风电机组电网适应性测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术的风电机组电网适应性测试装置包括两个背向连接的模块化多电平换流器以及扰动发生模块和直流充电启动模块，所述扰动发生模块包括用于产生扰动控制信号的软件信号发生单元和执行控制信号产生扰动信号的控制单元，所述扰动发生模块与连接风电机组35KV母线的模块化多电平换流器相连接。有益效果在于能够对风电机组并网电压等级下的各种扰动包括电压波动、频率跳变、电压谐波或三相不平衡、闪变等进行灵活地模拟。同时，该装置采用模块化多电平换流器结构，无需变压器，直接串联接入当前风电机组的35kV并网电压等级的电网中。

【技术实现步骤摘要】
风电机组电网适应性测试装置及测试方法
本专利技术属于风力发电机组接入电力系统的入网检测
，具体涉及一种基于模块化多电平换流器的兆瓦级风电机组电网适应性测试装置及测试方法。
技术介绍
目前，中国风电在电网中的比重不断提高，并正在由分散、小规模开发、就地消纳逐步向大规模、高集中开发，远距离、高电压电网输送方向发展。为规范风电场的并网工作，促进风电科学健康可持续发展，确保风电场和电网安全稳定运行，国家电网公司出台了《国家电网公司风电场接入电网技术规定》。在风电场运行适应性方面，明确了风电场在不同并网点电压范围、频率范围内的运行规定；在风电场电能质量方面，明确了风电场对电压偏差、闪变、谐波等的具体要求。也即是说，当电网发生电压波动、频率跳变、电压谐波或三相不平衡、闪变等各种扰动时，并网运行的风电机组必须具备良好的电网适应能力。因此，对风电机组的运行适应性和电能质量检测是非常必要的。目前，我国已具备风电机组低电压穿越能力的检测手段，但对于风电机组是否能够经受电网的各种扰动的检测能力还相对薄弱，有必要结合风电机组的动态特性，在确保对原有供电系统不造成影响的前提下，提出一种适应于当前风电场电网电压等级下的风电机组电网适应性测试装置。国内外学者在可控电压扰动发生装置方面开展了相关的研究，但是没有结合风电场实际的应用场合和相关技术难点进行深入研究。根据专利检索得知，中国专利技术201010234259.4提供了一种对风电机组进行入网测试和对大型风电场并网运行进行检测评价的扰动发生装置。该扰动发生装置产生用于风电机组测试的各种电压，由低频电压扰动装置和高频电压扰动装置组成，低频电压扰动装置由启动电阻、降压变压器、滤波器、并联电压源换流器模块和升压变压器组成，实现低频电压扰动的功能；高频电压扰动装置由启动电阻、整流变压器、PWM整流器模块、级联H桥模块和滤波器组成，实现输出2～25次谐波电压功能。其专利技术的优点在于可实现电压波动、频率波动、电压畸变和三相电压不平衡等多种扰动，每相电压可分别调整，满足风电机组在电动和发电状态之间的切换要求。但是该装置存在结构复杂、价格昂贵、控制难度大的缺点，低频电压扰动和高频电压扰动装置串联运行时容易相互干扰，控制效果容易受到影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的风电机组电网适应性测试装置采用串联的低频电压扰动装置和高频电压扰动装置结构复杂、价格昂贵、控制难度大及容易相互干扰等不足，提出了一种风电机组电网适应性测试装置以及基于所述装置的风电机组电网适应性测试方法。本专利技术的技术方案为：风电机组电网适应性测试装置，其特征在于，包括两个背向连接的模块化多电平换流器，之一多电平换流器与风电机组35KV母线相连接，另一多电平换流器连接电网35KV母线；装置还包括扰动发生模块和直流充电启动模块，所述扰动发生模块包括用于产生扰动控制信号的软件信号发生单元和执行控制信号产生扰动信号的控制单元，所述扰动发生模块与连接风电机组35KV母线的模块化多电平换流器相连接；所述直流充电启动模块连接于与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器和电网35KV母线之间，用于启动与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器。进一步的，所述软件信号发生单元包括用于编程模拟风电场扰动控制信号的MATLAB编程单元、用于存储所述控制信号的案例存储库以及与控制单元相连接的控制信号输出单元。进一步的，所述控制信号包括风电场电压波动、频率跳变、电压谐波、三相不平衡及闪变中一种或多种扰动控制信号。进一步的，所述装置还包括用于控制被测风电机组连接和断开的第一断路器，用于控制扰动发生模块直流平滑启动的第二断路器。利用上述风电机组电网适应性测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、使用MATLAB编程单元中仿真软件搭建风电场运行系统仿真模型，模拟风电场的电压扰动方式，所述扰动包括电压波动、频率波动、三相不平衡、三相畸变以及电压闪变中的一种或多种，生成风电机组35kV并网点的三相扰动电压Uref，并将所述扰动方式的电压扰动曲线存入案例存储库；S2、将两个背向连接的模块化多电平换流器接入电网35kV母线和待测试的风电机组35kV母线之间；S3、启动模块化多电平换流器：使用电网35KV母线电压启动背向连接的两个模块化多电平换流器，其中与风电机组35kV母线相连接的模块化多电平换流器通过直流充电启动模块启动；S4、控制电网35KV母线侧多电平换流器的高频整流，使各半桥子模块的电容电压调整为指定值，控制跟踪风电机组侧多电平换流器电压，实现多电平换流器风电机组侧输出电压与扰动电压指令信号Uref的跟踪控制。