專利名稱：一種風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風能發(fā)電與電氣技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前存在的風機檢測系統(tǒng)是在風機運行的過程中，實現(xiàn)性能基本參數(shù)的采集、分析、計算風機性能參數(shù)并繪制性能曲線，并通過采集預(yù)處理的信號對風機的傳遞的變頻調(diào)速控制的過程。風機性能試驗對于成品的檢驗和新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)都至關(guān)重要，特別是對于大型，特性風機以及單件，小批量而且氣流特性有特殊要求的情況，性能試驗尤為重要。 目前，我國風機性能檢測大多以手工為主，存在試驗手段落后，勞動量大和實驗結(jié)果不準確等缺點。此外國內(nèi)外發(fā)展的最新科技風電發(fā)電檢測機構(gòu)不能對發(fā)電系統(tǒng)進行選擇，只能在發(fā)生故障的時候?qū)Πl(fā)電系統(tǒng)進行故障判斷。同時檢測工具只能對風力發(fā)電機和逆變器在單一負載條件下分別進行檢測，沒有辦法檢測風力發(fā)電機和逆變器在多樣負載工作條件下的匹配情況。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置及方法。本發(fā)明的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，包括發(fā)電單元，蓄電池單元，逆變單元，負載模擬和模擬電網(wǎng)單元控制單元，控制單元和檢測單元；發(fā)電單元包括風力發(fā)電機和風機接入控制器；逆變單元包括逆變器和逆變器接入控制器；負載模擬和模擬電網(wǎng)單元包括負載選擇器和模擬負載，并網(wǎng)接入控制器和模擬電網(wǎng)；控制單元包括DSP、儲存設(shè)備和通信模塊；檢測單元包括風機狀態(tài)檢測機構(gòu)和電氣性能檢測機構(gòu)；蓄電池單元包括蓄電池、蓄電池控制器和Boost電路；裝置的具體連接是風力發(fā)電機通過風力發(fā)電機接入控制器連接至帶有蓄電池控制器的蓄電池單元，風力發(fā)電機通過風力發(fā)電機接入控制器連接帶有逆變器接入控制器的逆變器，逆變單元的輸出經(jīng)負載選擇器接至模擬負載，模擬出不同檢測模式下的負載，風力發(fā)電機接有風機狀態(tài)檢測機構(gòu)，風機狀態(tài)檢測機構(gòu)的輸出連接至電氣性能檢測機構(gòu)，電氣性能檢測機構(gòu)與模擬電網(wǎng)相連，模擬電網(wǎng)經(jīng)并網(wǎng)接入控制器連接至逆變單元的輸出端，風力發(fā)電機接入控制器、逆變器接入控制器、負載選擇器、電氣性能檢測機構(gòu)和并網(wǎng)接入控制器均連至DSP的10端口，通信模塊和存儲設(shè)備外接于DSP。所述發(fā)電單元的風機接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)，每個開關(guān)其中一端連接起來作為發(fā)電單元的輸出端，另一端分別連接不同風力發(fā)電機。所述逆變單元的逆變器接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)，分別位于逆變器的輸入端和輸出端，控制逆變器的接入，逆變器的輸入端與發(fā)電單元的輸出端和蓄電池單元的輸出端相連，逆變器接入控制器的輸出端與負載模擬和模擬電網(wǎng)單元相連。所述負載模擬和模擬電網(wǎng)單元的負載選擇器包括單刀單擲開關(guān)和控制電路，采用多個單刀單擲開關(guān)并聯(lián)，控制電路接于DSP輸出端，控制電路輸出端接于單刀單擲開關(guān)；所述模擬負載包括三種連接方式孤島運行時風機檢測的模擬負載包括串聯(lián)的斷路器和熔斷器和三相星形連接的電容，電感，電阻陣；并網(wǎng)時風機檢測的模擬負載包括串聯(lián)的斷路器和熔斷器、三相六邊形連接的電容、電感和電阻陣；并網(wǎng)時逆變器檢測的模擬負載包括熔斷器，斷路器和三相星形連接、角接并聯(lián)的電容，電感和電阻。