出或不输出所述第三参考电流。

根据本发明的一个实施例，所述电机控制装置还包括：

高压穿越使能模块，其包括两个输入端和一个输出端，其中，第一输入端与所述第一参考电流生成模块连接，第二输入端与所述d轴参考电流生成模块连接，输出端与所述转子驱动信号生成模块的输入端连接，用于根据接收到的高压穿越势能信号将所述第一输入端或第二输入端与输出端之间的连接导通。

现有风电变流器高电压穿越试验受到试验电源容量限制或者受到需增加单独的变频器电源设备的条件限制，而本发明所提供的高电压穿越试验系统充分利用了现有风电变流器型式试验所需的双馈电机背靠背试验平台，并利用双馈电机额定工况运行时转子电压低于定子电压的特点，通过不同双馈转子侧变流器，在不存在过调制的情况下产生一个高电压过程，具有很强的实用性和便捷性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地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的附图做简单的介绍：

图1是根据本发明一个实施例的高电压穿越试验系统的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的电机控制装置的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的正序电压参考值的波形曲线示意图；

图4是根据本发明一个实施例的拖动电机m1输出三相对称高电压时d轴参考电流的波形曲线示意图；

图5是根据本发明一个实施例的拖动电机m1输出两相不对称高电压时d轴参考电流的波形曲线示意图；

图6是根据本发明一个实施例的拖动电机m1的q轴参考电流的波形曲线示意图

图7是根据本发明一个实施例的进行高压穿越试验时电网电压示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

现有的风电变流器高压穿越试验有的会受到试验电源容量限制，有的会受到需增加单独的变频器电源设备的条件限制，针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的高电压穿越试验平台，该试验平台特别适用于对风力发电机的高压穿越试验，其利用双馈电机背靠背对拖试验平台来进行风电变流器的高压穿越试验。

图1示出了本实施例所提供的高电压穿越试验平台的结构示意图。

如图1所示，本实施例所提供的高电压穿越试验平台包括双馈电机背靠背对拖试验台101以及电机控制装置102。其中，双馈电机背靠背对拖试验台101包括拖动电机m1和被试电机m2，拖动电机m1和被试电机m2的定子侧均直接或间接地与第一变压器t1的副边连接，第一变压器t1的原边则通过高压开关柜k1与电网连接。

具体地，本实施例中，拖动电机m1的定子侧通过第一双馈变流器c1以及第一低压开关k2与第一变压器t1的副边连接，拖动电机m1的转子侧同样通过第一双馈变流器c1以及第一低压开关k2与第一变压器t1的副边连接。本实施例中，电机控制器102与第一双馈变流器c1连接，其通过控制第一双馈变流器c1中变流器模块的工作状态来控制拖动电机m1的输出功率，从而在需要对相关风电变流器(即与被试电机m2连接的第二双馈变流器c2)进行高压穿越试验时使得第一变压器t1的副边出现需要的一高电压过程。

被试电机m2与第二双馈变流器c2的连接方式与上述拖动电机m1与第一双馈变流器c1的连接方式相同，故在此不再对被试电机m2与第二双馈变流器c2的连接方式进行赘述。第二双馈变流器c2还与第三变压器t3连接，其中，第三变压器t3能够将第一变压器t1通过第三低压开关k3所传输来的高压电进行降压后传输至第二双馈变流器c2。

本实施例中，第一双馈变流器c1的输入电源优选地由第二变压器t2提供。其中，第二变压器t2的原边与电网连接，副边通过辅助用电开关k4与第一双馈变流器c1连接，从而为第一双馈变流器c1提供电能。

本实施例中，拖动电机m1用于在需要对与被试电机m2连接的第二双馈变流器c2进行高压穿越试验时向电网提供无功功率，从而使得第一变压器t1副边的电压升高。而为了能够提供更多的无功功率，本实施例中，第一双馈变流器c1的容量优选地大于第二双馈变流器c2的容量。具体的，本实施例中，第一双馈变流器c1的容量优选地配置为2.5mw，而第二双馈变流器c2的容量优选地配置为1.5mw或2.0mw。

第一变压器t1的参数优选地配置为630kva10/0.39kv，第二变压器t2的参数优选地配置为100kva100.38kv，第三变压器t3的参数优选地配置为2000kva0.69/0.38kv。

当然，在本发明的其它实施例中，上述双馈变流器以及变压器的具体参数还可以配置为其它合理值，本发明不限于此。

本实施例所使用的双馈电机背靠背对拖试验台可以为现有成熟使用的双馈电机背靠背对拖试验台，因此在此不再对上述双馈电机背靠背对拖试验台的具体工作原理以及工作过程进行赘述。

本实施例中，电机控制器102与拖动电机m1所对应的变流器(即第一双馈变流器c1)连接，其用于生成相应的转子驱动信号并传输至第一双馈变流器c1，这样也就可以通过控制第一双馈变流器c1的工作状态来调节拖动电机m1的定子侧的输出功率，从而在需要对第二双馈变流器c2进行高压穿越试验时使得第一变压器t1的副边出现需要的高电压过程。

图2示出了本实施例中电机控制装置102的结构示意图。

如图2所示，本实施例所提供的电机控制装置102优选地包括：第一参考电流生成模块201、第二参考电流生成模块202、第三参考电流生成模块203以及d轴参考电流生成模块204。其中，第一参考电流生成模块201用于生成正常情况下(即不需要对第二双馈变流器c2进行高压穿越试验时)的拖动电机的转子的励磁电流，从而得到第一参考电流。具体地，如图2所示，本实施例中，第一参考电流生成模块201优选地根据有功功率指令值pdem和功率因数phi来生成上述第一参考电流ird_ref1。

