本发明涉及新能源接入与控制领域，具体涉及 一种移动式风电机组电网适应 性测试系统。 背景技术

风电机组是一个多学科交叉的技术密集型产品 ，电力电子器件的弱电网适应 性使得其对电网扰动高度敏感。而我国的风电 大多建设在电网薄弱地区， 电网运 行质量较差， 未经并网运行试验检测的风电机组无法正常安 全并网运行。风能资 源的波动性、间歇性等自然属性与风电机组的 系统复杂性及电网高度敏感性， 决 定了风电机组并网试验检测必须基于实际运行 开展，实验室模拟或工厂试验无法 准确、全面地反映风电机组的真实并网运行特 性。 目前世界各主要并网导则均对 风电机组电网适应性作出了不同程度的要求， 风电机组具备电网适应性成为了风 电并网的必然要求。国内外尚无基于实际运行 的能够用于风电机组电网适应性现 场测试的测试装置。 发明内容

针对现有技术的不足， 本发明提供一种移动式风电机组电网适应性测 试系 统，其可以在风电机组升压变压器高压侧在线 真实模拟产生电网电压偏差、频率 变化、三相电压不平衡、 电压闪变与谐波等常见的电网扰动， 采集和分析风电机 组的实际运行数据，对风电机组的电网适应性 进行试验与评价。移动式的结构可 以方便的在不同风电场间运输与安装，解决了 复杂地形和交通条件下风电机组的 电网适应性现场试验与检测难题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种移动式风电机组电网适应性测试系统，其 改进之处在于， 所述系统包括 通过光纤连接的电网扰动发生装置和集成测控 装置，所述电网扰动发生装置连接 在中压电网和风电机组升压变压器高压侧之间 ；所述电网扰动发生装置和集成测 控装置进行一体化设计后集成安装于集装箱内 ； 所述集装箱内包括散热系统， 所 述散热系统包括水冷装置和风冷装置。

优选的，所述电网扰动发生装置用于在风电机 组升压变压器高压侧在线模拟 产生的电网扰动； 所述集成测控装置用于采集风电机组的电气量 与状态量信息， 实时分析风电机组的电网适应性性能指标， 同时对测试系统进行控制与运行监 测；将电网扰动发生装置和集成测控装置进行 一体化设计后集成安装在集装箱内 实现移动式的电网适应性测试系统；所述电网 扰动发生装置为中压电网扰动发生 装置。

优选的， 所述电网扰动发生装置采用模块化设计（可实 现高、低频扰动发生 装置独立、 联合运行）； 包括与中压电网连接的低频扰动发生装置和与 风电机组 升压变压器高压侧连接的高频扰动发生装置； 所述低频扰动发生装置和高频扰动 发生装置依次连接； 所述低频扰动发生装置和高频扰动发生装置均 并联断路器。

较优选的，所述低频扰动发生装置包括依次连 接的降压变压器、变流环节和 升压变压器； 所述升压变压器的输出端与高频扰动发生装置 或中压电网连接； 所述变流环节采用 N个单相或三相的 AC-DC-AC变流器并联模式； 所述 N 在 1-4之间。

较优选的，所述高频扰动发生装置基于电压源 串联原理， 将谐波电压信号直 接叠加到中压电网； 包括高频电网扰动发生模块、 与其连接的高频取能电源和 LC滤波电路； 所述 LC滤波电路包括电容 C和电感 L; 所述电容 C连接在中压 电网或低频扰动发生装置的输出端， 所述电容 C通过电感 L与高频扰动发生模 块连接；

所述高频扰动发生模块采用单相 H桥 AC-DC- AC变流器级联模式。

优选的， 所述集成测控装置包括：

中央处理器： 负责采集被测风电机组的并网点的三相电压、 三相电流及实时 风速信息模拟量信号，通过分析计算得出风电 机组的并网运行特性参数， 并通过 通信管理机上传至远程后台监控计算机，远程 后台监控计算机反映风电机组的实 时运行状态；

DSP控制器： 采集被测风电机组的电气量、状态量， 接受通信管理机的指令 信号， 生成输出扰动状态所需的 PWM触发信号； DSP控制器通过通信管理机与 后台监控计算机的通信； 后台监控计算机： 通过通信管理机下发指令至 DSP控制器并反映风电机组 的实时运行状态。

