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風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置包括兩個背向連接的模塊化多電平換流器以及擾動發(fā)生模塊和直流充電啟動模塊，所述擾動發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生擾動控制信號的軟件信號發(fā)生單元和執(zhí)行控制信號產(chǎn)生擾動信號的控制單元，所述擾動發(fā)生模塊與連接風(fēng)電機(jī)組35KV母線的模塊化多電平換流器相連接。有益效果在于能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)電壓等級下的各種擾動包括電壓波動、頻率跳變、電壓諧波或三相不平衡、閃變等進(jìn)行靈活地模擬。同時，該裝置采用模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)，無需變壓器，直接串聯(lián)接入當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的35kV并網(wǎng)電壓等級的電網(wǎng)中。
【專利說明】風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置及測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)的入網(wǎng)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于模塊化多電平換流器的兆瓦級風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，中國風(fēng)電在電網(wǎng)中的比重不斷提高，并正在由分散、小規(guī)模開發(fā)、就地消納逐步向大規(guī)模、高集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離、高電壓電網(wǎng)輸送方向發(fā)展。為規(guī)范風(fēng)電場的并網(wǎng)工作，促進(jìn)風(fēng)電科學(xué)健康可持續(xù)發(fā)展，確保風(fēng)電場和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，國家電網(wǎng)公司出臺了《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》。在風(fēng)電場運行適應(yīng)性方面，明確了風(fēng)電場在不同并網(wǎng)點電壓范圍、頻率范圍內(nèi)的運行規(guī)定；在風(fēng)電場電能質(zhì)量方面，明確了風(fēng)電場對電壓偏差、閃變、諧波等的具體要求。也即是說，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生電壓波動、頻率跳變、電壓諧波或三相不平衡、閃變等各種擾動時，并網(wǎng)運行的風(fēng)電機(jī)組必須具備良好的電網(wǎng)適應(yīng)能力。因此，對風(fēng)電機(jī)組的運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量檢測是非常必要的。目前，我國已具備風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力的檢測手段，但對于風(fēng)電機(jī)組是否能夠經(jīng)受電網(wǎng)的各種擾動的檢測能力還相對薄弱，有必要結(jié)合風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)特性，在確保對原有供電系統(tǒng)不造成影響的前提下，提出一種適應(yīng)于當(dāng)前風(fēng)電場電網(wǎng)電壓等級下的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置。
[0003]國內(nèi)外學(xué)者在可控電壓擾動發(fā)生裝置方面開展了相關(guān)的研究，但是沒有結(jié)合風(fēng)電場實際的應(yīng)用場合和相關(guān)技術(shù)難點進(jìn)行深入研究。根據(jù)專利檢索得知，中國發(fā)明201010234259.4提供了一種對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行入網(wǎng)測試和對大型風(fēng)電場并網(wǎng)運行進(jìn)行檢測評價的擾動發(fā)生裝置。該擾動發(fā)生裝置產(chǎn)生用于風(fēng)電機(jī)組測試的各種電壓，由低頻電壓擾動裝置和高頻電壓擾動裝置組成，低頻電壓擾動裝置由啟動電阻、降壓變壓器、濾波器、并聯(lián)電壓源換流器模塊和升壓變壓器組成，實現(xiàn)低頻電壓擾動的功能；高頻電壓擾動裝置由啟動電阻、整流變壓器、PWM整流器模塊、級聯(lián)H橋模塊和濾波器組成，實現(xiàn)輸出2?25次諧波電壓功能。