第二参考电流生成模块202用于根据正序电压参考值usdp_ref和正序电压实际值usdp_act来生成拖动电机m1需要输出一定容量无功功率时的转子无功电流，从而得到第二参考电流ird_ref2。本实施例中，正序电压参考值usdp_ref的波形图如图3所示，其中，如果需要拖动电机m1输出三相对称高电压，那么幅值系数x的最大值优选地配置为0.3；而如果需要拖动电机m1输出两相不对称高电压，那么幅值系数x的最大值优选地配置为0.2。

具体地，本实施例中，第二参考电流生成模块202优选地通过利用正序电压计算单元202a来根据获取到的电网电压ugrid确定出正序电压实际值usdp_act。随后利用加法器202b计算得到正序电压参考值usdp_ref与正序电压实际值usdp_act的差值，并利用pi调节器202c来根据上述差值确定出转子无功电流、基波值以及谐波值。本实施例中，第二参考电流生成模块202还利用限流器202d来根据转子无功电流确定出第二参考电流ird_ref2。

本实施例中，第三参考电流生成模块203用于生成指定频率的正弦波，得到第三参考电流。具体地，本实施例中，第三参考电流生成模块203优选地与pi调节器202c连接，其能够根据pi调节器202c所输出的谐波来生成预设频率的正弦波。具体地，本实施例中，第三参考电流生成模块203所生成的正弦波的频率优选地为100hz。当然，在本发明其它实施例中，第三参考电流生成模块203所生成的正弦波的频率还可以为其它合理频率，本发明不限于此。

d轴参考电流生成模块204与第一参考电流生成模块201、第二参考电流生成模块202以及第三参考电流生成模块203连接，其能够根据第一参考电流ird_ref1、第二参考电流ird_ref2和第三参考电流ird_ref3来生成拖动电机m1的d轴参考电流ird_ref。具体地，本实施例中，d轴参考电流生成模块204优选地采用加法器来实现，其通过对第一参考电流ird_ref1、第二参考电流ird_ref2和第三参考电流ird_ref3进行叠加来生成上述d轴参考电流ird_ref。

为了使得拖动电机m1能够输出三相对称高电压和两相不对称高电压，本实施例中，电机控制装置102还包括第一切换模块205。第一切换模块205与第三参考电流生成模块203连接，其能够控制第三参考电流生成模块203输出或不输出第三参考电流。

其中，如果需要使得拖动电机m1能够输出三相对称高电压，那么也就不需要引入第三参考电流ird_ref3，因此此时第一切换模块205将断开第三参考电流生成模块203与d轴参考电流生成模块204之间的连接，这样d轴参考电流生成模块204也就可以生成如图4所示的d轴参考电流ird_ref。

而如果需要使得拖动电机m1能够输出两相不对称高电压，那么也就需要引入第三参考电流ird_ref3，因此此时第一切换模块205将导通第三参考电流生成模块203与d轴参考电流生成模块204之间的连接，这样d轴参考电流生成模块204也就可以生成如图5所示的d轴参考电流ird_ref。

可选地，本实施例中，电机控制装置102还可以包含高压穿越使能模块206。高压穿越使能模块206优选地包括两个输入端和第一个输出端。其中，第一输入端与第一参考电流生成模块201连接，第二输入端与d轴参考电流生成模块204连接，输出端与转子驱动信号生成模块207的一个输入端连接，其用于根据接收到的高压穿越使能信号将自身的第一输入端或第二输入端与输出端之间的连接导通。

具体地，当不需要对第二双馈变流器c2进行高压穿越试验时，高压穿越使能模块206会将第一输入端与输出端之间的连接导通，这样传输至转子驱动信号生成模块207的信号将为第一参考电流ird_ref1，即正常网压情况下的转子励磁电流。

而当需要对第二双馈变流器c2进行高压穿越试验时，高压穿越使能模块206会将第二输入端与输出端之间的连接导通，这样传输至转子驱动信号生成模块207的信号将为d轴参考电流ird_ref。

如图2所示，本实施例中，电机控制装置102优选地还包括q轴参考电流生成模块208。其中，q轴参考电流生成模块208用于根据拖动电机m1的实际转速n和参考转速n_ref生成拖动电机m1的q轴参考电流irq_ref。图6示出了本实施例中拖动电机m1的q轴参考电流irq_ref的曲线示意图。

转子驱动信号生成模块207与d轴参考电流生成模块206和q轴参考电流生成模块208连接，其能够根据d轴参考电流ird_ref和q轴参考电流irq_ref生成相应的转子驱动信号并传输至拖动电机m1对应的变流器(即第一双馈变流器c1)，从而控制拖动电机m1来使得被测电机m2对应的变流器(即第二双馈变流器c2)的输入端出现如图7所示的一高电压过程。

现有风电变流器高电压穿越试验受到试验电源容量限制或者受到需增加单独的变频器电源设备的条件限制，而本实施例所提供的高电压穿越试验系统充分利用了现有风电变流器型式试验所需的双馈电机背靠背试验平台，并利用双馈电机额定工况运行时转子电压低于定子电压的特点，通过不同双馈转子侧变流器，在不存在过调制的情况下产生一个高电压过程，具有很强的实用性和便捷性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。