移动式低电压穿越测试装置

(a) 交流 调 压 形式 的 VS G
(b) 交直交变换形式的低电压穿越测试装置 图 2-4 电力电子变换的低电压穿越测试装置电路原理图
3 国内外研制情况概述
在风电较为发达的欧美国家，如丹麦、德国、加拿大等，对风机低电压穿越 测试装置的研究已有较长的历史。 德国 FGH 公司等早在 10 年前就研制成功了低 电压穿越测试装置，并投入了市场。经过近 10 年的发展和完善，成套装置的功 能日趋完善，可完成《欧洲 E.ON 并网导则》和各国自行制定的风电并网标准规 定的所有低电压穿越试验， 满足额定容量最大为 3MW 的风电机组低电压穿越测 试的需求。欧美国家研制的低电压穿越测试装置以阻抗分压式为主，包括移动式 和固定式两种类型结构；在欧美等国的一些高校和科研机构，对采用交直交变换 形式实现的低电压穿越测试装置也进行了深入研究， 并研制了试验室样机。 然而 ， 由于 IGBT（绝缘栅双极晶体管） 、GTO（门可关断晶闸管）等可关断器件短时 承受过电流能力不强， 因此采用交直交变换形式的低电压穿越测试装置目前还没
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LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
1 前言
我国风电发展前景广阔：陆地上可开发的风力资源至少有 2.53 亿千瓦，未 来十年中，西北、东北、内蒙等内陆将建设多个千万千瓦级风电基地；我国近海 区域的风力资源可开发储量有 7.5 亿千瓦，发展海上风电的潜力很大，在上海、 江苏、山东等省市近海仅 2010 年—2011 年就将有 10 多个海上风电场开始建设。 据国家能源局的规划，预计到 2020 年，我国风力发电装机总量将占全国总装机 容量的 20%。 随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大， 风力发电系统对电网的影响 已经不能忽略。特别对于我国风电大规模集中接入的方式，当电网发生故障造成 并网点电压跌落时，一旦风电机组自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严 重影响电网的安全稳定运行，使风力发电这种清洁能源的应用受到限制。因此， 大 规 模 并 网 运 行 的 风 电 机 组 必 须 具 有 低 电 压 穿 越 能 力 (Low Voltage Ride Through，LVRT)。风电机组并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌 落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提 供无功功率。 目前，丹麦、德国等欧洲国家制定了新的电网运行准则，应用范围较广的风 电机组并网标准是《欧洲 E.ON 并网导则》 ；在国内，国家电网公司也已发布了 《风电场并网技术规定》 。然而，目前国内试验和测试手段匮乏，尚不能研制与 技术标准相配套的低电压穿越测试装置（电压跌落发生装置） ，低电压穿越测试 试验无法在现场进行，难以为风电场的并网验收试验提供有效的技术支撑，也严 重制约我国风力发电的发展。 为了提高我国风电机组并网运行检测能力， 推动风电机组配套设备的自主创 新，解决我国风电机组并网运行的瓶颈，中国电科院中电普瑞科技有限公司在成 功研制张北风电研究检测中心 35kV/6MVA 固定电压跌落发生装置的基础上，通 过自主创新进一步研制出国内首创的低电压穿越测试装置。 该装置采用阻抗分压 式、集中结构、紧凑型设计，具有运输方便、测试灵活、占地面积小等优点。 低电压穿越测试装置根据国内风机的特点分为适用于 6MVA 及以下风机的 低电压穿越测试装置（以下简称 LVRT—6） 、适用于 3MVA 及以下风机用低电压
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LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
图 2-2a 是并联方式，其中变压器 1 是降压变压器，变压器 2 是升压变压器，电 压跌落通过变压器 2 和开关 S1、S2 实现；正常运行时，S1 闭合，S2 断开，负 载由电网通过变压器 1 供电，当需要电压跌落时，闭合 S2，即可使负载电压近 似降到零，断开 S1 即可使电压跌落结束。图 2-2b 为串联方式，降压变压器和升 压变压器的电压比相反，正常运行时开关组 1 闭合，开关组 2 断开，电网电压经 两级变压器先降压再升压对负载供电，断开开关组 1，同时闭合开关组 2，令负 载电压跌至降压变压器的二次电压，达到电压跌落的过程，断开开关组 2 同时闭 合开关组 1，则负载电压恢复正常。
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LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
目
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前言.........................................................................................................................2 低电压穿越测试装置的原理及分类.....................................................................3 国内外研制情况概述.............................................................................................5 装置使用环境和引用标准.....................................................................................6 4.1 使用环境条件.............................................................................................. 6 4.2 所符合的标准.............................................................................................. 