其發(fā)明的優(yōu)點在于可實現(xiàn)電壓波動、頻率波動、電壓畸變和三相電壓不平衡等多種擾動，每相電壓可分別調(diào)整，滿足風(fēng)電機(jī)組在電動和發(fā)電狀態(tài)之間的切換要求。但是該裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、控制難度大的缺點，低頻電壓擾動和高頻電壓擾動裝置串聯(lián)運行時容易相互干擾，控制效果容易受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置采用串聯(lián)的低頻電壓擾動裝置和高頻電壓擾動裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴、控制難度大及容易相互干擾等不足，提出了一種風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置以及基于所述裝置的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，其特征在于，包括兩個背向連接的模塊化多電平換流器，之一多電平換流器與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接，另一多電平換流器連接電網(wǎng)35KV母線；裝置還包括擾動發(fā)生模塊和直流充電啟動模塊，所述擾動發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生擾動控制信號的軟件信號發(fā)生單元和執(zhí)行控制信號產(chǎn)生擾動信號的控制單元，所述擾動發(fā)生模塊與連接風(fēng)電機(jī)組35KV母線的模塊化多電平換流器相連接；所述直流充電啟動模塊連接于與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器和電網(wǎng)35KV母線之間，用于啟動與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器。
[0006]進(jìn)一步的，所述軟件信號發(fā)生單元包括用于編程模擬風(fēng)電場擾動控制信號的MATLAB編程單元、用于存儲所述控制信號的案例存儲庫以及與控制單元相連接的控制信號輸出單元。
[0007]進(jìn)一步的，所述控制信號包括風(fēng)電場電壓波動、頻率跳變、電壓諧波、三相不平衡及閃變中一種或多種擾動控制信號。
[0008]進(jìn)一步的，所述裝置還包括用于控制被測風(fēng)電機(jī)組連接和斷開的第一斷路器，用于控制擾動發(fā)生模塊直流平滑啟動的第二斷路器。
[0009]利用上述風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0010]S1、使用MATLAB編程單元中仿真軟件搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)仿真模型，模擬風(fēng)電場的電壓擾動方式，所述擾動包括電壓波動、頻率波動、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變中的一種或多種，生成風(fēng)電機(jī)組35kV并網(wǎng)點的三相擾動電壓Uref，并將所述擾動方式的電壓擾動曲線存入案例存儲庫；
[0011]S2、將兩個背向連接的模塊化多電平換流器接入電網(wǎng)35kV母線和待測試的風(fēng)電機(jī)組35kV母線之間；
[0012]S3、啟動模塊化多電平換流器:使用電網(wǎng)35KV母線電壓啟動背向連接的兩個模塊化多電平換流器，其中與風(fēng)電機(jī)組35kV母線相連接的模塊化多電平換流器通過直流充電啟動t吳塊啟動；
[0013]S4、控制電網(wǎng)35KV母線側(cè)多電平換流器的高頻整流，使各子模塊的電容電壓調(diào)整為指定值，控制跟蹤風(fēng)電機(jī)組側(cè)多電平換流器電壓，實現(xiàn)多電平換流器風(fēng)電機(jī)組側(cè)輸出電壓與擾動電壓指令信號Uref的跟蹤控制。
