(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 105203890 A (43)申请公布日 2015.12.30
(21)申请号 201510703038.X(22)申请日 2015.10.26
(71)申请人国电南瑞科技股份有限公司
地址210003 江苏省南京市高新区高新路
20号
申请人国电南瑞南京控制系统有限公司
江苏省电力公司(72)发明人吴伟亮 瞿兴鸿 封阿明 邵宜祥
过亮 张侃 孙素娟(74)专利代理机构南京纵横知识产权代理有限
公司 32224
代理人董建林 闫方圆(51)Int.Cl.
G01R 31/00(2006.01)
(54)发明名称
一种风电变流器chopper装置的测试平台及方法(57)摘要
本发明公开了一种风电变流器chopper装置的测试平台及方法，测试平台包括电网接入接口、第一隔离变压器、第二隔离变压器、双馈变流器、机侧断路器，所述电网接入接口外接电网，并分别与第一隔离变压器、第二隔离变压器的一端相连接，所述第一隔离变压器的另一端与双馈变流器的网侧相连接，所述第二隔离变压器的另一端通过机侧断路器与双馈变流器的机侧相连接，测试时，所述电网接入接口、第一隔离变压器、第二隔离变压器、机侧断路器构成功率测试回路，通过双馈变流器与待测试的chopper装置相连接。本发明通过软件模拟电网低电压穿越故障，对chopper装置电气性能进行测试，测试灵活方便，经济实用，具有良好的应用前景。
权利要求书2页 说明书5页 附图5页
C N 1 0 5 2 0 3 8 9 0 A CN 105203890 A
权 利 要 求 书
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1.一种风电变流器chopper装置的测试平台，其特征在于：包括电网接入接口（1）、第一隔离变压器（2）、第二隔离变压器（3）、双馈变流器（4）、机侧断路器（5），所述电网接入接口（1）外接电网，并分别与第一隔离变压器（2）、第二隔离变压器（3）的一端相连接，所述第一隔离变压器（2）的另一端与双馈变流器（4）的网侧相连接，所述第二隔离变压器（3）的另一端通过机侧断路器（5）与双馈变流器（4）的机侧相连接，测试时，所述电网接入接口（1）、第一隔离变压器（2）、第二隔离变压器（3）、机侧断路器（5）构成功率测试回路，通过双馈变流器（4）与待测试的chopper装置（6）相连接。
2.根据权利要求1所述的风电变流器chopper装置的测试平台，其特征在于：所述双馈变流器（4）包括变流器网侧（7）、变流器机侧（8）、直流母线（9）、网侧断路器（10）、网侧接触器（11）、预充电接触器（12）和预充电电阻（13），所述变流器网侧（7）依次通过网侧接触器（11）、网侧断路器（10）与第一隔离变压器（2）的另一端相连接，所述变流器机侧（8）与第二隔离变压器（3）的另一端直接连接，所述变流器网侧（7）、变流器机侧（8）之间通过直流母线（9）相连接，所述直流母线（9）为两路，所述待测试的chopper装置（6）并联在两路直流母线之间，其中一路直流母线（9）还与预充电电阻（13）的一端相连接，所述预充电电阻（13）的另一端与预充电接触器（12）的一端相连接，所述预充电接触器（12）的另一端连接在网侧断路器（10）、网侧接触器（11）接触处。
3.基于权利要求1所述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），启动双馈变流器（4），电网分别与变流器网侧（7）、变流器机侧（8）形成背靠背能量循环回路，能量流动方向为电网流向变流器机侧（8），变流器机侧（8）流向直流母线（9），直流母线（9）流向变流器网侧（7），变流器网侧（7）流向电网；
步骤（B），变流器网侧（7）软件模拟电网低电压穿越故障，设置故障类型及故障时间，在故障期间，变流器网侧（7）进入低电压穿越运行模式，变流器网侧(7)内三相全桥的开关管关断而停止工作；
步骤（C），变流器机侧（8）仍然往直流母线（9）灌入能量，直流母线（9）的电压被抬升；步骤（D），根据低电压穿越控制策略，变流器网侧（7）检测到直流母线（9）的电压超过chopper装置动作上限值，触发待测试的chopper装置（6）动作，泄放直流侧能量；
步骤（E），经过泄放能量，直流母线（9）的电压下降，低于chopper装置动作下限值，待测试的chopper装置（6）退出动作；
步骤（F），变流器机侧（8）一直往直流母线（9）灌入能量，重复步骤（D）和步骤（E）循环执行，待测试的chopper装置（6）工作模式为滞环模式，用于进行测试，所述待测试的chopper装置（6）的动作频率通过变流器机侧（8）的给定电流大小控制；
步骤（G），当双馈变流器（4）运行超过步骤（B）设定的电网低电压穿越故障时间，变流器网侧（7）和变流器机侧（8）都停止工作，测试完成。