较优选的， 所述 DSP控制器包括低频扰动发生装置 DSP控制器、 高频扰动 发生装置 DSP控制器；

所述低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生装置 DSP控制器通过光 纤均与开入开出组件连接； 所述低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生 装置 DSP控制器均与通信管理机连接； 所述开入开出组件和通信管理机通过光 纤分别与中央处理器连接；

所述低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生装置 DSP控制器通过通 信管理机与后台监控计算机进行通信；

所述后台监控计算机通过 RS485总线与通信管理机连接。

较优选的， 所述集成测控装置包括 A/D转换器和电信号开入开出板； 所述 A/D转换器分别通过片选地址信号线和数据线与 中央处理器连接；所述电信号开 入开出板通过光纤与中央处理器连接； 设置 3块调理板分别与 A/D转换器连接； 其中一块调理板输入电流采集量， 另一块调理板输入风电机组风机侧电压采集 量， 第三块调理板输入除电流和电压以外的模拟采 集量；

所述电信号开入开出板开入的电信号包括风机 接触器反馈信号、行程开关反 馈信号和急停开入信号； 开出的电信号包括风机接触器控制信号和故障 输出信 号。

与现有技术比， 本发明达到的有益效果是：

( 1 ) 移动式电网适应性测试系统集成度高。 将电网扰动发生装置、 数据采 集系统、监控系统等进行一体化设计， 全部集成于一个标准海运集装箱内， 解决 了复杂地形和交通条件下的风电机组的电网适 应性现场试验与检测难题，可实现 移动化测试， 极大地提高了测试装置的效率。

(2) 移动式电网适应性测试系统输出精度高。 根据所需发生的电网扰动特 性，将电网扰动发生装置分为低频扰动发生模 块与高频扰动发生模块， 由低频扰 动发生模块模拟产生低频电网扰动量，高频扰 动发生模块模拟产生高频电网扰动 量，极大地提高了电网扰动发生装置的输出精 度，特别是谐波电压的输出精度高， 并且提高了系统的稳定性。 (3 ) 移动式电网适应性测试系统谐波输出能力强、 精度高。 基于电压源串 联原理，将谐波电压信号直接叠加到中压电网 ，模拟产生了中压电网的谐波扰动， 解决了测试装置自身集电参数对谐波输出强度 与精度的影响。

(4) 移动式电网适应性测试系统自动化程度高， 所有测试操作均可以通过 远程后台监控计算机实现。

(5)基于 AC-DC-AC变流技术与升、 降压变压器相结合的低频扰动发生模 块的设计方案。 通过升、 降压变压器与 AC-DC-AC 变流器的组合， 实现了 AC-DC-AC变流器所产生扰动高电压运行，使其能� ��适用于中压电网的风电机组 电网适应性测试； 同时变流技术的采用， 使得测试装置与电网接入点完全隔离， 避免了测试装置对接入电网的影响； 另外， 变流器的并联运行技术， 使得测试装 置的容量设计及扩容相对灵活。 附图说明

图 1是本发明提供的电网扰动发生装置结构示意� �；

图 2是本发明提供的低频扰动发生装置结构示意� �；

图 3是本发明提供的高频扰动发生装置原理示意� �；

图 4是本发明提供的电网适应性测试系统的集成� �控装置示意图； 图 5是本发明提供的低频扰动装置启动的自动控� �逻辑流程图；

图 6是本发明提供的高频扰动装置启动的自动控� �逻辑流程图；

图 7是本发明提供的电网扰动装置停止的自动控� �逻辑流程图；

图 8是本发明提供的电网适应性测试系统移动式� �计示意图；

图 9是本发明提供的电网适应性测试装置现场测� �示意图。 具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一 步的详细说明。

移动式风电机组电网适应性测试装置主要由电 网扰动发生装置、集成测控系 统两部分组成。电网扰动发生装置在风电机组 升压变压器高压侧在线真实模拟产 生常见的电网扰动； 集成测控系统采集风电机组的电气量与状态量 信息， 实时分 析风电机组的电网适应性性能指标， 同时对整个测试装置进行控制与运行监测。 将上述两部分进行一体化设计，集成安装于一 个标准的海运集装箱内， 实现了可 移动式的电网适应性测试系统。