所述模擬電網(wǎng)包括保護電路，穩(wěn)壓電路和可調(diào)電容，可調(diào)電阻，可控交流電壓源， 并網(wǎng)接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)并聯(lián)，并網(wǎng)接入控制器的輸入端與逆變器接入控制器輸出相連，并網(wǎng)接入控制器輸出端依次連接保護電路和穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的三相輸出端接并聯(lián)后的可調(diào)電容與可調(diào)電阻，可控交流電壓源接至并聯(lián)后的可調(diào)電容與可調(diào)電阻的輸出端，形成星形連接。所述檢測單元的風機狀態(tài)檢測機構(gòu)采用風速儀；電氣性能檢測機構(gòu)包括電能質(zhì)量分析儀和示波器。所述蓄電池單元的蓄電池采用鉛酸蓄電池，各蓄電池之間并聯(lián)；蓄電池控制器包括穩(wěn)壓芯片、供電電源控制芯片和輸出調(diào)壓芯片，蓄電池連接穩(wěn)壓芯片輸入端，穩(wěn)壓芯片的輸出連接供電電源控制芯片的輸入，輸出調(diào)壓芯片輸入端接至供電電源控制芯片的輸出； Boost電路的輸入作為蓄電池單元的輸入，Boost電路的輸出同蓄電池控制器的輸出相連， 作為蓄電池單元的輸出。本發(fā)明檢測方法包括孤島運行時待測風力發(fā)電機的工作狀態(tài)檢測、并網(wǎng)時待測風力發(fā)電機的工作狀態(tài)檢測和并網(wǎng)時待測逆變器工作狀態(tài)的檢測。待測風力發(fā)電機孤島運行時，風力發(fā)電機檢測是在標準逆變器和穩(wěn)定模擬負載條件下進行的，主要檢測風力發(fā)電機發(fā)出的電能的質(zhì)量，判定在孤島運行的模式下風力發(fā)電機的工作狀態(tài)，通過DSP控制負載選擇器選擇相應(yīng)的模擬負載。此時，電網(wǎng)對發(fā)電系統(tǒng)沒有影響。孤島運行時，待測風力發(fā)電機工作狀態(tài)檢測步驟如下步驟1 風力發(fā)電機檢測條件的確定風力發(fā)電機檢測系統(tǒng)的蓄電池單元，逆變器，變壓器，負載選擇器以及模擬負載的額定功率大于等于風力發(fā)電機的視在功率；步驟2 進行風力發(fā)電機離網(wǎng)功率性能檢測；步驟2. 1 通過DSP調(diào)節(jié)風速，并啟動風力發(fā)電機，風機檢測機構(gòu)通過風速儀，電能質(zhì)量分析儀和示波器采集數(shù)據(jù)，包括線電壓、線電流和風速，設(shè)定采樣周期和采樣頻率。步驟2.2 示波器根據(jù)采集的風機線電壓繪制風機電壓特性曲線，并計算繪制出的風機電壓特性曲線與標準的風機電壓特性曲線之間的相似度。


權(quán)利要求
1.一種風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于包括發(fā)電單元，蓄電池單元，逆變單元，負載模擬和模擬電網(wǎng)單元，控制單元和檢測單元；發(fā)電單元包括風力發(fā)電機和風機接入控制器；逆變單元包括逆變器和逆變器接入控制器；負載模擬和模擬電網(wǎng)單元包括負載選擇器和模擬負載，并網(wǎng)接入控制器和模擬電網(wǎng)；控制單元包括DSP、儲存設(shè)備和通信模塊；檢測單元包括風機狀態(tài)檢測機構(gòu)和電氣性能檢測機構(gòu)；蓄電池單元包括蓄電池、蓄電池控制器和Boost電路；裝置的具體連接是風力發(fā)電機通過風力發(fā)電機接入控制器連接至帶有蓄電池控制器的蓄電池單元，風力發(fā)電機通過風力發(fā)電機接入控制器連接帶有逆變器接入控制器的逆變器，逆變單元的輸出經(jīng)負載選擇器接至模擬負載，模擬出不同檢測模式下的負載，風力發(fā)電機接有風機狀態(tài)檢測機構(gòu)，風機狀態(tài)檢測機構(gòu)的輸出連接至電氣性能檢測機構(gòu)，電氣性能檢測機構(gòu)與模擬電網(wǎng)相連，模擬電網(wǎng)經(jīng)并網(wǎng)接入控制器連接至逆變單元的輸出端，風力發(fā)電機接入控制器、逆變器接入控制器、負載選擇器、電氣性能檢測機構(gòu)和并網(wǎng)接入控制器均連至DSP的IO端口，通信模塊和存儲設(shè)備外接于DSP。
2.如權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于所述發(fā)電單元的風機接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)，每個開關(guān)其中一端連接起來作為發(fā)電單元的輸出端，另一端分別連接不同風力發(fā)電機。
