本发明涉及一种测试装置，更具体地说，涉及 一种用于测试风力发电机组 电网适应性的测试装置。 背景技术

随着风电产业的高速发展以及风电装机容量在 国家电力结构的比例不断 提升，越来越多的国家对并网型风力发电机组 的电网接入条件及电网适应性提 出了严格要求。其中包括风力发电机组对电网 电压、频率的偏差、波动的适应， 及低压穿越性能 （Low Voltage Ride Through, 简称 LVRT) 等。 低压穿越性能 是指在所连接电网发生故障导致风电场电压跌 落后，风力发电机组保持不间断 并网运行， 从而避免风电场的切除严重影响到电网系统运 行稳定性的能力。

风力发电机组的电网适应性（特别是低压穿越 性能）一般要在电网发生故 障时才能展现出来， 但电网发生故障， 特别是严重故障的机会较少。为了深入 测试、 比较和改善风力发电机组的电网适应性 （含低压穿越性能）， 需要构建 可反复进行实验的风力发电机组电网适应性测 试系统。如图 1所示， 风力发电 机组电网适应性测试系统一般由三相电源 1 (电网或三相交流发电机等）、 电 网故障模拟装置 2及待测的风力发电机组 3 (或其关键子系统） 组成。

如图 2所示， 目前，风力发电机组电网适应性测试系统中的 电网故障模拟 装置一般由电抗网络及开关组成， 其中 XI为串联限流电抗, X2为可变的短路 电抗， X3为线路模拟电抗， 而 S为受控的开关。 开关 S闭合， 电网故障模拟 装置 2模拟电网短路，在待测风力发电机组端造成� �网电压跌落等故障， 即可 对待测风力发电机组在电网故障等模拟条件下 进行电网适应性测试。

上述现有电网故障模拟装置存在如下缺陷：

1、 装置体积庞大， 成本高， 且对电网容量有较高要求， 调节不便， 实 验周期长；

2、 由于需模拟电网的深度跌落，要求电抗网络中 的串联限流电抗 XI相 对较大， 对风力发电机组的初始运行状态及电网故障模 拟过程中的 测试参数影响较大；

3、 电网故障测试前的电网电压初始状态基本不能 调节， 故难以测试风 力发电机组在电网各种状态下发生故障时的完 整数据。 发明内容

本发明要解决的技术问题在于， 克服现有电网故障模拟装置的上述缺陷， 提供一种风力发电机组电网适应性测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 构造一种风力发电机组电网 适应性测试装置， 其特征在于， 包括基于功率半导体开关器件构建的变流器， 该变流器输入端连接三相电源、 输出端连接风力发电机组。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述变流器包括控制器 和依次连接的整流器、 直流环节、 逆变器， 所述控制器与所述整流器、 所述逆 变器信号连接， 所述整流器连接三相电源， 所述逆变器连接风力发电机组。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述整流器包括由功率 半导体开关器件组成的第一桥式电路、串接在 该第一桥式电路输入端各相上的 电抗； 所述直流环节包括串接在所述桥式电路输出端 的直流电容； 所述逆变器 包括由功率半导体开关器件组成的第二桥式电 路、串接在该第二桥式电路输出 端各相上的电抗； 所述第二桥式电路输入端连接所述第一桥式电 路输出端。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述整流器包括输入电 容组，所述逆变器包括输出电容组，所述输入 电容组的电容对应连接在所述变 流器输入端两相之间，所述输出电容组的电容 对应连接在所述变流器输出端两 相之间。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述整流器包括由功率 半导体开关器件组成的第三桥式电路、串接在 该第三桥式电路输入端各相上的 电抗；所述直流环节包括串接在所述桥式电路 输出端的串接第一直流电容和第 二直流电容， 该第一直流电容和第二直流电容的串接端连接 三相电源中线； 所 述变流器包括由功率半导体开关器件组成的第 四桥式电路、串接在该第四桥式 电路输出端各相上的电抗；所述第四桥式电路 输入端连接所述第三桥式电路输 出端。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述整流器包括输入电 容组，所述逆流器包括输出电容组，所述输入 电容组的电容对应连接在所述变 流器输入端各相与三相电源中线之间，所述输 出电容组的电容对应连接在所述 变流器输出端与三相电源中线之间。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述变流器包括交流一 交流变换器和控制器， 所述交流一交流变换器连接三相电源和风力发 电机组， 所述控制器与所述交流一交流变换器信号连接 。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述交流一交流变换器 包括矩阵变换器、输入电抗组和输出电抗组， 所述输入电抗组的电抗分别对应 串接在该矩阵变换器的各相输入端，所述输出 电抗组的电抗分别对应串接在该 矩阵变换器的各相输出端。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述变流器包括输入电 容组和输出电容组，所述输入电容组的电容连 接在所述交流一交流变换器的输 入端两相之间，所述输出电容组的电容连接在 所述交流一交流变换器的输出端 两相之间。

