LVRT-6、LVRT-3系列低电压穿越测试装置LVRT-6M、LVRT-3M系列移动式低电压穿越测试装置中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司内容摘要本文介绍了中国电科院中电普瑞科技有限公司的移动式低电压穿越测试装置（现有产品LVRT—6M测试装置和LVRT—3M测试装置两类，从检测点电压等级上可分为35kV/10kV和690V两大类）。
对国内外低电压穿越测试装置的研发情况、各国的低电压穿越标准等进行了简要介绍。
详细阐述了中电普瑞科技有限公司移动式低电压穿越测试装置的适用范围、所符合的标准、整体设计、性能要求、装置配置和主要技术特点。
此外，本文还介绍了中电普瑞科技有限公司研制成功的张北风电研究检测中心35kV/6MV A固定电压跌落装置的主要性能特点。
目录1前言 (2)2低电压穿越测试装置的原理及分类 (3)3国内外研制情况概述 (5)4装置使用环境和引用标准 (6)4.1使用环境条件 (6)4.2所符合的标准 (7)5移动式低电压穿越测试装置配置 (9)5.1装置整体设计 (9)5.2性能要求 (10)5.2.1总体要求 (10)5.2.2电压跌落和恢复过程 (10)5.3装置基本配置 (11)5.4关键技术简介 (12)5.5装置主要技术特点 (14)6移动式与普通固定式结构对比分析 (15)7总结 (16)附件1 张北风电检测中心固定式电压跌落装置简介 (17)附件2 中电普瑞科技有限公司在风机低电压穿越测试装置方面的研制能力简介 (21)1前言我国风电发展前景广阔：陆地上可开发的风力资源至少有2.53亿千瓦，未来十年中，西北、东北、内蒙等内陆将建设多个千万千瓦级风电基地；我国近海区域的风力资源可开发储量有7.5亿千瓦，发展海上风电的潜力很大，在上海、江苏、山东等省市近海仅2010年—2011年就将有10多个海上风电场开始建设。
据国家能源局的规划，预计到2020年，我国风力发电装机总量将占全国总装机容量的20%。
随着风力发电在电力能源中所占比例越来越大，风力发电系统对电网的影响已经不能忽略。
特别对于我国风电大规模集中接入的方式，当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦风电机组自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行，使风力发电这种清洁能源的应用受到限制。
因此，大规模并网运行的风电机组必须具有低电压穿越能力(Low V oltage Ride Through，LVRT)。
风电机组并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率。
目前，丹麦、德国等欧洲国家制定了新的电网运行准则，应用范围较广的风电机组并网标准是《欧洲E.ON并网导则》；在国内，国家电网公司也已发布了《风电场并网技术规定》。
然而，目前国内试验和测试手段匮乏，尚不能研制与技术标准相配套的低电压穿越测试装置（电压跌落发生装置），低电压穿越测试试验无法在现场进行，难以为风电场的并网验收试验提供有效的技术支撑，也严重制约我国风力发电的发展。
为了提高我国风电机组并网运行检测能力，推动风电机组配套设备的自主创新，解决我国风电机组并网运行的瓶颈，中国电科院中电普瑞科技有限公司在成功研制张北风电研究检测中心35kV/6MV A固定电压跌落发生装置的基础上，通过自主创新进一步研制出国内首创的低电压穿越测试装置。
该装置采用阻抗分压式、集中结构、紧凑型设计，具有运输方便、测试灵活、占地面积小等优点。
低电压穿越测试装置根据国内风机的特点分为适用于6MV A及以下风机的低电压穿越测试装置（以下简称LVRT—6M）、适用于3MV A及以下风机用低电压穿越测试装置（以下简称LVRT—3M）两种类型。
根据对于测试地点的要求又分为固定式和移动式两种形式。
本文将对移动式低电压穿越测试装置的整体方案进行介绍。
2低电压穿越测试装置的原理及分类现有风力发电系统用低电压穿越测试装置方案有以下3类：阻抗分压形式、变压器形式和电力电子变换形式。
（1）基于阻抗分压形式实现的低电压穿越测试装置，通过在主电路中并联或串联电阻／电抗实现电压跌落。
图2-1是阻抗形式低电压穿越测试装置的电路原理，其中又分为并联方式和串联方式。
并联阻抗分压情况下，通过阻抗1、阻抗2以及负载阻抗的适当匹配产生预期的电压跌落；即闭合阻抗2侧的断路器，产生电压跌落；断开阻抗2侧的断路器，则电压恢复。
串联阻抗分压情况下，只通过并联在阻抗两侧的断路器来实现电压的跌落及恢复。
断路器断开时，电压降低；断路器闭合时，电压迅速恢复。
基于阻抗形式实现的低电压穿越测试装置，如果并联或串联可变的阻抗，则可以得到可变的电压跌落深度。
例如图2-1中的开关可以是继电器、接触器或者晶闸管，目前开关采用双向晶闸管的阻抗形式实现低电压穿越测试装置是目前的研究热点。
图2-1 阻抗形式低电压穿越测试装置电路原理图（2）基于变压器形式实现的低电压穿越测试装置可以分为2-2类：以单个升压或降压变压器组合形式实现的低电压穿越测试装置和以中心抽头变压器形式实现的低电压穿越测试装置。
单个升压或降压变压器组合形式实现的低电压穿越测试装置如图2-2所示。
