CN103472325A - 一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波浪能、潮流能独立发电系统的检测平台，为一套380V/500kW的设备，包括电能质量监控模块，负载调节模块和短路模拟模块。波浪能、潮流能发电系统连接负载调节模块进行负载实验，或连接短路模拟模块进行短路实验。电能质量监控模块包括后台机、控制器和电能质量在线监测仪，均安装于监控柜内，能够完成人机交换、数据检测、负载调节命令下发、短路模拟命令下发和电能质量监测。通过调整负载调节模块负载支路的不同组合实现负载的阶梯调节，根据负载变化检测逆变器输出动态特性。短路模拟模块为短路柜，可模拟单相接地、相间短路、对称短路以及不对称短路各种故障。本检测平台可独立完成成套检测项目，具有可移动、准确性高、实时性好的特点。

Description

一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台

技术领域

本发明涉及海洋能发电技术领域的检测平台，具体涉及一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台。

背景技术

随着世界能源日趋紧张，海洋能作为一种绿色可再生能源，受到世界沿海国家的普遍重视。我国海洋能起步较早，且近年来得到党和国家领导人的高度关注。欧美等发达国家已经建造了若干不同类型的波浪能、潮流能等海洋能发电站，已经进入运行阶段。虽然我国在海洋能发电技术上发展较早且与国际水平相差无多，但由于缺乏相关检测手段，以及尚未到大规模应用阶段等原因，目前与海洋能发电技术相关的装备制造业尚未形成，除了小型的海洋能装置，基本没有批量生产的海洋能发电装置。

海洋能独立电力系统的实海况试验与检测是海洋能装置从工程样机走向规模产业化应用的关键环节。因此，波浪能与潮流能独立电力系统的检测平台是一项急需的关键技术设备。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台，该检测平台既可以进行设备出力品质、电能质量等主要性能，也可对设备的控制保护系统性能进行检测，可独立完成独立发电系统成套检测项目，检测结果具有实时性、准确性以及计算简便等优点，能起到很好的波浪能、海洋能独立发电系统现场检测作用。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台，其改进之处在于，所述检测平台包括依次连接的电能质量监控模块，负载调节模块以及短路模拟模块；所述检测平台的电能质量监控模块与波浪能和潮流能发电系统连接。

进一步地，所述电能质量监控模块包括依次连接的后台机、控制器和电能质量在线监测仪；

所述后台机、控制器和电能质量在线监测仪均安装于监控柜中；

所述电能质量监控模块用于完成人机交换、数据检测、负载调节命令下发、短路模拟命令下发和电能质量监测。

进一步地，波浪能和潮流能发电系统与所述控制器连接。

进一步地，所述电能质量监测包括发电机品质监测，电能质量品质监测，功率调节以及故障模拟检测。

进一步地，所述负载调节模块为电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀组组合的可控负载；所述负载调节模块通过调整负载支路的不同组合实现负载的阶梯调节，根据负载的变化检测波浪能和潮流能发电系统逆变器的输出动态特性。

进一步地，所述电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀均连接在交流母线上；所述电阻器组中的电阻被安装在电阻柜中，所述电抗器组中的电抗器被安装在电抗柜中，所述电容器组中的电容被安装在电容柜中；所述晶闸管阀被安装在阀组柜中；

所述可控负载由晶闸管进行投切，响应时间20ms。

进一步地，所述电阻器组由电阻-断路器支路以及至少一个的电阻-晶闸管阀支路并联组成，所述电阻-断路器支路和电阻-晶闸管阀支路均接地；

所述电阻-断路器支路包括串联的断路器和电阻；所述电阻-晶闸管阀支路包括串联的电阻和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成。

进一步地，所述电抗器组由电抗器-晶闸管阀支路并联组成；所述电抗器-晶闸管阀支路包括串联的电抗器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电抗器-晶闸管阀支路接地。

进一步地，所述电容器组由电容器-晶闸管阀支路并联组成；所述电容器-晶闸管阀支路包括串联的电容器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电容器-晶闸管阀支路接地。

进一步地，所述短路模拟模块采用短路柜实现，包括安装在交流母线上的单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关；所述短路模拟模块用于模拟单相接地故障、相间短路故障、对称短路故障以及不对称短路故障。