3.如權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于所述逆變單元的逆變器接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)，分別位于逆變器的輸入端和輸出端，控制逆變器的接入，逆變器的輸入端與發(fā)電單元的輸出端和蓄電池單元的輸出端相連，逆變器接入控制器的輸出端與負載模擬和模擬電網(wǎng)單元相連。
4.如權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于所述負載模擬和模擬電網(wǎng)單元的負載選擇器包括單刀單擲開關(guān)和控制電路，采用多個單刀單擲開關(guān)并聯(lián)，控制電路接于DSP輸出端，控制電路輸出端接于單刀單擲開關(guān)，模擬負載包括三種孤島運行時風機檢測的模擬負載包括串聯(lián)的斷路器和熔斷器和三相星形連接的電容，電感，電阻陣；并網(wǎng)時風機檢測的模擬負載包括串聯(lián)的斷路器和熔斷器、三相六邊形連接的電容、電感和電阻陣；并網(wǎng)時逆變器檢測的模擬負載包括熔斷器，斷路器和三相星形連接、角接并聯(lián)的電容，電感和電阻；模擬電網(wǎng)包括保護電路，穩(wěn)壓電路和可調(diào)電容，可調(diào)電阻，可控交流電壓源，并網(wǎng)接入控制器采用多個單刀單擲開關(guān)并聯(lián)，并網(wǎng)接入控制器的輸入端與逆變器接入控制器輸出相連，并網(wǎng)接入控制器輸出端依次連接保護電路和穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的三相輸出端接并聯(lián)后的可調(diào)電容與可調(diào)電阻，可控交流電壓源接至并聯(lián)后的可調(diào)電容與可調(diào)電阻的輸出端，形成星形連接。
5.如權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于所述檢測單元的風機狀態(tài)檢測機構(gòu)采用風速儀；電氣性能檢測機構(gòu)包括電能質(zhì)量分析儀和示波器。
6.如權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，其特征在于所述蓄電池單元的蓄電池采用鉛酸蓄電池，各蓄電池之間并聯(lián)；蓄電池控制器包括穩(wěn)壓芯片、供電電源控制芯片和輸出調(diào)壓芯片，蓄電池連接穩(wěn)壓芯片輸入端，穩(wěn)壓芯片的輸出連接供電電源控制芯片的輸入，輸出調(diào)壓芯片輸入端接至供電電源控制芯片的輸出；Boost電路的輸入作為蓄電池單元的輸入，Boost電路的輸出同蓄電池控制器的輸出相連，作為蓄電池單元的輸出。
7.采用權(quán)利要求1所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置的檢測方法，其特征在于包括 孤島運行時待測風力發(fā)電機的工作狀態(tài)檢測、并網(wǎng)時待測風力發(fā)電機的工作狀態(tài)檢測和并網(wǎng)時待測逆變器工作狀態(tài)的檢測；所述孤島運行時，待測風力發(fā)電機工作狀態(tài)檢測步驟如下步驟1 風力發(fā)電機檢測條件的確定風力發(fā)電機檢測系統(tǒng)的蓄電池單元，逆變器，變壓器，負載選擇器以及模擬負載的額定功率大于等于風力發(fā)電機的視在功率； 步驟2 進行風力發(fā)電機離網(wǎng)功率性能檢測；步驟2. 1 通過DSP調(diào)節(jié)風速，并啟動風力發(fā)電機，風機檢測機構(gòu)通過風速儀，電能質(zhì)量分析儀和示波器采集數(shù)據(jù)，包括線電壓、線電流和風速，設(shè)定采樣周期和采樣頻率；步驟2. 2:示波器根據(jù)采集的風機線電壓繪制風機電壓特性曲線，并計算繪制出的風機電壓特性曲線與標準的風機電壓特性曲線之間的相似度；