[0014]進(jìn)一步的，步驟SI中使用MATLAB編程單元中仿真軟件搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)對風(fēng)電場電壓擾動仿真的過程為:基于MATLAB仿真軟件的SMULINK模塊搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)的仿真模型，該模型由交流電網(wǎng)等值無窮大電源、交流線路和風(fēng)電機(jī)組組成，在不同線路或母線上設(shè)置單相、兩相不對稱故障或三相短路接地故障，模擬電網(wǎng)電壓跌落、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變電壓擾動，生成風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點的三相擾動電壓指令信號Uref ;同時將所述電壓擾動曲線分類存入案例存儲庫中，用于擾動數(shù)據(jù)重復(fù)使用。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，采用MATLAB可編程仿真的方式，能夠?qū)︼L(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)電壓等級下的各種擾動包括電壓波動、頻率跳變、電壓諧波或三相不平衡、閃變等進(jìn)行靈活地模擬。同時，該裝置采用模塊化多電平換流器結(jié)構(gòu)，無需變壓器，直接串聯(lián)接入當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組的35kV并網(wǎng)電壓等級的電網(wǎng)中。鑒于模塊化多電平換流器已在直流系統(tǒng)中運用較為成熟，因此完全可以滿足裝置功能的多樣性和控制靈活性，達(dá)到風(fēng)電機(jī)組在電動和發(fā)電狀態(tài)各種擾動情況下動態(tài)特性測試的要求，并且對并網(wǎng)的電力系統(tǒng)不造成較大的影響和沖擊。并可通過人機(jī)交互界面自由地選擇電壓擾動形式，有針對性地檢測風(fēng)電機(jī)組的運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)；該裝置串聯(lián)接在被測風(fēng)電機(jī)組母線側(cè)與交流電網(wǎng)之間，實現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組側(cè)與電網(wǎng)側(cè)的完全隔離，這樣風(fēng)電機(jī)組側(cè)的故障不會影響交流電網(wǎng)的正常運行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為基于模塊化多電平換流器的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置及其控制框圖示意圖。
[0017]圖2為測試裝置的電網(wǎng)側(cè)多電平換流器中各個子模塊直流電容電壓波形圖。
[0018]圖3為測試裝置的電網(wǎng)側(cè)多電平換流器交流側(cè)A、B、C三相輸出多電平波形圖。
[0019]圖4為本發(fā)明實施例中單相故障-A相電壓跌落至20%額定值時的波形圖。
[0020]圖5為本發(fā)明實施例中三相故障-三相電壓均跌落至20%額定值時的波形圖。
[0021]圖6為本發(fā)明實施例中三相電壓不平衡-注入20%的負(fù)序電壓分量時的波形圖。
[0022]圖7為本發(fā)明實施例中三相注入5%的5次和5%的7次諧波電壓分量時的波形圖。
[0023]圖8為本發(fā)明實施例中三相注入1%頻率為8.8Hz的電壓分量時的波形圖。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明的以下實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0025]如圖1所示，本實施例的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，包括兩個背向連接的模塊化多電平換流器，之一多電平換流器與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接，另一多電平換流器連接電網(wǎng)35KV母線；裝置還包括擾動發(fā)生模塊和直流充電啟動模塊，所述擾動發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生擾動控制信號的軟件信號發(fā)生單元和執(zhí)行控制信號產(chǎn)生擾動信號的控制單元，所述擾動發(fā)生模塊與連接風(fēng)電機(jī)組35KV母線的模塊化多電平換流器相連接；所述直流充電啟動模塊連接于與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器和電網(wǎng)35KV母線之間，用于啟動與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器。其中的軟件信號發(fā)生單元由用于編程模擬風(fēng)電場擾動控制信號的MATLAB編程單元、用于存儲所述控制信號的案例存儲庫以及與控制單元相連接的控制信號輸出單元組成。
[0026]在本實施例中，由MATLAB編程單元產(chǎn)生的控制信號包括風(fēng)電場電壓波動、頻率跳變、電壓諧波、三相不平衡及閃變中一種或多種擾動控制信號。為了便于測試過程的控制，提高測試效率，在本實施例中，裝置還包括用于控制被測風(fēng)電機(jī)組連接和斷開的第一斷路器，用于控制擾動發(fā)生模塊直流平滑啟動的第二斷路器。
