一种风能发电并网系统检测装置及方法

1.一种风能发电并网系统检测装置，其特征在于：包括发电单元，蓄电池单元，逆变单元，负载模拟和模拟电网单元，控制单元和检测单元；
发电单元包括风力发电机和风机接入控制器；
逆变单元包括逆变器和逆变器接入控制器；
负载模拟和模拟电网单元包括负载选择器和模拟负载，并网接入控制器和模拟电网；
控制单元包括DSP、存储设备和通信模块；
检测单元包括风机状态检测机构和电气性能检测机构；
蓄电池单元包括蓄电池、蓄电池控制器和Boost电路；
装置的具体连接是：风力发电机通过风力发电机接入控制器连接至带有蓄电池控制器的蓄电池单元，风力发电机通过风力发电机接入控制器连接带有逆变器接入控制器的逆变器，逆变单元的输出经负载选择器接至模拟负载，模拟出不同检测模式下的负载，风力发电机接有风机状态检测机构，风机状态检测机构的输出连接至电气性能检测机构，电气性能检测机构与模拟电网相连，模拟电网经并网接入控制器连接至逆变单元的输出端，风力发电机接入控制器、逆变器接入控制器、负载选择器、电气性能检测机构和并网接入控制器均连至DSP的IO端口，通信模块和存储设备外接于DSP。
2.如权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置，其特征在于：所述发电单元的风机接入控制器采用多个单刀单掷开关，每个开关其中一端连接起来作为发电单元的输出端，另一端分别连接不同风力发电机。
3.如权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置，其特征在于：所述逆变单元的逆变器接入控制器采用多个单刀单掷开关，分别位于逆变器的输入端和输出端，控制逆变器的接入，逆变器的输入端与发电单元的输出端和蓄电池单元的输出端相连，逆变器接入控制器的输出端与负载模拟和模拟电网单元相连。
4.如权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置，其特征在于：所述负载模拟和模拟电网单元的负载选择器包括单刀单掷开关和控制电路，采用多个单刀单掷开关并联，控制电路接于DSP输出端，控制电路输出端接于单刀单掷开关，模拟负载包括三种：孤岛运行时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器和三相星形连接的电容，电感，电阻阵；并网时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器、三相六边形连接的电容、电感和电阻阵；并网时逆变器检测的模拟负载包括熔断器，断路器和三相星形连接、角接并联的电容，电感和电阻；模拟电网包括保护电路，稳压电路和可调电容，可调电阻，可控交流电压源，并网接入控制器采用多个单刀单掷开关并联，并网接入控制器的输入端与逆变器接入控制器输出相连，并网接入控制器输出端依次连接保护电路和稳压电路，稳压电路的三相输出端接并联后的可调电容与可调电阻，可控交流电压源接至并联后的可调电容与可调电阻的输出端，形成星形连接。
5.如权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置，其特征在于：所述检测单元的风机状态检测机构采用风速仪；电气性能检测机构包括电能质量分析仪和示波器。
6.如权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置，其特征在于：所述蓄电池单元的蓄电池采用铅酸蓄电池，各蓄电池之间并联；蓄电池控制器包括稳压芯片、供电电源控制芯片和输出调压芯片，蓄电池连接稳压芯片输入端，稳压芯片的输出连接供电电源控制芯片的输入，输出调压芯片输入端接至供电电源控制芯片的输出；Boost电路的输入作为蓄电池单元的输入，Boost电路的输出同蓄电池控制器的输出相连，作为蓄电池单元的输出。
7.采用权利要求1所述的风能发电并网系统检测装置的检测方法，其特征在于：包括：
孤岛运行时待测风力发电机的工作状态检测、并网时待测风力发电机的工作状态检测和并网时待测逆变器工作状态的检测；
所述孤岛运行时，待测风力发电机工作状态检测步骤如下：
步骤1：风力发电机检测条件的确定：风力发电机检测系统的蓄电池单元，逆变器，变压器，负载选择器以及模拟负载的额定功率大于等于风力发电机的视在功率；
步骤2：进行风力发电机离网功率性能检测；