4.根据权利要求3所述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：步骤（A）启动双馈变流器（4），电网分别与变流器网侧（7）、变流器机侧（8）形成背靠背能量循环回路，包括以下步骤，
（A1），闭合网侧断路器（10）和预充电接触器（12），对直流母线（9）预充电；（A2），分断预充电接触器（12），闭合网侧接触器（11），再闭合机侧断路器（5）；
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权 利 要 求 书
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（A3），将变流器网侧（7）并网，使能电压电流双环控制，控制直流母线（9）的电压为1100V；
(A4），将变流器机侧（8）并网，使能电流内环控制，通过控制内环电流给定方向，使得能量流动方向为电网流向变流器机侧（8），变流器机侧（8）流向直流母线（9），直流母线（9）流向变流器网侧（7），变流器网侧（7）流向电网。
5.根据权利要求3所述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：所述chopper装置动作上限值为1170V， chopper装置动作下限值为1130V。
6.根据权利要求3所述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于，步骤（B），变流器网侧（7）软件模拟电网低电压穿越故障，设置故障类型及故障时间，包括以下步骤，
（B1）电网电压来源包括实际电网电压和软件中编写的幅值可调的模拟电网电压；（B2）当电网模拟使能信号为0时，电网电压等于实际电网电压；当电网模拟使能信号为1时，电网电压等于模拟电网电压；
（B3）待测试的chopper装置（6）测试时，电网模拟使能信号设置为1，通过设置模拟电网电压的幅值和时间，实现电网低电压穿越故障，并确定故障类型及故障时间。
7.根据权利要求3所述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于，步骤（B），变流器网侧（7）进入低电压穿越运行模式，变流器网侧(7)内三相全桥的开关管关断而停止工作，包括以下步骤，
（B11），正常工作时，电网模拟使能信号为0，进入电网观测器的电压为实际电网电压；（B12），待测试的chopper装置（6）测试时，电网模拟使能信号为1，进入电网观测器的电压为模拟电网电压；
（B13），电网观测器进行低电压穿越状态判断，当变流器网侧（7）进入电网低电压穿越故障时，变流器网侧(7)内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧（8）仍然往直流母线（9）灌入能量，直流母线（9）的电压被抬升。
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说 明 书
一种风电变流器chopper装置的测试平台及方法
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技术领域
本发明属于大功率电力设备测试技术领域，具体涉及一种风电变流器chopper装置的测试平台及方法。
[0001]
背景技术
随着新能源的快速发展，风电能源在整个电网所占比例越来越大，因此，电网对风
电机组接入提出了更高的要求，其中要求风电机组具备低电压穿越能力（LVRT），即在所连接电网发生故障导致风电场电压跌落后，风电机组能够通过低电压穿越保证不间断并网运行，从而避免风电场的切出严重影响到电网系统运行的稳定性。[0003] 当电网发生低电压穿越故障时，风电机组并网点电网电压跌落，风电机组的能量送不出去，同时，风电机组本身的大机械惯性特性，能量会持续送往风电变流器，从而导致风电变流器能量输入输出的短暂不平衡，如果此时不加以控制，最终会损坏风电变流器。为了保护风电变流器，同时实现低电压穿越功能，一般无论是双馈变流器还是全功率变流器，都会在直流母线接入chopper装置，当母线电压高于设定值，投入chopper装置进行能量泄放。
[0004] chopper装置通常由IGBT功率模块串联泄能电阻组成，通过IGBT的开关控制chopper装置的投入，目前，在chopper装置设计完成后，需要对其电气性能测试，主要包括：IGBT功率模块的电流出力短时过载能力和泄能电阻的热容能力，由于chopper设计时是利用其短时过载能力，一般情况下，要对chopper装置极限性能进行测试，需要专门的低电压跌落硬件平台和变流器拖动平台。对于一般变流器厂家而言，以上设备投入巨大，不具备以上设备条件，只能借助风电整机厂家的测试平台或低电压认证测试机会，费钱费力。
[0002]
发明内容