[0027]本實施例提供的一種利用上述風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的測試方法，包括以下步驟:
[0028]S1、使用MATLAB編程單元中仿真軟件搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)仿真模型，模擬風(fēng)電場的電壓擾動方式，所述擾動包括電壓波動、頻率波動、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變中的一種或多種，生成風(fēng)電機(jī)組35kV并網(wǎng)點的三相擾動電壓Uref，并將所述擾動方式的電壓擾動曲線存入案例存儲庫。其具體過程為:基于MATLAB仿真軟件的SMULINK模塊搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)的仿真模型，該模型由交流電網(wǎng)等值無窮大電源、交流線路和風(fēng)電機(jī)組組成，在不同線路或母線上設(shè)置單相、兩相不對稱故障或三相短路接地故障，模擬電網(wǎng)電壓跌落、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變電壓擾動，生成風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點的三相擾動電壓指令信號UMf ;同時將所述電壓擾動曲線分類存入案例存儲庫中，用于擾動數(shù)據(jù)重復(fù)使用。利用本實施例的裝置或方法，也可根據(jù)現(xiàn)場測試過程中的實際需求，通過MATLAB仿真模擬各種類型的故障形式并生成新的擾動電壓Uref。
[0029]上述利用MATLAB仿真軟件搭建典型的風(fēng)電場運行系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對風(fēng)電場各種電壓擾動仿真，為了測試結(jié)果的全面性，也可根據(jù)現(xiàn)場測試過程中的實際需求，在建立的典型風(fēng)電場運行系統(tǒng)中通過MATLAB仿真實時模擬各種類型的故障形式，生成新的擾動電壓指令信號UMf后輸入 到擾動發(fā)生裝置的操作平臺中供測試中調(diào)用，而不僅僅局限于調(diào)用典型的電壓擾動曲線。
[0030]S2、將兩個背向連接的模塊化多電平換流器接入電網(wǎng)35kV母線和待測試的風(fēng)電機(jī)組35kV母線之間。兩個背向連接的模塊化多電平換流器形成所述風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的核心硬件部分，與現(xiàn)有的同類測試裝置相比，省掉了以往風(fēng)電機(jī)組擾動發(fā)生裝置中兩側(cè)的升壓變壓器，由模塊化多電平換流器替代，控制更加靈活。上述的多電平換流器由6個橋臂組成，每個橋臂由N個相互連接且結(jié)構(gòu)相同的子模塊與一個電抗器串聯(lián)組成，QKl和QK2為擾動發(fā)生裝置與風(fēng)電機(jī)組和交流系統(tǒng)側(cè)相互連接的斷路器(第一斷路器和第二斷路器)，QK1用于被測風(fēng)電機(jī)組的投入和切除，QK2用于該擾動發(fā)生裝置直流的平滑啟動控制。兩側(cè)的模塊化多電平換流器完成各自的控制目標(biāo)和功能，其中35kV交流系統(tǒng)側(cè)的模塊化多電平換流器(GS-MMC，Grid-side MMC)主要以直流電壓平衡和無功功率作為控制目標(biāo)，維持直流正負(fù)極電壓恒定，在各種電壓擾動下隔離風(fēng)電機(jī)組側(cè)和系統(tǒng)側(cè)，保證并網(wǎng)交流系統(tǒng)不受電壓擾動的影響，同時還能對系統(tǒng)提供一定的無功功率支撐能力；被測試風(fēng)電機(jī)組35kV側(cè)的模塊化多電平換流器(WT-MMC，Wind-turbine side MMC)主要實現(xiàn)各種擾動電壓的跟蹤控制，其輸出電壓必須足夠快速準(zhǔn)確地跟蹤參考的擾動電壓，以滿足進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量檢測的要求。
[0031]S3、啟動模塊化多電平換流器:使用電網(wǎng)35KV母線電壓啟動背向連接的兩個模塊化多電平換流器，其中與風(fēng)電機(jī)組35kV母線相連接的模塊化多電平換流器通過直流充電啟動模塊啟動。這是因為風(fēng)電場無法對風(fēng)電場側(cè)模塊化多電平換流器WT-MMC提供啟動電源，因此WT-MMC啟動所需能量來自對側(cè)GS-MMC所連接的交流電網(wǎng)，并通過直流線路對其子模塊電容進(jìn)行充電。