进一步地，所述交流母线及单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关被安装在进线柜中，进线柜、监控柜、可控负载以及短路柜均被安装在移动集装箱内；所述移动集装箱与移动设备连接，移动集装箱包括左、右各三个侧开门以及一个后开门。

进一步地，所述波浪能和潮流能发电系统包括依次连接的发电机组、整流电路、储能元件和逆变器；所述发电机组经过整流电路输出直流，通过储能元件储能，再通过逆变器逆变成三相交流电，然后连接可控负载进行负载实验，或者连接短路模拟模块进行短路实验。

本发明基于另一目的提供的一种380V/500kW的设备，其改进之处在于，所述设备为权利要求1所述的检测平台。

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明针对波浪能、海洋能独立发电系统实海况测试的要求，设计了移动式检测平台，能够完成出力品质检测、电能质量监测和保护测试等功能，功能齐备且工作可靠稳定，使用和维护方便。该系统既可以进行设备出力品质、电能质量等主要性能，也可对设备的控保系统性能进行检测，可独立完成独立发电系统成套检测项目，检测结果具有实时性、准确性以及计算简便等优点，能起到很好的波浪能、海洋能独立发电系统现场检测作用。

附图说明

图1是本发明提供的波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台结构图；

图2是本发明提供的可控负载框架图；

图3是本发明提供的电能质量监控模块结构框图；

图4是本发明提供的电能质量监控模块性能检测技术路线图；

图5是本发明提供的波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台实体结构图。

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。

本发明提供的波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台结构图如图1所示，该检测平台为一套380V/500kW的设备，包括依次连接的电能质量监控模块，负载调节模块以及短路模拟模块三大模块；所述检测平台的电能质量监控模块与波浪能和潮流能发电系统连接。

波浪能和潮流能发电系统包括依次连接的发电机组、整流电路、储能元件和逆变器；波浪能、潮流能发电机组经过整流电路输出直流，通过储能元件储能，再经过逆变器逆变成三相交流电，然后连接可控负载进行负载实验，或者连接短路模拟模块进行短路实验。图1中，A点为直流电压测试点，B点为交流电压测试点以及电能质量监测点。

一、电能质量监控模块：

电能质量监控模块包括依次连接的后台机、控制器和电能质量在线监测仪，均安装于监控柜内，能够完成人机交换、数据检测、负载调节命令下发、短路模拟命令下发、电能质量监测，是检测平台的核心部分。波浪能和潮流能发电系统与所述控制器连接。本发明提供的电能质量监控模块结构框图如图3所示。

电能质量监测包括：

发电机品质监测：针对波浪能及潮流能独立发电系统出力的波动性和间歇性，设计独立发电系统出力品质检测平台。检测系统获取每个发电装置的直流电压和直流电流，进而分别获取每个发电装置以及整个独立发电系统输出的实时出力。

电能质量品质监测：为保障独立发电系统为负载提供的电能质量，设计独立发电系统电能质量检测平台。通过选取高精度的电能质量在线监测装置，完成对系统输出电压与电流的谐波、电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡、频率偏差、功率因数等参数进行检测、记录分析。

功率调节以及故障模拟检测：为保障发电装置在系统故障时能够快速、准确地启动保护功能，设计独立发电系统保护系统检测平台。该检测平台可模拟单相接地、相间短路、对称短路以及不对称短路等各种故障，实现对独立发电系统的保护性能的检测。本发明提供的电能质量监控模块性能检测技术路线图如图4所示。

二、负载调节模块：

负载调节模块为电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀组组合的可控负载；所述负载调节模块通过调整负载支路的不同组合实现负载的阶梯调节，根据负载的变化检测波浪能和潮流能发电系统逆变器的输出动态特性。本发明提供的可控负载框架图如图2所示。

电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀均连接在交流母线上；所述电阻器组中的电阻被安装在电阻柜中，所述电抗器组中的电抗器被安装在电抗柜中，所述电容器组中的电容被安装在电容柜中；所述晶闸管阀被安装在阀组柜中；

可控负载由晶闸管进行投切，响应时间20ms。

电阻器组由电阻-断路器支路以及至少一个的电阻-晶闸管阀支路并联组成，所述电阻-断路器支路和电阻-晶闸管阀支路均接地；所述电阻-断路器支路包括串联的断路器和电阻；所述电阻-晶闸管阀支路包括串联的电阻和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成。

