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穿测试的概念和必要性

低电压穿越(Low Voltage Ride Through, LVRT)是指在风力发电机并网点电压跌落的时候,风机能够保持并网,甚至向电网提供一定的无功功率,支持电网恢复,直到电网恢复正常,从而“穿越”这个低电压时间(区域)。LVRT是对并网风机在电网出现电压跌落时仍保持并网的一种特定的运行功能要求,不同国家(和地区)所提出的LVRT要求不尽相同。


据统计,在2011年,我国发生规模超过10万千瓦的风电机组脱网事故193次,超过50万千瓦的大型事故12次,给电网安全稳定运行和可靠供电带来很大风险,而部分并网运行的风电机组不具备低电压穿越能力是造成事故的主要原因之一。因此,对风力发电的运行提出低电压穿越的要求,是电力系统功率平衡与频率稳定的需要,也是局部电网电压稳定及电压恢复的需要。


大功率设备实物测试与半实物仿真测试

对于大功率电力电子变流器,目前穿越测试通常利用电压跌落发生装置来创造测试条件,下图为电压跌落装置示意图,电压跌落发生装置串联接入风力发电机组升压变压器高压侧,利用阻抗分压原理在测试点产生电压跌落。

图中限流电抗Xsr,用于限制电压跌落对电网及风电场内其他在运行风力发电机组的影响。Xsc为短路电抗,闭合短路开关,将短路电抗三相或两相连接在一起,通过模拟电网故障在测试点产生要求的电压跌落。测试时通过调节电抗阻值可以产生不同深度的电压跌落。


目前国内具备开展大功率的低电压穿越试验的试验基地很少;同时,大功率的低电压穿越测试装置价格也不菲。是否可以在实验室环境下,安全、方便、高效地完成一些标准测试的初步验证,以提高后续标准测试时待测设备的可靠性和通过率?半实物仿真就是答案!


逆变器控制器的半实物仿真的低电压穿越

半实物仿真的基本原理是用运行着物理系统数学模型、带IO接口板卡的半实物仿真计算机来模拟物理系统的行为,通过这种方式进行测试与验证的方式也常被称为硬件在环仿真测试(Hardware-In-the-Loop Testing),或者半实物仿真测试。HIL测试具有易于测试故障工况、易于实现测试自动化、易于重现各种工况等优点,在大功率、复杂系统的研究与测试中有很广的应用,因此也可以应用在风力发电的低电压穿越测试上。


我国的测试标准和测试工况设计

我国制定了NB/T 31051-2014 《风电机组低电压穿越能力测试规程》 和 NB/T 31053-2014 《风电机组低电压穿越建模及验证方法》 两个标准来指导风电机组的低电压穿越测试,其中NB/T 31051主要是制定了针对实际设备的测试内容、测试方法和测试步骤;NB/T 31053主要是制定了通过仿真进行低穿测试时的建模和测试用例的指导。


其中《风电机组低电压穿越能力测试规程》如下的测试类别:

  • 功率范围

当风力发电机组有功功率输出分别在以下范围内时,测试风力发电机组在电网电压跌落时的响应特性:

1) 大功率输出,P > 0.9Pn;

2) 小功率输出,0.1Pn < P < 0.3Pn。

  • 故障类型

三相对称故障 和 两相不对称故障


  • 电压跌落


对于表1中各种电压跌落规格,当风力发电机组有功功率输出分别在大功率输出和小功率输出范围内时,风力发电机组连续通过两次满足评价指标要求的负载测试时,可判定风力发电机组在该电压跌落规格下具备低电压穿越能力。


相关案例介绍请点击如下链接:国内某知名风电逆变器厂家通过StarSim实时仿真器进行低电压穿越测试

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