一種帶儲能和模擬負(fù)載的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測試電源及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電系統(tǒng)測試領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的測試電源及測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著世界能源格局的變更，風(fēng)力發(fā)電已成各國競相研宄、發(fā)展的熱點。風(fēng)電場基礎(chǔ)建設(shè)完成后，在接入大電網(wǎng)之前，必須完成水路系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)電航系統(tǒng)、風(fēng)電變流器等設(shè)備的靜態(tài)和動態(tài)調(diào)試，確保發(fā)電系統(tǒng)接入大電網(wǎng)后安全無誤運行，減少調(diào)試時間。風(fēng)電場大多地處偏遠(yuǎn)，環(huán)境惡劣，要想完成并網(wǎng)前調(diào)試工作，需要使用儲能逆變電源和模擬電阻單元，前者將存儲在儲能單元中的電能逆變?yōu)檎{(diào)試所需的工頻交流電，后者將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組多余的能量消耗掉。
[0003]風(fēng)機(jī)一體化測試電源及其負(fù)載(即風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和風(fēng)電變流器)可看做一微網(wǎng)，儲能逆變電源系統(tǒng)是調(diào)節(jié)測試電源性能、保證負(fù)荷供電質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的儲能逆變電源多采用單一儲能(如圖1和圖2所示)，也有部分案例采用通過DC/DC并聯(lián)混合儲能(如圖3所示)，但均未考慮負(fù)載能量反灌(如風(fēng)電變流器+發(fā)電機(jī)等可后續(xù)輸出功率的負(fù)載)這一特殊負(fù)載情況，限制了儲能逆變電源在波動性較大的負(fù)載、有能量反灌的負(fù)載上的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)的儲能逆變電源，一般配置單一儲能單元，或通過多組DC/DC實現(xiàn)混合儲能，但均未配有大功率模擬電阻單元。當(dāng)電源系統(tǒng)的負(fù)載功率索取瞬時較大時，容易對單一儲能單元造成損害(如電池保護(hù)板耐流值不夠則出現(xiàn)電池切出系統(tǒng)導(dǎo)致電源停機(jī))；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載有功率反灌時，若儲能單元充電功率小于反灌功率，則會引起母線電壓上拱，對功率器件、儲能單元的使用壽命造成影響；當(dāng)儲能元件存儲容量不夠時，必須退出運行方可對其進(jìn)行充電，使用另外一套裝置或者將整套測試電源系統(tǒng)切出，接上電網(wǎng)對儲能單元充電，這樣既費時又費力，影響了系統(tǒng)使用效率、工程效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的首先在于提供一種超級電容與鋰電池聯(lián)合儲能、自帶大功率模擬負(fù)載、三相橋逆變器和Buck/Boost變換器組合的儲能逆變電源系統(tǒng)，應(yīng)用于風(fēng)電機(jī)組測試電源裝置，儲能部分集高能量密度特性和高功率密度特性于一體，Buck/Boost變換器集鋰電池和超級電容充放電及模擬電阻單元的可控放電等功能于一體，儲能單元和模擬電阻單元相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)測試電源系統(tǒng)的能量雙向流動，完成風(fēng)電場并網(wǎng)前各系統(tǒng)的調(diào)試工作。本發(fā)明的另一目的是提供上述測試電源的測試方法。
[0006]本發(fā)明具體采用如下技術(shù)方案:
一種帶儲能和模擬負(fù)載的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組測試電源，包括儲能單元、功率變換單元以及模擬電阻單元，其特征在于:
所述儲能單元包括鋰電池和超級電容，所述功率變換單元包括至少一 DC/AC變換器和至少一 DC/DC變換器，所述DC/AC變換器和DC/DC變換器在主回路直流側(cè)并聯(lián)，所述DC/AC變換器將連接在主回路直流側(cè)的鋰電池輸出的直流電轉(zhuǎn)換為三相交流電輸出到主回路交流側(cè)變壓器，DC/DC變換器的輸出端經(jīng)第四交流開關(guān)連接鋰電池、經(jīng)第五交流開關(guān)連接超級電容、經(jīng)第三交流開關(guān)連接模擬電阻單元。