电抗器组由电抗器-晶闸管阀支路并联组成；所述电抗器-晶闸管阀支路包括串联的电抗器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电抗器-晶闸管阀支路接地。

电容器组由电容器-晶闸管阀支路并联组成；所述电容器-晶闸管阀支路包括串联的电容器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电容器-晶闸管阀支路接地。

负载调节模块设计

（1）参数计算：

发电机额定功率为P_GN，视在功率S_GN，功率因数为

，则发电机无功功率输出 $Q_N=\±\sqrt{S_{\mathrm{GN}}^2-P_{\mathrm{GN}}^2}.$

（2）设备参数：

电阻参数：电阻用于消耗发电机的有功功率，因此电阻所能消耗的最大有功为P_GN，电阻支路容量按照8421编码设置，可以保证在电阻分级较少时步长较小，共分16级，步长为6.25％。共分为5条支路，则其电阻容量分别为P_R1＝P_GN/16，P_R2＝P_GN/16，P_R3＝P_GN/8，P_R4＝P_GN/4，P_R5＝P_GN/2。

电感参数：电感用于消耗系统的感性无功，所能消耗的最大无功为331kvar，电感支路容量按照8421编码设置，共分为4条支路，15级，步长为6.6％，则4个电感支路的容量分别为Q_L1＝Q_GN/15，Q_L2＝2Q_GN/15，Q_L3＝4Q_GN/15，Q_L4＝8Q_GN/15。

电容参数：电容用于消耗系统中的容性无功，所能消耗的最大无功为331kvar，电容支路容量按照8421编码设置，共分为4条支路，15级，步长为6.6％，则4个电容支路的容量分别为Q_C1＝Q_GN/15，Q_C2＝2Q_GN/15，Q_C3＝4Q_GN/15，Q_C4＝8Q_GN/15。

三、短路模拟模块：

短路模拟模块即为短路柜，包括安装在交流母线上的单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关；可模拟单相接地、相间短路、对称短路以及不对称短路等各种故障。短路模拟模块需3台380V三相断路器，如图1所示，合上QS1时，模拟单相接地故障；合上QS2，模拟两相短路故障，合上QS3模拟三相短路故障。

发电机出口额定电压为U_GN=0.4kV，有功功率为P_N=500kW，发电机至逆变器部分按整体考虑，发电机至逆变器处的等效短路阻抗可近似认为0.0051+j0.157Ω。计算短路电流时考虑在极端情况下，即不考虑储能装置储能，发电机在额定功率下出力，全部供给短路点，则有

B点附近发生三相短路时，其初始值为

$I_k^{\′\′}=\frac{{\mathrm{cU}}_n}{\sqrt{3}{K}_G(R_G+{\mathrm{jx}}_d^{\′\′})}=\frac{1.1\×0.38}{\sqrt{3}\×1.00096\×(0.0051+j0.157)}\mathrm{kA}=1.53\mathrm{kA};$

式中：K_G—发电机阻抗修正因数，表达式如下：

述交流母线及单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关被安装在进线柜中，进线柜、监控柜、可控负载以及短路柜均被安装在移动集装箱内；所述移动集装箱与移动设备连接，移动集装箱包括左、右各三个侧开门以及一个后开门。波浪能和潮流能发电系统包括依次连接的发电机组、整流电路、储能元件和逆变器；所述发电机组经过整流电路输出直流，通过储能元件储能，再通过逆变器逆变成三相交流电，然后连接可控负载进行负载实验，或者连接短路模拟模块进行短路实验。本发明提供的波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台实体结构图如图5所示。