图2-2a是并联方式，其中变压器1是降压变压器，变压器2是升压变压器，电压跌落通过变压器2和开关S1、S2实现；正常运行时，S1闭合，S2断开，负载由电网通过变压器1供电，当需要电压跌落时，闭合S2，即可使负载电压近似降到零，断开S1即可使电压跌落结束。
图2-2b为串联方式，降压变压器和升压变压器的电压比相反，正常运行时开关组1闭合，开关组2断开，电网电压经两级变压器先降压再升压对负载供电，断开开关组1，同时闭合开关组2，令负载电压跌至降压变压器的二次电压，达到电压跌落的过程，断开开关组2同时闭合开关组1，则负载电压恢复正常。
图2-2升降压变压器组合形式的VS G电路原理图以中心抽头变压器形式实现的低电压穿越测试装置，如图2-3所示。
其中图2-3a为单相结构，图2-3b为三相结构。
变压器的变比为1:1，正常运行时S1闭合，负载电压为正常电压；实现电压跌落时，S1断开同时S2闭合，使负载接入电压比较小的中间抽头，从而实现电压跌落过程；当断开S2重新闭合S1时，电压跌落结束。
图2-3中心抽头变压器形式的低电压穿越测试装置电路原理图（3）基于电力电子变换的低电压穿越测试装置方案，形式多样，可以使用交流电力控制电路、交交变频电路以及交直交变换器等，如图2-4。
图2-4a为采用交流调压形式实现的低电压穿越测试装置，由双向开关1对输入电压进行斩波，由双向开关2进行续流，并通过LC构成的低通滤波器，为负载提供标准的正弦电压。
两组开关状态互补，通过调节占空比可以方便的调节输出电压，从而获得需要的跌落深度。
基于交—直—交变流器实现的低电压穿越测试装置如图2-4b所示，可以实现多种故障波形，包括电压跌落、闪变、过电压、欠电压等，并方便地控制电压跌落深度、持续时间、相位和跌落的类型。
(a) 交流调压形式的VS G(b) 交直交变换形式的低电压穿越测试装置图2-4电力电子变换的低电压穿越测试装置电路原理图3国内外研制情况概述在风电较为发达的欧美国家，如丹麦、德国、加拿大等，对风机低电压穿越测试装置的研究已有较长的历史。
可完成《欧洲E.ON并网导则》和各国自行制定的风电并网标准规定的所有低电压穿越试验，满足额定容量最大为3MW的风电机组低电压穿越测试的需求。
欧美国家研制的低电压穿越测试装置以阻抗分压式为主，包括移动式和固定式两种类型结构；在欧美等国的一些高校和科研机构，对采用交直交变换形式实现的低电压穿越测试装置也进行了深入研究，并研制了试验室样机。
然而，由于IGBT（绝缘栅双极晶体管）、GTO（门可关断晶闸管）等可关断器件短时承受过电流能力不强，因此采用交直交变换形式的低电压穿越测试装置目前还没有应用于工程实践。
我国研制低电压穿越测试装置的起步较晚，目前移动式低电压穿越测试装置完全依赖进口。
在国内的一些高校和科研机构，近来对采用交直交变换形式实现的低电压穿越测试装置也进行了研究，但仅限于试验室分析和试验验证，尚无工程应用的报道。
中国电力科学研究院中电普瑞科技有限公司研制成功了世界上首套35kV/6MV A晶闸管控制阻抗分压式固定低电压穿越测试装置，目前在国家风电研究检测中心张北试验基地已完成了现场试验。
该装置采用首创的“晶闸管控制分压式”结构形式，完全自动控制，可满足额定容量范围为6MW的风电机组欧美各国低电压穿越试验标准和国网公司《风电并网技术规定》的低电压穿越测试要求，并能模拟电网电压的台阶式恢复过程，是目前世界上自动化程度最高，控制最灵活的低电压穿越测试装置。
中电普瑞科技有限公司在张北固定式低电压穿越测试装置基础上研制的测试装置分为LVRT—6M测试装置和LVRT—3M测试装置两类（从检测点电压等级上可分为35kV/10kV和690V两大类），能够满足欧美各国风电场并网运行准则和国家电网公司企业标准《风电并网技术规定》中关于低电压穿越测试标准的要求。
该装置通过控制可以实现三相相间对称故障和两相相间不对称故障两种类型的电压跌落，并均可根据实际要求作为移动式和固定式检测装置使用。
其中，LVRT—6M测试装置可以满足最大额定容量为6MW及以下的风电机组的低电压穿越试验要求；LVRT—3M测试装置可以满足最大额定容量为3MW及以下的双馈式和直驱式风机的低电压穿越试验要求。
4装置使用环境和引用标准4.1使用环境条件（1）装置允许的环境条件a)海拔高度：≤2000m。
b)环境温度和冷却介质温度：1）最高气温：+40℃。
2）最低气温：-40℃（户外）。
c)月平均最高相对湿度：90%（25℃下）。
d)污秽等级：Ⅲ级。
e)抗地震能力水平分量0.25g垂直分量0.125g（2）试验时集装箱内的环境条件a)温度-5～45ºCb)相对湿度45%～75%c)海拔高度小于2000米4.2所符合的标准图4-1 国外的低电压穿越测试标准所设计的移动式低电压穿越测试装置能够满足欧美各国风电场并网运行准则和国家电网公司企业标准《风电并网技术规定》中关于低电压穿越测试标准的要求。
欧美各国风电场并网运行准则中低电压穿越测试标准详见图4-1。
不同国家的低电压穿越测试标准不同：德国要求电网电压跌落到15%时持续300ms ，澳大利亚要求电网跌落到0%时持续175ms ，丹麦要求电网电压跌落到25%时持续100ms 。
00.10.20.30.40.50.60.70.80.911.11.2-101234时间 (s)电网故障引起电压跌落要求风电机组不脱网连续运行风电机组可以从电网切出0.625并网点电压(p u )图4-2国家电网公司《风电并网技术规定》中风电场低电压穿越要求曲线我国对低电压穿越试验要求的研究起步较晚，目前尚无正式的国家标准颁布。