步骤2.1：通过DSP调节风速，并启动风力发电机，风机状态检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集数据，包括：线电压、线电流和风速，设定采样周期和采样频率；
步骤2.2：示波器根据采集的风机线电压绘制风机电压特性曲线，并计算绘制出的风机电压特性曲线与标准的风机电压特性曲线之间的相似度；
其中，
S1，风机电压特性曲线相似度；
Ai，为采样得到的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，
Bi，为标准的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，
为电压的平均值，
为功率的平均值，
n，采样周期的个数；
步骤2.2.1：对示波器采集来的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的伏安特性标准曲线进行对比，由公式（1）算出两曲线的相似度，其中，系统对每一时钟周期内采集
500个点；
步骤2.2.2：计算所有采样周期的整体相似度Sp，即对每一采样周期的相似度求和再取平均值：
步骤2.2.3：计算所有采样周期的平均风速 和平均功率
步骤2.3：DSP再次调节风速，重复步骤2.2，其中，每次调节风速比上次增加1m/s的风速，风速上限为12m/s；
步骤3：在不同风速条件下，检测风机工作状态；
步骤3.1：计算风机总体风能转换效率ηcon；
其中：
Pn为风机输出的整体效率
ρ为此时的空气密度
R为扇叶半径
vn为此时风速测量下的风速
步骤3.2：计算采样周期内每一点的转换效率，绘制总体动态转换效率曲线，转换效率采用如下公式计算：
*
ηn ＝0.8ηn+0.1ηn-1+0.05ηn-2+0.025×ηn-3+0.00625×ηn-4+0.00625×ηn-5+0.006
25×ηn-6+0.00625×ηn-7
*
其中ηn 由存储器存储，是由该采样点前7个采样点的值计算得出的，主要是对存储的数据进行缓存和滤波处理，使得到的功率曲线更平滑，最大的减小了风机机械结构不稳定对实验处理的影响；
步骤3.3，计算孤岛条件下，风机的工作评价指标Dvi：
其中：
Dvi为风速在vi情况下风机的评价指标，
ηvi为风速在vi情况下风机的转换效率，
为在采样周期内，取n个点的频率与额定频率的差的和，
为在采样周期内，取n个点的功率与额定频率的差的和，其中，Pni表示第n个采样周期内第i个采样点的实际功率，PBni表示第n个采样周期内第i个采样点的标准功率；
步骤3.4，对不同vi下的风机的工作评价指标Dvi取平均值D；
步骤4，检查风机当前检测环境；
步骤4.1，检查发电系统是否满足风机检测条件，如果满足进入下一步，如果不满足，将所得的数据视为错误数据；
步骤4.2，检查所绘制出的曲线是否存在数据突变点，如果存在，检查原因，将所得的数据保存在存储器中，以备查看；
步骤5，如果D>1，说明所检测的风机若接入发电系统，在孤岛运行的情况下无法进行正常工作；如果D<1，说明该风力发电机适合接入发电系统，在孤岛运行的情况下能正常工作；
所述并网时待测风力发电机工作状态的检测步骤如下：
步骤1：确定并网检测条件；
步骤2：采集风力发电机组并网功率性能参数，设定采样周期和采样频率；
通过DSP将风速调节到风力发电机的额定风速，风机状态检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集参数数据，包括：线电压、线电流和风速；
步骤3：计算每一采样周期内每一采样点的数据，包括风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率，分别绘制出动态曲线；
步骤4：根据计算得出的风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率和此时风机输出的线电流值计算风机输出功率和风机转换效率，并绘制相应动态曲线；
步骤5：计算绘制出的风机输出电压曲线、逆变器输出电压曲线、风机输出电能频率曲线、风机输出功率曲线和风机转换效率曲线与相应的标准曲线的相似度S2：
其中，
αi，表示所测量的实际曲线到原点之间的距离；
βi，表示标准曲线的所对应的点到原点间的距离；