[0032]上述步驟S3的具體過程:首先，閉合斷路器QK2，交流電網(wǎng)通過二極管不可控整流作用對GS-MMC和WT-MMC子模塊電容同時充電，此時GS-MMC充電的能量來源于交流電網(wǎng)，每個橋臂N個子模塊串聯(lián)接入交流系統(tǒng)兩相之間；而WT-MMC通過直流線路啟動，每相上下橋臂共2N個子模塊串聯(lián)接到直流正極和負(fù)極之間。也即是說，在不可控整流階段，WT-MMC投入子模塊數(shù)是GS-MMC投入的2倍，則不可控整流結(jié)束后，GS-MMC每個子模塊直流電容電壓是WT-MMC的2倍。
[0033]其次，當(dāng)線路直流電壓達(dá)到交流線電壓峰值后，啟動WT-MMC控制系統(tǒng)以減半投入的子模塊數(shù)，交流電網(wǎng)通過直流線路繼續(xù)對WT-MMC各個子模塊電容充電，而GS-MMC各個子模塊電容電壓保持不變。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時，直流兩極電壓Vdc;、GS-MMC子模塊電容電壓Vdcuk和WT-MMC子模塊電容電壓Vwdcuk與交流電網(wǎng)線電壓有效值Veffls滿足如下所示的關(guān)系式:
[0034]Vdc — ~J2VGRMS,Vdcjk — ^flVams /N, VndiJk — Gms IN
[0035]S4、控制電網(wǎng)35KV母線側(cè)多電平換流器的高頻整流，使各子模塊的電容電壓調(diào)整為指定值，控制跟蹤風(fēng)電機(jī)組側(cè)多電平換流器電壓，實現(xiàn)多電平換流器風(fēng)電機(jī)組側(cè)輸出電壓與擾動電壓指令信號Uref的跟蹤控制。輸出各種類型的擾動電壓，以達(dá)到對風(fēng)電機(jī)組運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量測試的目標(biāo)。本步驟的具體過程為:完成WT-MMC和GS-MMC的直流啟動過程后，則啟動GS-MMC和WT-MMC的控制電路，閉合風(fēng)電場側(cè)斷路器QK1。其中GS-MMC啟動高頻整流控制，通過直流電流控制方式提高子模塊電容電壓至額定值，并保持在各電容電壓給定值附近;WT-MMC則獲取步驟SI生成的各種擾動電壓參考值Uref，在確保GS-MMC和WT-MMC兩端換流器直流側(cè)電壓同步上升直至額定值的前提下，實現(xiàn)WT-MMC風(fēng)電機(jī)組側(cè)電壓與擾動電壓指令值Uref的快速跟蹤控制，使得風(fēng)電機(jī)組交流側(cè)電壓為通過MATLAB可編程仿真的各種擾動電壓，以達(dá)到對風(fēng)電機(jī)組運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量測試的目標(biāo)。
[0036]本發(fā)明通過以上實施例提供了一種基于模塊化多電平換流器的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，該裝置可用于風(fēng)電機(jī)組運行適應(yīng)性和電能質(zhì)量測試。該裝置采用風(fēng)電場側(cè)模塊化多電平換流器和電力系統(tǒng)側(cè)模塊化多電平換流器背靠背相連的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無需在風(fēng)電場側(cè)和電網(wǎng)側(cè)分別接入變壓器，同時也利用目前模塊化多電平換流器在高壓直流輸電系統(tǒng)中的運行經(jīng)驗，解決了 IGBT器件耐壓和通流能力限制等問題，可實現(xiàn)裝置功能的多樣性和控制靈活性。通過MATLAB仿真軟件靈活地模擬電網(wǎng)的各種電壓擾動，將生成的擾動電壓指令通過編程接口接入擾動發(fā)生裝置的控制單元，模擬風(fēng)電并網(wǎng)電壓等級下電壓波動、頻率波動、不平衡、電壓畸變及閃變等多種擾動工況，提供一種在不影響風(fēng)電系統(tǒng)正常運行前提下的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試新方法。
[0037]圖1為基于模塊化多電平換流器的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置及其控制框圖。該裝置由兩個背靠背的模塊化多電平換流器組成，串聯(lián)接在交流電網(wǎng)35kV母線和待測試的風(fēng)電機(jī)組35kV母線之間。如圖1所示，風(fēng)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)每個模塊化多電平換流器由6個橋臂組成，每個橋臂由N個(該實施例中，N=20)相互連接且結(jié)構(gòu)相同的半橋子模塊與一個電抗器La串聯(lián)組成，Ra表不電抗器的寄生電阻。以其中一個子模塊為例，和Duk、D2,Jk分別表示第j個橋臂的第k個半橋子模塊的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)及其反并聯(lián)二極管，Vdc,Jk表示第j個橋臂的第k個半橋子模塊的直流側(cè)電容電壓，U1u2,Jk表示第j個橋臂的第k個半橋子模塊的交流側(cè)輸出端子。