风电机组变流器测试应用

一、应用背景

随着全球能源需求的不断增长，给气候带来了一系列挑战。为减缓气候变化、保护地球的生态系统，对清洁能源的需求日益迫切。风力发电是一种利用风能来发电的技术。作为一种零排放的能源形式，风力发电受到了广泛关注，并被认为是减少温室气体排放和实现可持续发展的重要手段之一。许多国家和地区都出台了相关政策和法规以推动风力发电行业的发展，为风力发电提供了市场保障和经济激励，促进了行业的增长。

二、发展趋势

随着风力发电技术的不断成熟和进步，其可靠性和效率都得到了大幅提高。风力发电设备的成本显著下降，大型风机的装机容量也不断增加。预计未来风力发电的装机容量将继续增长，尤其是在新兴市场中的增速更加迅猛。同时，海上风力发电以其稳定的风资源和巨大的发展潜力吸引着越来越多的投资和关注，预计未来海上风力发电将成为风力发电行业的重要增长领域。

除此之外，智能化和数字化技术的应用将为风力发电领域带来巨大的变革和发展机遇。通过使用先进的监控和控制系统，优化风电场的运行和维护，提高风力发电系统的效率和可靠性。

三、风电机组变流器测试系统

风电机组变流器测试系统是用于对风力发电机组中的变流器进行性能测试和验证的设备。变流器是将风力发电机组产生的交流电转换为适合输送到电网的直流电的关键部件。

风电机组变流器在环测试解决方案通常包括以下几个方面：

输电系统模拟：该系统可模拟电网条件，包括电压、频率和电网扰动等，有助于测试变流器在不同电网条件下的性能表现，并验证其是否符合电网要求。

风机模拟和负载：通过模拟风力发电机组的动态特性以及风速和风向的变动，对变流器的响应和控制能力进行测试。同时，还可以模拟负载变化情况，以评估变流器在不同负载条件下的稳定性和效率。

控制系统测试：对变流器的控制系统进行验证，包括对响应时间、稳定性、电网同步等方面的测试，有助于确保变流器能够正常运行并与电网协调。

数据采集和分析：通过采集和分析测试过程中的数据，评估变流器的性能指标，并为后续的优化和故障诊断提供数据支持。

效率和功率因数测试：通过测量变流器的效率和功率因数，评估其电能转换效率，检查是否满足性能要求和标准。

保护和安全测试：测试变流器的保护功能，包括过电压保护、过电流保护、短路保护等，以确保变流器在故障情况下能够安全运行。

风电机组变流器测试系统的设计和配置可能会因厂家和具体需求而有所不同。为了确保风电机组的可靠性和性能，充分测试和验证变流器的性能是非常重要的。基于半实物仿真支持任意拓扑模型搭建且高度精确的特点，采用HIL半实物硬件在环进行风电机组变流器在环测试已逐渐成为主流趋势。

EasyGo采用基于CPU+FPGA的HIL实时仿真器，可以帮助企业工程师进行如下储能变流器半实物仿真研究和测试：

1) 各类风电机组变流器拓扑结构应用的研究

2) 风电变流器在不同负载与电网条件下的稳定性和可靠性工况测试

3) 含风电系统的分布式能源入网电能质量测试

4) 新型控制算法的性能验证

下图为常见的风电机组的常见拓扑图。

四、基于EasyGo的解决方案

（一）基于PXIBox的风电机组变流器实时仿真方案

基于PXIBox超强的CPU+FPGA计算精度，可将风力发电机组以及变流器等电力电子拓扑结构部分运行在FPGA上，利用丰富的IO接口可实现变流器控制对接闭环测试，实时仿真步长可做到1us。 而风轮叶片以及转轴与传动系统，时间惯量常数比较大，则可实时运行在CPU上,实时仿真步长可做到50-100us。

（二）测试内容

实时仿真平台可以对风电机组变流器进行入网标准测试，如电网适应性测试、宽频振荡阻抗特性测试、高/低压穿越测试、外部无功小扰动测试等；同时可以有效避免因控制器引起的“炸机”现象，为企业提供高效、安全的测试平台。

1、电网适应性测试

根据《风力发电机组电网适应性测试规程》，对风力发电机组进行电网适应性测试，旨在确保风电机组能够正常运行。测试内容主要包括电压偏差适应性、频率偏差适应性、三相电压不平衡适应性、闪变适应性和谐波电压适应性。

2、宽频振荡阻抗特性测试

根据《风电场阻抗特性评估技术规范》，利用电压扰动注入法扫描阻抗。可考虑有功出力为 10%、 30%、 40%、 60%、 80%、 90%的运行工况，对风电机组阻抗进行扫描，并给出风电机组 2.5Hz-1000Hz 范围内的正序阻抗和负序阻抗。若存在振荡风险，应优化控制参数或改进控制策略实现阻抗重塑来抑制振荡。

3、高/低电压穿越测试

根据《风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》、《风电场接入电力系统技术规定》测试标准，需要对风电机组在瞬时电压跌落/上升等工况下的反应能力进行测试，旨在确保风电机组在电网电压波动时仍能稳定、安全运行。

4、外部无功小扰动测试

根据外部无功小扰动测试的要求，可以通过设置风电机组母线投切电容器，模拟不同无功注入风电机组，测试风电机组能否稳定运行。

以上就是我们对风电机组变流器仿真测试的应用分享了，欢迎感兴趣的工程师们一起交流沟通！