进一步的，步骤S1中使用MATLAB编程单元中仿真软件搭建风电场运行系统仿真模型，实现对风电场电压扰动仿真的过程为：基于MATLAB仿真软件的SIMULINK模块搭建风电场运行系统的仿真模型，该模型由交流电网等值无穷大电源、交流线路和风电机组组成，在不同线路或母线上设置单相、两相不对称故障或三相短路接地故障，模拟电网电压跌落、三相不平衡、三相畸变以及电压闪变电压扰动，生成风电机组并网点的三相扰动电压指令信号Uref；同时将所述电压扰动曲线分类存入案例存储库中，用于扰动数据重复使用。本专利技术的有益效果：本专利技术的风电机组电网适应性测试装置，采用MATLAB可编程仿真的方式，能够对风电机组并网电压等级下的各种扰动包括电压波动、频率跳变、电压谐波或三相不平衡、闪变等进行灵活地模拟。同时，该装置采用模块化多电平换流器结构，无需变压器，直接串联接入当前风电机组的35kV并网电压等级的电网中。鉴于模块化多电平换流器已在直流系统中运用较为成熟，因此完全可以满足装置功能的多样性和控制灵活性，达到风电机组在电动和发电状态各种扰动情况下动态特性测试的要求，并且对并网的电力系统不造成较大的影响和冲击。并可通过人机交互界面自由地选择电压扰动形式，有针对性地检测风电机组的运行适应性和电能质量相关指标；该装置串联接在被测风电机组母线侧与交流电网之间，实现了风电机组侧与电网侧的完全隔离，这样风电机组侧的故障不会影响交流电网的正常运行。附图说明图1为基于模块化多电平换流器的风电机组电网适应性测试装置及其控制框图示意图。图2为测试装置的电网侧多电平换流器中各个子模块直流电容电压波形图。图3为测试装置的电网侧多电平换流器交流侧A、B、C三相输出多电平波形图。图4为本专利技术实施例中单相故障-A相电压跌落至20％额定值时的波形图。图5为本专利技术实施例中三相故障-三相电压均跌落至20％额定值时的波形图。图6为本专利技术实施例中三相电压不平衡-注入20％的负序电压分量时的波形图。图7为本专利技术实施例中三相注入5％的5次和5％的7次谐波电压分量时的波形图。图8为本专利技术实施例中三相注入1％频率为8.8Hz的电压分量时的波形图。具体实施方式本专利技术的以下实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的风电机组电网适应性测试装置，包括两个背向连接的模块化多电平换流器，之一多电平换流器与风电机组35KV母线相连接，另一多电平换流器连接电网35KV母线；装置还包括扰动发生模块和直流充电启动模块，所述扰动发生模块包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
风电机组电网适应性测试装置，其特征在于，包括两个背向连接的模块化多电平换流器，之一多电平换流器与风电机组35KV母线相连接，另一多电平换流器连接电网35KV母线；装置还包括扰动发生模块和直流充电启动模块，所述扰动发生模块包括用于产生扰动控制信号的软件信号发生单元和执行控制信号产生扰动信号的控制单元，所述扰动发生模块与连接风电机组35KV母线的模块化多电平换流器相连接；所述直流充电启动模块连接于与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器和电网35KV母线之间，用于启动与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器。

【技术特征摘要】
1.风电机组电网适应性测试装置，其特征在于，包括两个背向连接的模块化多电平换流器，之一多电平换流器与风电机组35KV母线相连接，另一多电平换流器连接电网35KV母线；装置还包括扰动发生模块和直流充电启动模块，所述扰动发生模块包括用于产生扰动控制信号的软件信号发生单元和执行控制信号产生扰动信号的控制单元，所述扰动发生模块与连接风电机组35KV母线的模块化多电平换流器相连接；所述直流充电启动模块连接于与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器和电网35KV母线之间，用于启动与风电机组35KV母线相连接的多电平换流器；风电机组侧和电网侧每个模块化多电平换流器由6个桥臂组成，每个桥臂由N个相互连接且结构相同的半桥子模块与一个电抗器La串联组成；所述半桥子模块包括两个串联的绝缘栅双极晶体管，每个绝缘栅双极晶体管分别反并联一个二极管，两个绝缘栅双极晶体管的两端并联一个直流侧电容器；T1,jk、T2,jk和D1,jk、D2,jk分别表示第j个桥臂的第k个半桥子模块的绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其反并联二极管，Vdc,jk表示第j个桥臂的第k个半桥子模块的直流侧电容电压，u1,jk、u2,jk表示第j个桥臂的第k个半桥子模块的交流侧输出端子；每个半桥子模块在两种电流方向情况下进行全模块电压和零模块电压之间的切换；所述全模块电压即T1,jk开通，T2,jk关断；所述零模块电压即T1,jk关断，T2,jk开通；每个半桥子模块有3种工作状态：(1)T1,jk和T2,jk均关断，在这种状态下，如果电流从正直流极流入且朝着交流侧方向流动，电流则流过直流侧电容器对其充电；当电流朝着相反方向流动时，电流就会绕过直流侧电容器，此为闭锁状态；(2)T1,jk导通，T2,jk关断，在这种状态下，半桥子模块处于工作状态，电流通过反并联二极管D2,jk给直流侧电容器充电，或...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51