每個半橋子模塊在兩種電流方向情況下進(jìn)行全模塊電壓(IVjk開通，T2, Jk關(guān)斷)Vdc, Jk和零模塊電壓(IVjk關(guān)斷，T2, Jk開通)之間的切換。每個子模塊有3種工作狀態(tài):(I)Tuk和T2 j均關(guān)斷。在這種狀態(tài)下，如果電流從正直流極流入且朝著交流側(cè)方向流動，電流則流過電容器對其充電；當(dāng)電流朝著相反方向流動時，電流就會繞過電容器，此為閉鎖狀態(tài)；(2)?\，Λ導(dǎo)通，Τ2，Λ關(guān)斷。在這種狀態(tài)下，子模塊處于工作狀態(tài)，電流通過續(xù)流二極管給電容器充電，或者通過T1, Jk給電容器放電；(3) T1, Jk關(guān)斷，T2，jk導(dǎo)通。在這種狀態(tài)下，電流或流過T2，jk，或流過續(xù)流二極管，保證零電壓施加在子模塊的兩端，電容器電壓無變化。
[0038]圖2為風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的電網(wǎng)側(cè)多電平換流器中每相各個子模塊直流電容電壓波形圖。電網(wǎng) 側(cè)多電平換流器每個橋臂采用20個半橋構(gòu)成，穩(wěn)態(tài)情況下每個橋臂20個子模塊的直流電容電壓均穩(wěn)定運行在2.5kV，每相上、下橋臂子模塊電壓波動方向相反。圖3為測試裝置的電網(wǎng)側(cè)多電平換流器交流側(cè)A、B、C三相輸出多電平波形圖。從圖中看出，各相輸出電壓為21電平，每相之間相位互差120度。本實施例中，風(fēng)電機(jī)組側(cè)和電網(wǎng)側(cè)換流器的結(jié)構(gòu)完全相同，風(fēng)電機(jī)組側(cè)各子模塊的電壓波形與此類似，不再贅述。[0039]圖4?圖8分別為本發(fā)明實施例中模擬各種類型的電壓擾動時各個電氣量的動態(tài)波形，主要包括電壓單相跌落、三相跌落、電壓不平衡、電壓畸變、電壓閃變等。為了反映動態(tài)特性，模擬風(fēng)電機(jī)組側(cè)接入容量為2MW的雙饋式風(fēng)電機(jī)組。圖中從上到下依次為:風(fēng)電機(jī)組側(cè)模擬的擾動電壓參考值Uref，風(fēng)電機(jī)組側(cè)實際電壓Uv，風(fēng)電機(jī)組側(cè)電流Iw，直流側(cè)兩極
電壓Ud。。
[0040]其中，圖4為本發(fā)明實施例中單相故障-A相電壓跌落至20%額定值時的動態(tài)波形圖。從圖中看出，從0.5s時刻開始，在MATLAB仿真平臺中模擬風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點35kV側(cè)A相發(fā)生單相故障，其電壓跌落至20%的額定值，形成指令電壓UMf ;擾動發(fā)生裝置則經(jīng)過電壓跟蹤控制后精確地模擬Uref，使得風(fēng)電機(jī)組側(cè)輸出電壓Uw動態(tài)跟蹤電壓指令Uref，風(fēng)電機(jī)組側(cè)電流Iw隨著電壓變化而變化，直流側(cè)電壓Udc穩(wěn)定在51.5kV附近，動態(tài)過程直流側(cè)電壓無大的沖擊。
[0041]圖5為本發(fā)明實施例中模擬風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點35kV側(cè)在0.5s發(fā)生三相故障，導(dǎo)致三相電壓均跌落至20%額定值時的動態(tài)波形圖，用于檢測風(fēng)電機(jī)組在三相電壓同時跌落時的低電壓穿越特性。圖中35kV并網(wǎng)點經(jīng)過擾動發(fā)生裝置輸出三相電壓同時跌落至20%額定值的電壓，直流側(cè)電壓穩(wěn)定在51.5kV附近，動態(tài)過程無大的沖擊。
[0042]圖6為本發(fā)明實施例中模擬風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點35kV側(cè)在0.5s注入20%的負(fù)序電壓分量時的動態(tài)波形圖，用于檢測風(fēng)電機(jī)組在電壓不平衡時的動態(tài)特性；圖7為本發(fā)明實施例中三相注入5%的5次和5%的7次諧波電壓分量時的動態(tài)波形圖，用于檢測風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)點電壓發(fā)生畸變時的動態(tài)特性；圖8為本發(fā)明實施例中三相注入1%頻率為8.8Hz的電壓分量時的動態(tài)波形圖，用于檢測風(fēng)電機(jī)組在電壓閃變時的動態(tài)特性。從各種擾動的仿真結(jié)果看出，基于模塊化多電平換流器的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置能夠根據(jù)MATLAB發(fā)出的各種電壓指令動態(tài)地調(diào)整測試裝置風(fēng)電機(jī)組側(cè)35kV母線的輸出電壓，動態(tài)特性和精度能夠達(dá)到檢測風(fēng)電機(jī)組運行適應(yīng)性的要求，同時該發(fā)生裝置不會對電網(wǎng)造成較大的沖擊和影響，并充分利用了模塊化多電平換流器的優(yōu)點，無需升壓變壓器，即可將該裝置直接接入風(fēng)電機(jī)組35kV并網(wǎng)點進(jìn)行電網(wǎng)適應(yīng)性測試。