在本发明的风力发电机组电网适应性测试装置 中，所述功率半导体开关器 件为绝缘栅双极晶体管， 门极可关断晶闸管，集成门极换流晶闸管之一 或其组 合。

实施本发明的风力发电机组电网适应性测试装 置， 与现有技术比较， 其有 益效果是：

1. 采用基于功率半导体开关器件构建的变流器， 功率密度大， 体积小、 成本低， 并且能够承受电网适应性实验期间风力发电机 组造成的大 部分动态冲击， 从而缓解实验系统对电网容量的要求；

2. 能够实现电压、 频率的无级调节， 从而可方便、 灵活地模拟各类电 网偏差及故障， 扩展测试范围， 丰富测试数据， 缩减实验周期；

3. 还能够在电网适应性测试前模拟电网电压的各 种初始状态， 从而实 现完整测试风力发电机组在电网各种状态下发 生故障时的数据。 附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一歩说 明， 附图中：

图 1 是现有采用电网故障模拟装置测试风力发电机 组电网适应性的测试 系统示意图。

图 2是现有风力发电机组电网适应性测试系统中� �电网故障模拟装置的结 构图。

图 3 是运用本发明风力发电机组电网适应性测试装 置测试风力发电机组 电网适应性的测试系统示意图。

图 4是在风力发电机组电网适应性测试系统， 本发明风力发电机组电网 适应性测试装置的结构图一。

图 5是本发明风力发电机组电网适应性测试装置� �实施例一的电路图。 图 6是本发明风力发电机组电网适应性测试装置� �实施例二的电路图。 图 7是在风力发电机组电网适应性测试系统， 本发明风力发电机组电网 适应性测试装置的结构图二。

图 8是本发明风力发电机组电网适应性测试装置� �实施例三的电路图。 具体实施方式

实施例一

如图 3所示，本发明的风力发电机组电网适应性测� �装置采用基于功率半 导体开关器件构建的变流器 20来实现， 变流器 20输入端连接三相电源 1、 输 出端连接风力发电机组 2。 根据需要， 风力发电机组电网适应性测试装置可以 在变流器 20的基础上增加其他结构。

如图 4所示， 变流器 20包括控制器 500、整流器 200、直流环节 300和逆 变器 400， 整流器 200、 直流环节 300、 逆变器 400依次连接， 控制器 500与 整流器 200、 逆变器 400信号连接， 整流器连接三相电源 1， 逆变器 400连接 风力发电机组 3， 向待测风力发电机组提供测试电压。 用户通过控制器 500向整流器 200和逆变器 400发送控制指令，通过控制 整流器 200、 直流环节 300、 逆变器 400， 向待测风力发电机组提供测试所需 的模拟电网电压。

如图 5所示，变流器 20的实施电路如下：变流器 20采用三相三线的输入、 输出方式 （三角形接法）， 其中输入端子 Inl、 In2、 In3连接三相电源， 输出 端子 Outl、 Out2、 Out3连接待测风力发电机组。 变流器 20包括整流器 200、 直流环节 300、 逆变器 400和控制器 500。

整流器 200包括输入电容组 C1~C3、 输入电抗 L1 L3和由功率半导体开 关器件 Q1 Q6构成的桥式电路， 输入电抗 L1 L3串接在该桥式电路输入端各 相上， 输入电容组 C1 C3 分别连接在变流器的输入端两相之间。

直流环节 300包含直流电容组 Cdcl ,该直流电容组 Cdcl串接在上述桥式 电路输出端。

逆变器 400包括输出电抗 L4~L6、 输出电容组 C4~C6和由功率半导体开 关器件 Q7 Q12构成的桥式电路， 输出电抗 L4 L6串接在该桥式电路输出端 各相上， 输出电容组 C4 C6分别连接在变流器输出端两相之间。

由功率半导体开关器件 Q7~Q12 构成的桥式电路输入端连接由功率半导 体开关器件 Q1 Q6构成的桥式电路输出端。

控制器 500与整流器 200、 逆变器 400信号连接。

整流器 200将来自三相电源的三相交流电压转换为直流 环节 300上的直流 电压，逆变器 400再将直流环节 300上的直流电压转换为所需的三相交流电压， 并输出至待测风力发电机组。用户通过控制器 500向整流器 200和逆变器 400 发送控制指令， 向待测风力发电机组提供测试所需的模拟电网 电压。