本发明所解决的技术问题是现有技术中对chopper装置测试，所需测试设备投入巨大，测试不便，费钱费力的问题。本发明的风电变流器chopper装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试装置，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对chopper装置电气性能进行测试，测试灵活方便，经济实用，具有良好的应用前景。[0006] 为了解决达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种风电变流器chopper装置的测试平台，其特征在于：包括电网接入接口、第一隔离变压器、第二隔离变压器、双馈变流器、机侧断路器，所述电网接入接口外接电网，并分别与第一隔离变压器、第二隔离变压器的一端相连接，所述第一隔离变压器的另一端与双馈变流器的网侧相连接，所述第二隔离变压器的另一端通过机侧断路器与双馈变流器的机侧相连接，测试时，所述电网接入接口、第一隔离变压器、第二隔离变压器、机侧断路器构成功率测试回路，通过双馈变流器与待测试的chopper装置相连接。
[0005]
前述的风电变流器chopper装置的测试平台，其特征在于：所述双馈变流器包括变流器网侧、变流器机侧、直流母线、网侧断路器、网侧接触器、预充电接触器和预充电电
[0007]
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阻，所述变流器网侧依次通过网侧接触器、网侧断路器与第一隔离变压器的另一端相连接，所述变流器机侧与第二隔离变压器的另一端直接连接，所述变流器网侧、变流器机侧之间通过直流母线相连接，所述直流母线为两路，所述待测试的chopper装置并联在两路直流母线之间，其中一路直流母线还与预充电电阻的一端相连接，所述预充电电阻的另一端与预充电接触器的一端相连接，所述预充电接触器的另一端连接在网侧断路器、网侧接触器接触处。
[0008] 基于上述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），启动双馈变流器，电网分别与变流器网侧,变流器机侧形成背靠背能量循环回路，能量流动方向为电网流向变流器机侧，变流器机侧流向直流母线，直流母线流向变流器网侧，变流器网侧流向电网；
步骤（B），变流器网侧软件模拟电网低电压穿越故障，并设置故障类型及故障时间，在故障期间，变流器网侧进入低电压穿越运行模式，变流器网侧内三相全桥的开关管关断而停止工作；
步骤（C），变流器机侧仍然往直流母线灌入能量，直流母线的电压被抬升；步骤（D），根据低电压穿越控制策略，变流器网侧检测到直流母线电压超过chopper装置动作上限值，触发待测试的chopper装置动作，泄放直流侧能量；
步骤（E），经过泄放能量，直流母线的电压下降，低于chopper装置动作下限值，待测试的chopper装置退出动作；
步骤（F），变流器机侧一直往直流母线灌入能量，重复步骤（D）和步骤（E）循环执行，待测试的chopper装置工作模式为滞环模式，用于进行测试，所述待测试的chopper装置的动作频率通过变流器机侧的给定电流大小控制；
步骤（G），当双馈变流器运行超过步骤（B）设定的电网低电压穿越故障时间，变流器网侧和变流器机侧都停止工作，测试完成。
[0009] 前述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：步骤（A）启动双馈变流器，电网分别与变流器网侧、变流器机侧形成背靠背能量循环回路，包括以下步骤，
（A1），闭合网侧断路器和预充电接触器，对直流母线预充电；（A2），分断预充电接触器，闭合网侧接触器，再闭合机侧断路器；（A3），将变流器网侧并网，使能电压电流双环控制，控制直流母线的电压为1100V；(A4），将变流器机侧并网，使能电流内环控制，通过控制内环电流给定方向，使得能量流动方向为电网流向变流器机侧，变流器机侧流向直流母线，直流母线流向变流器网侧，变流器网侧流向电网。
[0010] 前述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于：所述chopper装置动作上限值为1170V， chopper装置动作下限值为1130V。[0011] 前述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于，步骤（B），变流器网侧软件模拟电网低电压穿越故障，设置故障类型及故障时间，包括以下步骤，
（B1）电网电压来源包括实际电网电压和软件中编写的幅值可调的模拟电网电压；（B2）当电网模拟使能信号为0时，电网电压等于实际电网电压；当电网模拟使能信号
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为1时，电网电压等于模拟电网电压；
（B3）待测试的chopper装置测试时，电网模拟使能信号设置为1，通过设置模拟电网电压的幅值和时间，实现电网低电压穿越故障，并确定故障类型及故障时间。[0012] 前述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，其特征在于，步骤（B），变流器网侧进入低电压穿越运行模式，变流器网侧内三相全桥的开关管关断而停止工作，包括以下步骤，