[0043]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，其特征在于，包括兩個背向連接的模塊化多電平換流器，之一多電平換流器與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接，另一多電平換流器連接電網(wǎng)35KV母線；裝置還包括擾動發(fā)生模塊和直流充電啟動模塊，所述擾動發(fā)生模塊包括用于產(chǎn)生擾動控制信號的軟件信號發(fā)生單元和執(zhí)行控制信號產(chǎn)生擾動信號的控制單元，所述擾動發(fā)生模塊與連接風(fēng)電機(jī)組35KV母線的模塊化多電平換流器相連接；所述直流充電啟動模塊連接于與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器和電網(wǎng)35KV母線之間，用于啟動與風(fēng)電機(jī)組35KV母線相連接的多電平換流器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，其特征在于，所述軟件信號發(fā)生單元包括用于編程模擬風(fēng)電場擾動控制信號的MATLAB編程單元、用于存儲所述控制信號的案例存儲庫以及與控制單元相連接的控制信號輸出單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，其特征在于，所述控制信號包括風(fēng)電場電壓波動、頻率跳變、電壓諧波、三相不平衡及閃變中一種或多種擾動控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之任一項權(quán)利要求所述的風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于控制被測風(fēng)電機(jī)組連接和斷開的第一斷路器，用于控制擾動發(fā)生模塊直流平滑啟動的第二斷路器。
5.利用上述風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 51、使用MATLAB編程單元中仿真軟件搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)仿真模型，模擬風(fēng)電場的電壓擾動方式，所述擾動包括電壓波動、頻率波動、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變中的一種或多種，生成風(fēng)電機(jī)組35kV并網(wǎng)點的三相擾動電壓Uref，并將所述擾動方式的電壓擾動曲線存入案例存儲庫； 52、將兩個背向連接的模塊化多電平換流器接入電網(wǎng)35kV母線和待測試的風(fēng)電機(jī)組35kV母線之間； 53、啟動模塊化多電平換流器:使用電網(wǎng)35KV母線電壓啟動背向連接的兩個模塊化多電平換流器，其中與風(fēng)電機(jī)組35kV母線相連接的模塊化多電平換流器通過直流充電啟動模塊啟動； 54、控制電網(wǎng)35KV母線側(cè)多電平換流器的高頻整流，使各子模塊的電容電壓調(diào)整為指定值，控制跟蹤風(fēng)電機(jī)組側(cè)多電平換流器電壓，實現(xiàn)多電平換流器風(fēng)電機(jī)組側(cè)輸出電壓與擾動電壓指令信號Uref的跟蹤控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，步驟SI中使用MATLAB編程單元中仿真軟件搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)仿真模型，實現(xiàn)對風(fēng)電場電壓擾動仿真的過程為:基于MATLAB仿真軟件的SMULINK模塊搭建風(fēng)電場運行系統(tǒng)的仿真模型，該模型由交流電網(wǎng)等值無窮大電源、交流線路和風(fēng)電機(jī)組組成，在不同線路或母線上設(shè)置單相、兩相不對稱故障或三相短路接地故障，模擬電網(wǎng)電壓跌落、三相不平衡、三相畸變以及電壓閃變電壓擾動，生成風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點的三相擾動電壓指令信號UMf ;同時將所述電壓擾動曲線分類存入案例存儲庫中，用于擾動數(shù)據(jù)重復(fù)使用。
【文檔編號】G01R31/00GK103969578SQ201410100721
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】韓楊 申請人:電子科技大學(xué)