输入电容组 C1~C3、 输出电容组 C4~C6起吸收电网负载冲击、 保证风力 发电机组电网适应性测试装置输出的模拟电网 电压信号稳定的作用。在其他实 施例中， 不设置输入电容组 C1~C3、 输出电容组 C4~C6， 不影响本发明目的 的实现。

实施例二

如图 6所示， 本发明的风力发电机组电网适应性测试装置的 变流器 20的 实施电路如下： 变流器采用三相四线的输入、 输出方式 （星形接法）， 其中输 入端子 Inl、 In2、 In3及 InN (中线输入端） 连接三相电源及中线， 输出端子 Outl、 Out2、 Out3及 OutN (中线输出端）连接待测风力发电机组三相及� �线。 变流器 20包括整流器 800、 直流环节 900、 逆变器 1000和控制器 1100。

整流器 800包括输入电容组 C11~C13、 输入电抗 L11 L13和由功率半导 体开关器件 Q13 Q18构成的桥式电路， 输入电抗 L11 L13串接在该桥式电路 输入端各相上， 输入电容组 C11 C13分别连接在变流器输入端各相与三相电 源中线之间。

所述直流环节 900 包括串联的直流电容组 Cdcll、 Cdcl2， 直流电容组 Cdcll、Cdcl2串接在由功率半导体开关器件 Q13~Q18构成的桥式电路输出端。 其中直流电容组 Cdcll、 Cdcl2的串接端 DcN同时连接至三相电源中线 InN。

逆变器 1000包括输出电抗 L14~L16、输出电容组 C14 C16和由功率半导 体开关器件 Q19 Q24构成的桥式电路。输出电抗 L14 L16串接在该桥式电路 输出端各相上， 输出电容组 C14 C16分别连接在变流器输出端与三相电源中 线之间。

由功率半导体开关器件 Q13~Q18构成的桥式电路输入端连接由功率半导 体开关器件 Q13 Q18构成的桥式电路输出端。

控制器 1100与整流器 800、 逆变器 1000信号连接。

整流器 800将来自三相电源的三相交流电压转换为直流 环节 900上的直流 电压， 逆变器 1000再将直流环节 900上的直流电压转换为所需的三相交流电 压， 并输出至待测风力发电机组。 用户通过控制器 1100向整流器 800和逆变 器 1000发送控制指令， 向待测风力发电机组提供测试所需的模拟电网 电压。

本实施例采用三相四线电路，可更便于对各相 电压 Voutl (VoutlN=Voutl -VoutN), Vout2 ( Vout2N = Vout2 - VoutN ) ,Vout3 ( Vout3N = Vout3 - VoutN ) 实施独立的故障模拟。

输入电容组 C11~C13、 输出电容组 C14 C16起吸收电网负载冲击、 保证 风力发电机组电网适应性测试装置输出的模拟 电网电压信号稳定的作用。在其 他实施例中， 不设置输入电容组 C11~C13、 输出电容组 C14 C16, 不影响本 发明目的的实现。

实施例三

如图 7所示， 变流器 20包括交流一交流变换器 2000和控制器 2100， 控 制器 2100与交流一交流变换器 2000信号连接。

如图 8所示， 本发明的风力发电机组电网适应性测试装置的 变流器 20的 实施电路如下：

本实施例的变流器采用三相三线的输入、输出 方式，其中输入端子 Inl~In3 连接三相电源， 输出端子 Outl~Out3连接待测风力发电机组。

变流器 20包括交流一交流变换器 2000和控制器 2100, 交流一交流变换器 2000连接三相电源和风力发电机组。交流一交� �变换器 2000将来自三相电源 的三相交流电压直接转换为测试所需的三相交 流电压，并输出至待测风力发电 机组。控制器 2100与交流一交流变换器 2000信号连接。用户通过控制器 2100 向交流一交流变换器 2000发送控制指令， 向待测风力发电机组提供测试所需 的模拟电网电压。

交流一交流变换器 2000包括矩阵式电路 2200、输入电容组 C21~C23、输 入电抗 L21~L23、 输出电抗 L24 L26 和输出电容组 C24 C26 , 输入电抗 L21-L23分别串接在矩阵式电路 2200的各相输入端，输入电容组 C21 C23分 别连接在交流一交流变换器 2000的输入端两相之间， 输出电抗 L24 L26分别 串接在矩阵式电路 2200的各相输出端，输出电容组 C24 C26分别连接在交流 一交流变换器 2000的输出端两相之间。矩阵式电路 2200由反向串接可作为双 向可控开关的功率半导体开关器件 Q31 Q39构成。

上述各实施例中的功率半导体开关器件包括但 不限于绝缘栅双极晶体管 (IGBT)、 门极可关断晶闸管 （GTO)、 集成门极换流晶闸管 （IGCT) 之一， 也可以采用它们的组合来构建变流器 20。