（B11），正常工作时，电网模拟使能信号为0，进入电网观测器的电压为实际电网电压；（B12），待测试的chopper装置测试时，电网模拟使能信号为1，进入电网观测器的电压为模拟电网电压；
（B13），电网观测器进行低电压穿越状态判断，当变流器网侧进入电网低电压穿越故障时，变流器网侧内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧仍然往直流母线灌入能量，直流母线的电压被抬升。
[0013] 本发明的有益效果是：本发明的风电变流器chopper装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试平台，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对chopper装置电气性能进行测试，测试灵活方便，经济实用，具有良好的应用前景。附图说明
图1是本发明的风电变流器chopper装置的测试平台的系统框图。[0015] 图2是本发明的风电变流器chopper装置的测试方法的流程图。[0016] 图3是本发明的模拟电网低电压穿越故障的流程图。
[0017] 图4是本发明的风电变流器chopper装置的第一实施例的测试波形图。[0018] 图5是本发明的风电变流器chopper装置的第二实施例的测试波形图。[0019] 附图中标记的含义如下：
1：电网接入接口；2：第一隔离变压器；3：第二隔离变压器；4：双馈变流器；5：机侧断路器；6：chopper装置；7：变流器网侧；8：变流器机侧；9：直流母线；10：网侧断路器；11：网侧接触器；12：预充电接触器；13：预充电电阻。
[0014]
具体实施方式
[0020] 下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。[0021] 本发明风电变流器chopper装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试平台，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对chopper装置电气性能进行测试，测试灵活方便，经济实用，其中，测试平台，如图1所示，包括电网接入接口1、第一隔离变压器2、第二隔离变压器3、双馈变流器4、机侧断路器5，所述电网接入接口1外接电网，并分别与第一隔离变压器2、第二隔离变压器3的一端相连接，所述第一隔离变压器2的另一端与双馈变流器4的网侧相连接，所述第二隔离变压器3的另一端通过机侧断路器5与双馈变流器4的机侧相连接，测试时，所述电网接入接口1、第一隔离变压器2、第二隔离变压器3、机侧断路器5构成功率测试回路，通过双馈变流器4与待测试的chopper装置6相连接。
[0022] 所述双馈变流器4包括变流器网侧7、变流器机侧8、直流母线9、网侧断路器10、
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网侧接触器11、预充电接触器12和预充电电阻13，所述变流器网侧7依次通过网侧接触器11、网侧断路器10与第一隔离变压器2的另一端相连接，所述变流器机侧8与第二隔离变压器3的另一端直接连接，所述变流器网侧7、变流器机侧8之间通过直流母线9相连接，所述直流母线9为两路，所述待测试的chopper装置6并联在两路直流母线之间，其中一路直流母线9还与预充电电阻13的一端相连接，所述预充电电阻13的另一端与预充电接触器12的一端相连接，所述预充电接触器12的另一端连接在网侧断路器10、网侧接触器11接触处。
[0023] 基于上述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，如图2所示，包括以下步骤，
步骤（A），启动双馈变流器4，电网分别与变流器网侧7、变流器机侧8形成背靠背能量循环回路，能量流动方向为电网流向变流器机侧8，变流器机侧8流向直流母线9，直流母线9流向变流器网侧7，变流器网侧7流向电网，包括以下步骤，
（A1），闭合网侧断路器10和预充电接触器12，对直流母线9预充电；（A2），分断预充电接触器12，闭合网侧接触器11，再闭合机侧断路器5；（A3），将变流器网侧7并网，使能电压电流双环控制，控制直流母线9的电压为1100V；(A4)，将变流器机侧8并网，使能电流内环控制，通过控制内环电流给定方向，使得能量流动方向为电网流向变流器机侧8，变流器机侧8流向直流母线9，直流母线9流向变流器网侧7，变流器网侧7流向电网；