[0007]測試時，當(dāng)風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)啟動開始，閉合第五交流開關(guān)，通過超級電容為風(fēng)電變流器提供沖擊性能量；當(dāng)風(fēng)電變流器網(wǎng)側(cè)啟動成功后，斷開第五交流開關(guān)；當(dāng)風(fēng)機(jī)啟動后開始能量反灌時，通過主回路給鋰電池充電，充滿后閉合第五交流開關(guān)給超級電容充電，充滿后如果還有多余能量，斷開第四交流開關(guān)和第五交流開關(guān)，同時閉合第三交流開關(guān)，利用模擬電阻單元泄放多余的能量。
[0008]本發(fā)明電源應(yīng)用于風(fēng)電場接大電網(wǎng)之前的風(fēng)機(jī)系統(tǒng)調(diào)試工作，包括變槳和偏航系統(tǒng)的調(diào)試、風(fēng)電變流器的小功率并網(wǎng)測試，以及整機(jī)的系統(tǒng)調(diào)試工作等。完成調(diào)試的初始能量由鋰電池和超級電容器組提供，當(dāng)風(fēng)機(jī)發(fā)電能量反灌時給儲能單元充電，為防止出現(xiàn)反灌能量“供”大于“求”，模擬電阻單元提供泄能通道。本電源采用電壓型三相全橋變流器，直流側(cè)與鋰電池組連接、通過DC/DC與超級電容和模擬電阻單元連接，交流側(cè)經(jīng)濾波器后與三相三繞組隔離變壓器連接，組成類似儲能逆變電源系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸出380Vac和690Vac三相工頻交流電源。
[0009]本發(fā)明有益效果:
Cl)儲能單元與模擬電阻單元通過功率開關(guān)并聯(lián)，集儲能與泄能于一體，在被測試系統(tǒng)沒有接入大電網(wǎng)之前提供能量支撐和能量存儲，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載發(fā)生能量反灌時提供泄能通道，并且通過對DC/DC所接模擬電阻單元的電流和功率控制，實現(xiàn)對儲能單元的充電電流和功率控制。
[0010](2)超級電容通過雙向DC/DC變換器與鋰電池并聯(lián)，實現(xiàn)高能量密度特性和高功率特性的完美統(tǒng)一，大大增強了系統(tǒng)的波動性負(fù)載適應(yīng)能力。
[0011](3)采用三路DC/DC作為3路模擬電阻的開關(guān)，實現(xiàn)了模擬電阻單元的分時切入，等效開關(guān)頻率大提高，為單路的三倍，能更好的實現(xiàn)電流和功率的瞬時和穩(wěn)態(tài)控制，同時降低了單路電阻負(fù)載的功率，有助于散熱系統(tǒng)的設(shè)計，提高了經(jīng)濟(jì)性能。
[0012](4) Buck/Boost電路與模擬電阻單元放電回路共用3路DC/DC開關(guān)，通過交流開關(guān)實現(xiàn)其分時復(fù)用，減少了 DC/DC濾波器和IGBT的使用數(shù)量，節(jié)約了成本。
[0013](5)功率器件直流側(cè)、交流側(cè)均有EMI濾波器，有效減小高頻分量對輸出電能質(zhì)量的負(fù)面影響，抑制電磁干擾對控制系統(tǒng)的影響。
[0014](6) DC/DC輸出側(cè)采用帶共模電感的耦合電感，以交錯方式運行，從而在共模電感(直流濾波電感)不變的條件下，使得差模均流電感增大，總的電感尺寸降低；使用交錯式方法運行，提高了耦合電感的等效開關(guān)頻率，使得電感工作時產(chǎn)生的噪音降低。
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)單一儲能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)I ;
圖2是傳統(tǒng)單一儲能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2 ;
圖3是傳統(tǒng)混合儲能逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖4是本發(fā)明電源系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
圖5是三相橋逆變單元結(jié)構(gòu)圖； 圖6是雙向DC/DC單元結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0017]圖4為本發(fā)明技術(shù)方案的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)框圖，主要由儲能單元、功率變換單元、三相三繞組隔離變壓器TM、模擬電阻單元(泄放電阻)LOAD及第一 ~第五交流開關(guān)QF1~QF5組成。
[0018]儲能單元由鋰電池Battery和超級電容Super Capacitors組成，功率變換單元由DC/AC變換器Ul和DC/DC變換器U2組成，DC/AC變換器和DC/DC變換器在主回路直流側(cè)并聯(lián)，鋰電池連接在主回路直流側(cè)，第一、第二交流開關(guān)QF1、QF2位于主回路上。鋰電池輸出的直流電經(jīng)直流EMI濾波器(圖中未畫出)進(jìn)入功率變換單元母線。如圖5所示，DC/AC變換器采用三相橋逆變單元，將鋰電池輸出