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測方法，其特征在于所述并網(wǎng)時待測風力發(fā)電機工作狀態(tài)的檢測步驟如下 步驟1 確定并網(wǎng)檢測條件；步驟2 采集風力發(fā)電機組并網(wǎng)功率性能參數(shù)，設(shè)定采樣周期和采樣頻率；通過DSP將風速調(diào)節(jié)到風力發(fā)電機的額定風速，風機檢測機構(gòu)通過風速儀，電能質(zhì)量分析儀和示波器采集參數(shù)數(shù)據(jù)，包括線電壓、線電流和風速；步驟3 計算每一采樣周期內(nèi)每一采樣點的數(shù)據(jù)，包括風機輸出電壓、逆變器輸出電壓、風機輸出電能頻率，分別繪制出動態(tài)曲線；步驟4 根據(jù)計算得出的風機輸出電壓、逆變器輸出電壓、風機輸出電能頻率和此時風機輸出的線電流值計算風機輸出功率和風機轉(zhuǎn)換效率，并繪制相應(yīng)動態(tài)曲線；步驟5 計算繪制出的風機輸出電壓曲線、逆變器輸出電壓曲線、風機輸出電能頻率曲線、風機輸出功率曲線和風機轉(zhuǎn)換效率曲線與相應(yīng)的標準曲線的相似度S ；步驟5. 1 對示波器采集的數(shù)據(jù)隨機采樣，將采樣的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)存儲的標準曲線進行對比，算出兩曲線的相似度，其中，系統(tǒng)對每一時鐘周期內(nèi)采集500個點，計算所有采樣周期的整體相似度&，即對每一采樣周期的相似度取平均值 對每一周期的相似度取平均為整體相似度S
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測方法，其特征在于所述并網(wǎng)時待測逆變器工作狀態(tài)的檢測步驟如下第1步將風能發(fā)電單元輸出電壓調(diào)整至逆變器輸入電壓的額定值；微調(diào)負載使逆變器的輸出功率為額定功率，緩慢調(diào)整風力發(fā)電機的輸出電壓，使其在額定值的80% 120%內(nèi)變化并測量輸出電壓不同時逆變器輸出電壓；第2步將風力發(fā)電機輸出電壓調(diào)整至逆變器輸入電壓的額定電壓值的80% ；將示波器接至逆變器輸出端進行測試；繪制逆變器輸出電壓與時間的曲線，計算其與存儲器中的標準80%額定電壓下的電壓與時間曲線的相似度；第3步將風力發(fā)電機的輸出電壓變化為90 %額定電壓，計算90 %額定電壓相似度 S(U)90O^ ；將風力發(fā)電機的輸出電壓變化為100%額定電壓，計算100%額定電壓電壓相似度 S(U) ；將風力發(fā)電機的輸出電壓變化為110%額定電壓，計算110%額定電壓電壓相似度 S(U) 11(1%;將風力發(fā)電機的輸出電壓變化為120%額定電壓，計算120%額定電壓電壓相似度 S⑶ 120% ，第4步繪制風機發(fā)電在額定電壓的80% 120%下，線電流與時間的曲線，采用步驟2 3同樣的操作得到80%額定電壓電流相似度S(I)8(1%，90%額定電壓電流相似度 Sa)90% ； 100%額定電壓電流相似度S(I) 1QQ% ； 110%額定電壓電流相似度S(I) 11Q% ； 120%額定電壓電流相似度S⑴ 120% ，第5步通過示波器測量逆變器輸入線電流Idc、線電壓‘和輸出的線電流Iac、線電壓 Uac，并計算逆變器轉(zhuǎn)換效率η
全文摘要
一種風能發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)檢測裝置，包括發(fā)電單元，蓄電池單元，逆變單元，負載模擬和模擬電網(wǎng)單元控制單元，控制單元和檢測單元；發(fā)電單元包括風力發(fā)電機和風機接入控制器；逆變單元包括逆變器和逆變器接入控制器；負載模擬和模擬電網(wǎng)單元包括負載選擇器和模擬負載，并網(wǎng)接入控制器和模擬電網(wǎng)；控制單元包括DSP、儲存設(shè)備和通信模塊；檢測單元包括風機狀態(tài)檢測機構(gòu)和電氣性能檢測機構(gòu)，蓄電池單元包括蓄電池、蓄電池控制器和Boost電路。本發(fā)明方法分別檢測待測風機孤島運行、待測風機并網(wǎng)運行及待測逆變器在標準風機并網(wǎng)時的工作狀態(tài)，實現(xiàn)風機或逆變器多樣負載下的檢測，滿足多個風機或逆變器間的切換，提高檢測效率和準確性。
文檔編號G01R31/34GK102508055SQ20111029511
公開日2012年6月20日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者何志強, 劉振偉, 劉鑫蕊, 孫秋野, 張化光, 楊珺, 滕菲, 郭靖, 馬大中 申請人:東北大學(xué)