步骤（B），变流器网侧7软件模拟电网低电压穿越故障，其实现方法为电网电压来源包括实际电网电压和软件中编写的幅值可调的模拟电网电压，电网模拟使能信号为0时，电网电压等于实际电网电压；电网模拟使能信号为1时，电网电压等于模拟电网电压，待测试的chopper装置6测试时，电网模拟使能信号设置为1，通过设置模拟电网电压的幅值和时间，从而实现设置故障类型及故障时间，在故障期间，变流器网侧7进入低电压穿越运行模式，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，如图3所示，变流器网侧7进入低电压穿越运行模式，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，包括以下步骤，
（B1），正常工作时，电网模拟使能信号为0，进入电网观测器的电压为实际电网电压；（B2），待测试的chopper装置6测试时，电网模拟使能信号为1，进入电网观测器的电压为模拟电网电压；
（B3），电网观测器进行低电压穿越状态判断，当变流器网侧7进入电网低电压穿越故障时，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧8仍然往直流母线9灌入能量，直流母线9的电压被抬升；
步骤（C），变流器机侧8仍然往直流母线9灌入能量，直流母线9的电压被抬升；步骤（D），根据低电压穿越控制策略，变流器网侧7检测到直流母线9的电压超过chopper装置动作上限值，触发待测试的chopper装置6动作，泄放直流侧能量；
步骤（E），经过泄放能量，直流母线9的电压下降，低于chopper装置动作下限值，待测试的chopper装置6退出动作；
步骤（F），变流器机侧8一直往直流母线9灌入能量，重复步骤（D）和步骤（E）循环执行，待测试的chopper装置6工作模式为滞环模式，用于进行测试，所述待测试的chopper装置6的动作频率通过变流器机侧8的给定电流大小控制；
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步骤（G），当双馈变流器4运行超过步骤（B）设定的电网低电压穿越故障时间，变流器网侧7和变流器机侧8都停止工作，测试完成。[0024] 所述chopper装置动作上限值为1170V， chopper装置动作下限值为1130V。[0025] 基于上述的风电变流器chopper装置的测试平台的测试方法，本发明的一实施例，chopper装置电气性能测试，如图4及图5所示，
图4的测试工况为变流器网侧7软件模拟电网低电压穿越故障1秒，故障期间，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧8仍然往直流母线9灌入能量，且给定电流大小为100A。
[0026] 图5的测试工况为变流器网侧7软件模拟电网低电压穿越故障2秒，故障期间，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧8仍然往直流母线9灌入能量，且给定电流大小为200A。
[0027] 图4和图5中四条曲线说明如下：
曲线1为变流器网侧7的pwm使能信号，码值与实际值比为1:1，故障期间，变流器网侧7的pwm使能信号为0，使变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作；
曲线9为chopper装置6动作信号，码值与实际值比为1:1，图4的动作70次，图5的动作268次；
曲线13为变流器网侧7的A相电流，码值与实际值比为15:1，故障期间，由于变流器网侧7内三相全桥的开关管关断，变流器网侧7的A相电流为0；
曲线16为直流母线9的电压，码值与实际值比为20:1，故障期间，变流器网侧7内三相全桥的开关管关断而停止工作，变流器机侧8仍然往直流母线9灌入能量，直流母线9的电压被抬升，根据低电压穿越控制策略，变流器网侧7检测到直流母线9的电压超过chopper装置动作上限值，触发待测试的chopper装置6动作，泄放直流侧能量。经过泄放能量，直流母线9的电压下降，低于chopper装置动作下限值，待测试的chopper装置6退出动作。[0028] 综上所述，本发明的风电变流器chopper装置的测试平台及方法，能够利用风电变流器厂家现有的功率测试平台，通过软件模拟电网低电压穿越故障，对chopper装置电气性能进行测试，测试灵活方便，经济实用，并具有以下特点：
（1）、不需要专门的低电压穿越测试平台或风场测试环境，只需利用现有功率测试平台。测试方法不增加额外投资，既经济又实用。[0029] （2）、通过设定变流器网侧模拟电网低电压穿越故障时间和变流器机侧给定电流大小来分别控制待测试的chopper装置的动作时间及动作频率，操作灵活方便。[0030] （3）、本测试方法不限于风电变流器chopper装置测试，同样适用于中低压变频器制动电阻单元测试。
[0031] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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