一、 电网扰动发生装置设计：

电网扰动发生装置是电网适应性测试系统的核 心，其可以模拟产生常见的各 种电网扰动，适用于风电机组电网适应性测试 。 电网扰动发生装置基于电压源串 联原理， 采用模块化设计， 实现了高、 低频扰动发生装置独立、 联合运行， 其结 构框图如图 1所示。电网扰动发生装置包括与中压电网连� �的低频扰动发生装置 和与风电机组升压变压器高压侧连接的高频扰 动发生装置；低频扰动发生装置和 高频扰动发生装置依次连接；低频扰动发生装 置并联有断路器 CB1 ,高频扰动发 生装置并联有断路器 CB2。 当断路器 CB1与 CB2均闭合时， 电网扰动发生装置 运行在旁路状态； 当断路器 CB1断开， CB2闭合时， 低频电网扰动发生装置单 独投入运行， 高频扰动发生装置旁路运行； 当断路器 CB1闭合， CB2断开时， 高频扰动发生装置单独投入运行， 低频扰动发生装置旁路运行； 当断路器 CB1 与 CB2均断开时， 高频与低频电网扰动发生装置联合运行。 此种模块化设计， 增加了装置的运行控制灵活性， 同时提升了高频电网扰动发生装置的输出精度 。

1.1低频扰动发生装置设计

低频扰动发生模块基于 AC-DC-AC变流技术， 采用 AC-DC-AC变流与变压 器相结合的设计方法， 通过 AC-DC-AC变流器与升、 降压变压器的组合模拟产 生了中压电网的低频扰动， 如图 2所示。低频扰动发生装置包括依次连接的降� � 变压器、变流环节和升压变压器； 升压变压器的输出端与高频扰动发生装置或中 压电网连接；

具体工作原理为： 中压电网经降压变压器 T1降压至 Ul，再经变流环节逆变 输出所需要的电压 U2， 最后由升压变压器 T2升压至中压。 变流环节采用 N个 单相或三相的 AC-DC-AC变流器并联模式； N在 1-4之间。 通过此种结构设计， 仅需修改 AC-DC-AC变流器逆变侧的调制波指令， 就可以在中压电网得到电网 适应性测试所需的各种低频电网扰动波形； 同时装置通过 AC-DC-AC变流技术 与电网接入点完全隔离，避免了装置对接入电 网的影响。低频扰动发生装置的电 压运行水平主要取决于升、降压变压器的变比 ， 设备的运行容量取决于并联变流 器的容量和数量。低频电网扰动发生装置可以 模拟产生电压偏差、频率波动、三 相电压不平衡、 电压波动与闪变等低频电网扰动量。

1.2、 高频扰动发生装置设计：

为提高谐波电压输出的精度， 简化低频扰动发生模块的滤波器设计， 基于电 压源串联原理， 在接入电网或低频扰动发生模块的输出端叠加 高频扰动发生模 块， 即可在中压电网产生谐波电压， 如图 3所示， 高频扰动发生装置基于电压源 串联原理， 包括高频电网扰动发生模块、 与其连接的高频取能电源和 LC滤波电 路； LC滤波电路包括电容 C和电感 L; 所述电容 C连接在中压电网或低频扰动 发生装置的输出端， 所述电容 C通过电感 L与高频扰动发生模块连接； 高频扰 动发生模块可采用单相 H桥 AC-DC-AC变流器级联模式， 其同样可以通过控制 变流环节 H桥的逆变侧输出高次谐波电压， 即电网电压谐波与畸变。

二、 集成测控系统：

电网适应性测试装置远程测控系统结构框图如 图 4所示，电网适应性测控系 统集风电机组电网适应性控制、状态监控、数 据采集与分析于一体。集成测控装 置包括中央处理器、 DSP控制器和后台监控计算机。

如图 4所示， 中央处理器是电网适应性测控系统的核心处理 器， 其负责相关 电气量、状态量的采集、计算与分析， 通过通信管理机获取远程后台计算机控制 指令， 对电网适应性测控装置进行状态监测与控制。

中央处理器负责采集被测风电机组的并网点的 三相电压、三相电流及实时风 速信息等模拟量信号，通过分析计算得出风电 机组的并网运行特性参数，如有功、 无功功率， 三相电压、 电流不平衡度， 电压闪变系数， 总谐波畸变率等， 并通过 通信管理机上传至远程后台监控计算机，远程 后台监控计算机就可以反映风电机 组的实时运行状态。

