一種帶儲能和模擬負載的風力發電機組測試電源及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風電系統測試領域，特別涉及一種風力發電機組并網發電的測試電源及測試方法。
【背景技術】
[0002]隨著世界能源格局的變更，風力發電已成各國競相研宄、發展的熱點。風電場基礎建設完成后，在接入大電網之前，必須完成水路系統、主控系統、風機電航系統、風電變流器等設備的靜態和動態調試，確保發電系統接入大電網后安全無誤運行，減少調試時間。風電場大多地處偏遠，環境惡劣，要想完成并網前調試工作，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為調試所需的工頻交流電，后者將風力發電機組多余的能量消耗掉。
[0003]風機一體化測試電源及其負載(即風力發電機組和風電變流器)可看做一微網，儲能逆變電源系統是調節測試電源性能、保證負荷供電質量的重要環節。現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并聯混合儲能(如圖3所示)，但均未考慮負載能量反灌(如風電變流器+發電機等可后續輸出功率的負載)這一特殊負載情況，限制了儲能逆變電源在波動性較大的負載、有能量反灌的負載上的應用。
[0004]現有技術實現的儲能逆變電源，一般配置單一儲能單元，或通過多組DC/DC實現混合儲能，但均未配有大功率模擬電阻單元。當電源系統的負載功率索取瞬時較大時，容易對單一儲能單元造成損害(如電池保護板耐流值不夠則出現電池切出系統導致電源停機)；當系統負載有功率反灌時，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；當儲能元件存儲容量不夠時，必須退出運行方可對其進行充電，使用另外一套裝置或者將整套測試電源系統切出，接上電網對儲能單元充電，這樣既費時又費力，影響了系統使用效率、工程效率。
【發明內容】
[0005]本發明的目的首先在于提供一種超級電容與鋰電池聯合儲能、自帶大功率模擬負載、三相橋逆變器和Buck/Boost變換器組合的儲能逆變電源系統，應用于風電機組測試電源裝置，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調實現測試電源系統的能量雙向流動，完成風電場并網前各系統的調試工作。本發明的另一目的是提供上述測試電源的測試方法。
[0006]本發明具體采用如下技術方案:
一種帶儲能和模擬負載的風力發電機組測試電源，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并聯，所述DC/AC變換器將連接在主回路直流側的鋰電池輸出的直流電轉換為三相交流電輸出到主回路交流側變壓器，DC/DC變換器的輸出端經第四交流開關連接鋰電池、經第五交流開關連接超級電容、經第三交流開關連接模擬電阻單元。
[0007]測試時，當風電變流器網側啟動開始，閉合第五交流開關，通過超級電容為風電變流器提供沖擊性能量；當風電變流器網側啟動成功后，斷開第五交流開關；當風機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，斷開第四交流開關和第五交流開關，同時閉合第三交流開關，利用模擬電阻單元泄放多余的能量。
[0008]本發明電源應用于風電場接大電網之前的風機系統調試工作，包括變槳和偏航系統的調試、風電變流器的小功率并網測試，以及整機的系統調試工作等。完成調試的初始能量由鋰電池和超級電容器組提供，當風機發電能量反灌時給儲能單元充電，為防止出現反灌能量“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，交流側經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的拓撲結構，輸出380Vac和690Vac三相工頻交流電源。
[0009]本發明有益效果:
Cl)儲能單元與模擬電阻單元通過功率開關并聯，集儲能與泄能于一體，在被測試系統沒有接入大電網之前提供能量支撐和能量存儲，當系統負載發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，實現高能量密度特性和高功率特性的完美統一，大大增強了系統的波動性負載適應能力。
[0011](3)采用三路DC/DC作為3路模擬電阻的開關，實現了模擬電阻單元的分時切入，等效開關頻率大提高，為單路的三倍，能更好的實現電流和功率的瞬時和穩態控制，同時降低了單路電阻負載的功率，有助于散熱系統的設計，提高了經濟性能。
[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，通過交流開關實現其分時復用，減少了 DC/DC濾波器和IGBT的使用數量，節約了成本。
[0013](5)功率器件直流側、交流側均有EMI濾波器，有效減小高頻分量對輸出電能質量的負面影響，抑制電磁干擾對控制系統的影響。
[0014](6) DC/DC輸出側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頻率，使得電感工作時產生的噪音降低。
【附圖說明】
[0015]圖1是傳統單一儲能逆變器拓撲結構I ;
圖2是傳統單一儲能逆變器拓撲結構2 ;
圖3是傳統混合儲能逆變器拓撲結構；
圖4是本發明電源系統拓撲結構；
圖5是三相橋逆變單元結構圖； 圖6是雙向DC/DC單元結構圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體實施例對本發明進行進一步的說明。
[0017]圖4為本發明技術方案的拓撲結構框圖，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并聯，鋰電池連接在主回路直流側，第一、第二交流開關QF1、QF2位于主回路上。鋰電池輸出的直流電經直流EMI濾波器(圖中未畫出)進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