一種分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置設(shè)計方案及實現(xiàn)

西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室、許繼集團(tuán)有限公司的研究人員李宇飛、王躍等，在2015年第3期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文，提出了一種用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試的波動電壓發(fā)生裝置方案，解決了分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器在實際電網(wǎng)中不易測試的難題。該裝置基于級聯(lián)H 橋拓?fù)?，其電壓等級可拓展，可高精度地輸出頻率為0.5~25Hz 和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，可模擬不平衡度可調(diào)節(jié)的三相不平衡電網(wǎng)，不平衡度范圍為0~10%。它可以完成并網(wǎng)變流器對電網(wǎng)電壓幅值和頻率偏差，波動電壓以及電網(wǎng)不平衡的適應(yīng)能力等多種測試。 　　本文分析了裝置的工作原理，并以基于本文所提出裝置拓?fù)涞?ldquo;35kV-6MW 風(fēng)機(jī)變流器低頻擾動測試裝置”上進(jìn)行的現(xiàn)場實驗為例，充分證明了這種波動電壓發(fā)生裝置用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試的可行性和有效性。 　　基于光伏、風(fēng)能以及生物能等新能源的分布式發(fā)電近年來在電力工業(yè)領(lǐng)域受到越來越多的關(guān)注。大多數(shù)分布式發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的接口是通過電力電子并網(wǎng)變流器實現(xiàn)的，因此，要保證分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，并網(wǎng)變流器的穩(wěn)定性和抗擾動性就顯得至關(guān)重要。 　　國家標(biāo)準(zhǔn)“風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定”以及“光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定”不僅提出了對新能源分布式發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越能力的要求，也提出了對電壓和頻率適應(yīng)能力的要求，包括電壓和頻率偏差適應(yīng)能力、非對稱故障適應(yīng)能力、電網(wǎng)諧波適應(yīng)能力以及電壓波動和閃變適應(yīng)能力。 　　如果能在并網(wǎng)變流器并網(wǎng)運(yùn)行之前對并網(wǎng)變流器進(jìn)行電網(wǎng)適應(yīng)性測試、并網(wǎng)運(yùn)行評估，將大大提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。然而，在分布式發(fā)電系統(tǒng)實際并網(wǎng)運(yùn)行時，很難在大電網(wǎng)中直接對變流器進(jìn)行測試，原因有兩點：首先，電網(wǎng)無法按照需求模擬各種非正常工況；其次，直掛電網(wǎng)的測試方式會對電網(wǎng)穩(wěn)定造成影響。如果使用可編程電源在較低電壓等級下對樣機(jī)進(jìn)行測試，也只能部分反映真實工況，無法完整復(fù)現(xiàn)正常并網(wǎng)運(yùn)行時高電壓、大功率工況帶來的問題。 　　因此，設(shè)計一種分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置是非常必要的，圖1所示為測試系統(tǒng)與分布式發(fā)電系統(tǒng)連接示意圖，虛線表示不經(jīng)測試裝置的并網(wǎng)運(yùn)行模式，測試系統(tǒng)以電壓源方式運(yùn)行，模擬不同的電網(wǎng)工況，分布式發(fā)電系統(tǒng)對于測試系統(tǒng)來說，可以看作是一個電流源。 　　本文設(shè)計的基于級聯(lián)H 橋[3-10]拓?fù)涞牟▌与妷喊l(fā)生裝置是開創(chuàng)性的，目前還沒有同類型的測試裝置可以同時達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)：電壓等級可拓展，輸出電壓幅值頻率可調(diào)，可高精度地輸出頻率為0.5~25Hz 和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，可模擬不平衡度可調(diào)節(jié)的三相不平衡電網(wǎng)，不平衡度范圍為0～10%。 　　而移動式和固定式低電壓穿越測試裝置已經(jīng)是一種成熟的工業(yè)產(chǎn)品，因此這種測試裝置不僅解決了實際電網(wǎng)中并網(wǎng)變流器不易測試的難題，而且填補(bǔ)了分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試的空白，并且輸出的測試電壓精度很高。此文有望為分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計提供一個可參照的標(biāo)準(zhǔn)。 　　本文討論了測試裝置的工作原理，并以在基于所提出測試裝置拓?fù)涞?ldquo;35kV-6MW 風(fēng)機(jī)變流器低頻擾動測試裝置”上進(jìn)行的現(xiàn)場實驗為例，充分證明了這種波動電壓發(fā)生裝置用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試的可行性和有效性。此35kV-6MW 風(fēng)機(jī)變流器測試裝置安裝在河北省張家口市“國家能源大型風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)（實驗）中心”。 　　結(jié)論 　　本文提出了一種用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試的波動電壓發(fā)生裝置設(shè)計方案。測試裝置電壓等級可拓展，可匹配不同電壓等級的分布式發(fā)電系統(tǒng)，同時在本文所提出的控制方案下，裝置達(dá)到了以下性能指標(biāo)：輸出頻率為45～66Hz 的額定電壓，精度達(dá)到0.01Hz，輸出幅值為20%~120%額定幅值的電壓，誤差小于0.1%；輸出頻率為0.5~25Hz和波動幅值為0~10%基波電壓幅值的波動電壓，并且誤差小于0.1%；輸出不平衡度范圍為0~10%的三相不平衡電壓，精度達(dá)到0.1%，并且輸出三相不平衡電壓時，負(fù)序電壓幅值相位可調(diào)；輸出額定電壓的THD 可以達(dá)到2%以下。 　　該方案有望為分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器測試裝置的設(shè)計提供一個可參考的標(biāo)準(zhǔn)。最后，本文以在基于所提出拓?fù)涞?ldquo;35kV-6MW 風(fēng)機(jī)變流器低頻擾動測試裝置”上進(jìn)行的現(xiàn)場實驗為例，充分證明了這種波動電壓發(fā)生裝置用于分布式發(fā)電并網(wǎng)變流器適應(yīng)能力測試的可行性和有效性。