本发明提供的检测平台用以检测波浪能、潮流能独立发电系统的主要性能，主要包括：

1）检测发电出力品质：

针对发电系统出力的波动性和间歇性检测平台可通过交流、直流量的测试、计算，检测发电设备的出力、效率、直流分量等重要指标。

2）检测电能质量：

通过选取高精度的电能质量在线监测装置，实现对系统输出电压与电流的谐波、电压偏差、电压波动和闪变、电压不平衡、频率偏差、功率因数等参数进行检测、记录分析。

3）检测监测系统：

该保护平台可模拟单相接地、相间短路、对称短路以及不对称短路等各种故障，实现对独立发电系统的保护性能的检测。

设备整体性能检测装置和控制保护系统性能检测装置组成了本发明的独立发电系统检测平台。依据国家并网技术标准，设备整体检测装置可满足系统发电效率、供电质量、保护性能等测试的需要。装置控制系统通过各种接口转接板和光纤就可以与仿真机进行相互通讯，装置实际运行情况可以在控制系统的人机界面上显示出来。在仿真机上搭建电网和负荷的模型，可模拟实际电网产生各种典型工况或者，检测并网设备控制保护系统的主要性能。同时，将仿真机部分加以扩充可对高压大功率设备的控制保护系统性能进行检测。本检测平台可独立完成成套检测项目，且具有可移动、准确性高、实时性好等特点。

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。

Claims (13)

1.一种波浪能和潮流能独立发电系统的检测平台，其特征在于，所述检测平台包括依次连接的电能质量监控模块，负载调节模块以及短路模拟模块；所述检测平台的电能质量监控模块与波浪能和潮流能发电系统连接。

2.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于，所述电能质量监控模块包括依次连接的后台机、控制器和电能质量在线监测仪；

所述后台机、控制器和电能质量在线监测仪均安装于监控柜中；

所述电能质量监控模块用于完成人机交换、数据检测、负载调节命令下发、短路模拟命令下发和电能质量监测。

3.如权利要求2所述的检测平台，其特征在于，波浪能和潮流能发电系统与所述控制器连接。

4.如权利要求2所述的检测平台，其特征在于，所述电能质量监测包括发电机品质监测，电能质量品质监测，功率调节以及故障模拟检测。

5.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于，所述负载调节模块为电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀组组合的可控负载；所述负载调节模块通过调整负载支路的不同组合实现负载的阶梯调节，根据负载的变化检测波浪能和潮流能发电系统逆变器的输出动态特性。

6.如权利要求5所述的检测平台，其特征在于，所述电阻器组、电抗器组、电容器组和晶闸管阀均连接在交流母线上；所述电阻器组中的电阻被安装在电阻柜中，所述电抗器组中的电抗器被安装在电抗柜中，所述电容器组中的电容被安装在电容柜中；所述晶闸管阀被安装在阀组柜中；

所述可控负载由晶闸管进行投切，响应时间20ms。

7.如权利要求5所述的检测平台，其特征在于，所述电阻器组由电阻-断路器支路以及至少一个的电阻-晶闸管阀支路并联组成，所述电阻-断路器支路和电阻-晶闸管阀支路均接地；

所述电阻-断路器支路包括串联的断路器和电阻；所述电阻-晶闸管阀支路包括串联的电阻和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成。

8.如权利要求5所述的检测平台，其特征在于，所述电抗器组由电抗器-晶闸管阀支路并联组成；所述电抗器-晶闸管阀支路包括串联的电抗器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电抗器-晶闸管阀支路接地。

9.如权利要求5所述的检测平台，其特征在于，所述电容器组由电容器-晶闸管阀支路并联组成；所述电容器-晶闸管阀支路包括串联的电容器和晶闸管阀；所述晶闸管阀由反并联的晶闸管组成；所述电容器-晶闸管阀支路接地。

10.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于，所述短路模拟模块采用短路柜实现，包括安装在交流母线上的单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关；所述短路模拟模块用于模拟单相接地故障、相间短路故障、对称短路故障以及不对称短路故障。

11.如权利要求10所述的检测平台，其特征在于，所述交流母线及单相短路开关、双向短路开关和三相短路开关被安装在进线柜中，进线柜、监控柜、可控负载以及短路柜均被安装在移动集装箱内。

12.如权利要求1所述的检测平台，其特征在于，所述波浪能和潮流能发电系统包括依次连接的发电机组、整流电路、储能元件和逆变器；所述发电机组经过整流电路输出直流，通过储能元件储能，再通过逆变器逆变成三相交流电，然后连接可控负载进行负载实验，或者连接短路模拟模块进行短路实验。

13.一种380V/500kW的设备，其特征在于，所述设备为权利要求1所述的检测平台。

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