DSP控制器是电网扰动发生装置的核心控制处理 器， DSP控制器采用 TI公 司的 32位定点 DSP TMS320F2812, 采集相关电气量、 状态量， 接受通信管理机 的指令信号， 生成期望输出扰动状态所需的 PWM触发信号。 DSP控制器与后台 计算机的通信， 是通过通信管理机来实现的， 后台计算机通过通信管理机下发指 令至变流器 DSP控制器， 变流器 DSP控制器和通信管理机之间的连接为光纤连 接， 完全隔离。 DSP控制器包括低频扰动发生装置 DSP控制器、 高频扰动发生 装置 DSP控制器； 低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生装置 DSP控制器通过光纤均 与开入开出组件连接； 所述低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生装置 DSP控制器均与通信管理机连接;所述开入开出� �件和通信管理机通过光纤分别 与中央处理器连接； 低频扰动发生装置 DSP控制器和高频扰动发生装置 DSP控 制器通过通信管理机与后台监控计算机进行通 信； 后台监控计算机通过 RS485 总线与通信管理机连接。

中央处理器负责整个试验行程的状态监测与控 制，固化了数个重要的自动控 制逻辑， 在后台计算机点击相应的控制图标， 则会执行不同的自动逻辑控制。 如 低频扰动装置启动如图 5-图 7所示，只需在后台计算机点击低频扰动装置� �动按 钮， 对应行程自动执行， 若无故障出现， 设备自行启动， 无需人为干预， 避免了 整个装置运行过程中的人为误操作。

集成测控装置还包括 A/D转换器和电信号开入开出板； 所述 A/D转换器分 别通过片选地址信号线和数据线与中央处理器 连接；电信号开入开出板通过光纤 与中央处理器连接； 设置 ₃ 块调理板分别与 A/D转换器连接； 其中一块调理板 输入电流采集量， 另一块调理板输入风电机组风机侧电压采集量 ， 第三块调理板 输入除电流和电压以外的模拟采集量；

电信号开入开出板开入的电信号包括风机接触 器反馈信号、行程开关反馈信 号和急停开入信号； 开出的电信号包括风机接触器控制信号和故障 输出信号。

三、 移动式设计：

为方便复杂地形和交通条件下的风电机组的电 网适应性现场试验与检测，提 高电网适应性测试装置测试效率。将中压电网 适应性测试系统进行一体化设计后 集成于一个标准海运集装箱内，集装箱内部安 装的结构布局如图 8所示， 集装箱 内包括散热装置， 所述散热装置包括水冷装置和风冷装置。 中压设备的绝缘（可 采用绝缘材料、 绝缘胶带或绝缘挡板实现）、 耐压进行特殊设计， 完成了有限空 间的集成安装;对电网扰动发生装置运行期间� �散热进行特殊设计，完成了水冷、 风冷协调智能控制； 对装置的防护等级进行特殊设计， 以满足系统特殊的运行环 境要求。

实施例

移动式电网适应性测试装置现场测试示意图如 图 9所示，断开风电机组变压 器高压侧与中压电网的接线，将中压电网接入 低频扰动发生模块输入侧， 另将风 电机组变压器高压侧接入高频扰动发生模块输 出侧，即将电网适应性测试装置串 联于风电机组变压器高压侧与中压接入电网之 间。

进行测试时，通过集成测控系统控制电网扰动 发生装置及数据采集系统的启 停，通过集成测控系统控制电网扰动发生装置 的输出内容， 从而在风电机组变压 器高压侧模拟产生如电网电压偏差、频率波动 、三相电压不平衡、 电压闪变与谐 波等常见的电网扰动， 从而对风电机组进行电压适应性、频率适应性 、三相电压 不平衡适应性、 电压闪变适应性及谐波适应性测试。 通过数据采集系统（3块调 理板实现）所采集的相关测试数据，通过数据 分析、评价风电机组的电网适应性。 最后应当说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非 对其限制， 尽 管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明 ，所属领域的普通技术人员应当理 解： 依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或 者等同替换， 而未脱离本发明 精神和范围的任何修改或者等同替换， 其均应涵盖在本发明的权利要求范围当 中。