7 移动式低电压穿越测试装置配置.........................................................................9 5.1 5.2 装置整体设计.............................................................................................. 9 性能要求.................................................................................................... 10 5.2.1 总体要求..........................................................................................10 5.2.2 电压跌落和恢复过程......................................................................10 装置基本配置.............................................................................................11
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LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
负载提供标准的正弦电压。两组开关状态互补，通过调节占空比可以方便的调节 输出电压，从而获得需要的跌落深度。 基于交—直—交变流器实现的低电压穿越测试装置如图 2-4b 所示，可以实 现多种故障波形，包括电压跌落、闪变、过电压、欠电压等，并方便地控制电压 跌落深度、持续时间、相位和跌落的类型。
LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
LVRT-6、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
中国电力科学研究院 中电普瑞科技有限公司 2010 年 11 月
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内容摘要
本文介绍了中国电科院中电普瑞科技有限公司的移动式低电压穿越测试装 置， 对移动式低电压穿越测试装置和普通固定式低电压穿越测试装置的性能特点 和适用场合进行了对比分析。此外，本文还介绍了中电普瑞科技有限公司研制成 功的张北风电研究检测中心 35kV/6MVA 固定电压跌落装置的主要性能特点。最 后阐述了中电普瑞科技有限公司在研制低电压穿越测试装置方面具有的技术实 力。
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LVRT-6 、LVRT-3 系列低电压穿越测试装置
穿越测试装置（以下简称 LVRT—3）两种类型。根据对于测试地点的要求又分 为固定式和移动式两种形式。 本文将对移动式低电压穿越测试装置的整体方案进 行介绍。
2 低电压穿越测试装置的原理及分类
现有风力发电系统用低电压穿越测试装置方案有以下 3 类：阻抗分压形式、 变压器形式和电力电子变换形式。 （1）基于阻抗分压形式实现的低电压穿越测试装置，通过在主电路中并联 或串联电阻／电抗实现电压跌落。图 2-1 是阻抗形式低电压穿越测试装置的电路 原理，其中又分为并联方式和串联方式。 并联阻抗分压情况下，通过阻抗 1、阻抗 2 以及负载阻抗的适当匹配产生预 期的电压跌落；即闭合阻抗 2 侧的断路器，产生电压跌落；断开阻抗 2 侧的断路 器，则电压恢复。 串联阻抗分压情况下， 只通过并联在阻抗两侧的断路器来实现电压的跌落及 恢复。断路器断开时，电压降低；断路器闭合时，电压迅速恢复。 基于阻抗形式实现的低电压穿越测试装置，如果并联或串联可变的阻抗，则 可以得到可变的电压跌落深度。例如图 2-1 中的开关可以是继电器、接触器或者 晶闸管， 目前开关采用双向晶闸管的阻抗形式实现低电压穿越测试装置是目前的 研究热点。
图 2-2
升降压变压器组合形式的 VS G 电路原理图
以中心抽头变压器形式实现的低电压穿越测试装置，如图 2-3 所示。其中图 2-3a 为单相结构，图 2-3b 为三相结构。变压器的变比为 1:1，正常运行时 S1 闭 合，负载电压为正常电压；实现电压跌落时，S1 断开同时 S2 闭合，使负载接入 电压比较小的中间抽头，从而实现电压跌落过程；当断开 S2 重新闭合 S1 时 ， 电压跌落结束。
图 2-3 中心抽头变压器形式的低电压穿越测试装置电路原理图 （3）基于电力电子变换的低电压穿越测试装置方案，形式多样，可以使用 交流电力控制电路、交交变频电路以及交直交变换器等，如图 2-4。 图 2-4a 为采用交流调压形式实现的低电压穿越测试装置，由双向开关 1 对 输入电压进行斩波，由双向开关 2 进行续流，并通过 LC 构成的低通滤波器，为
图 2-1 阻抗形式低电压穿越测试装置电路原理图 （2）基于变压器形式实现的低电压穿越测试装置可以分为 2-2 类：以单个 升压或降压变压器组合形式实现的低电压穿越测试装置和以中心抽头变压器形 式实现的低电压穿越测试装置。 单个升压或降压变压器组合形式实现的低电压穿越测试装置如图 2-2 所 示 。
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5.3
5.4 装置主要技术特点.................................................................................... 12 6 移动式与普通固定式结构对比分析...................................................................12 7 总结.......................................................................................................................14 附件 1 张北风电检测中心固定式电压跌落装置简介.............................................14 附件 2 中电普瑞科技有限公司在风机低电压穿越测试装置方面的研制能力简介 ......................................................................................................................................18