步骤5.1：对示波器采集的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的标准曲线进行对比，算出两曲线的相似度，其中，系统对每一时钟周期内采集500个点，计算每一个周期的相似度Sp，即对每一采样周期内的数据求得的相似度：
求得的每一个采样周期的相似度求和取平均为整体相似度S3：
步骤5.2：将风机输出电压曲线相似度代入式（7）得到整体风机输出电压相似度SUO；将逆变器输出电压曲线相似度代入上式得到整体逆变器输出电压相似度SUO'；将风机输出电能频率曲线相似度代入上式得到整体风机输出电能频率相似度Sf；将功率曲线相似度代入上式得到整体风机输出功率相似度S′p，将转换效率曲线相似度代入上式得到整体风机转换效率相似度Sη；
步骤6：计算并网条件下，风机的工作评价指标DG：
其中：
DG为风机并网的工作评价指标；
SUO为风机输出电压相似度；
SUO'为逆变器输出电压相似度；
Sf为风机输出电能频率相似度；
Sη为转换效率相似度；
步骤7：评价指标判断，如果DG>1，说明该风机在接入发电系统时，在并网的情况下无法进行正常工作；如果DG<1说明该风力发电机适合接入发电系统，在并网条件下能正常工作；
所述并网时待测逆变器工作状态的检测步骤如下：
第1步：将风能发电单元输出电压调整至逆变器输入电压的额定值；微调负载使逆变器的输出功率为额定功率，缓慢调整风力发电机的输出电压，使其在额定值的80%～120%内变化并测量输出电压不同时逆变器输出电压；
第2步：将风力发电机输出电压调整至逆变器输入电压的额定电压值的80%；将示波器接至逆变器输出端进行测试；绘制逆变器输出电压与时间的曲线，计算其与存储器中的标准80%额定电压下的电压与时间曲线的相似度：
第3步：将风力发电机的输出电压变化为90%额定电压，计算90%额定电压相似度S(U)90%；将风力发电机的输出电压变化为100%额定电压，计算100%额定电压电压相似度S(U)100%；将风力发电机的输出电压变化为110%额定电压，计算110%额定电压电压相似度S(U)110%；将风力发电机的输出电压变化为120%额定电压，计算120%额定电压电压相似度S(U)120%；
第4步：绘制风机发电在额定电压的80%～120%下，线电流与时间的曲线，采用步骤
2～3同样的操作得到80%额定电压电流相似度S(I)80%，90%额定电压电流相似度S(I)90%；
100%额定电压电流相似度S(I)100%；110%额定电压电流相似度S(I)110%；120%额定电压电流相似度S(I)120%；
第5步：通过示波器测量逆变器输入线电流IDC、线电压UDC和输出的线电流IAC、线电压UAC，并计算逆变器转换效率η：
第6步：将逆变器输入电压调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；调节输出电流为125%额定值，连续可靠工作不少于1min；输入电压调到125%额定值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于连续可靠工作不少于10s；判断三种情况下逆变器工作是否正常工作：如果三种情况下均能正常工作，则逆变器带载指标为DP＝3；
两种情况下能正常工作，则带载指标DP＝1.5；如果三种情况下均不能正常工作带载指标DP＝0；
第7步：计算逆变器评价指标：
逆变器整体相似度评价指标DS：
逆变器转换效率评价指标Dη：
连续工作状态性能评价指标DP如所示第6步得出；
第8步：计算逆变器总体评价指标：
DN＝Dη+DS+LnDP
第9步：如果DN≤1说明逆变器适合在所接入的发电系统中并网发电；否则，逆变器，不适合接入该发电系统，不能直接连入逆变单元中并网发电。

一种风能发电并网系统检测装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于风能发电与电气技术领域，具体涉及一种风能发电并网系统检测装置及方法。\n背景技术\n[0002] 目前存在的风机检测系统是在风机运行的过程中，实现性能基本参数的采集、分析、计算风机性能参数并绘制性能曲线，并通过采集预处理的信号对风机的传递的变频调速控制的过程。风机性能试验对于成品的检验和新产品的设计开发都至关重要，特别是对于大型，特性风机以及单件，小批量而且气流特性有特殊要求的情况，性能试验尤为重要。\n目前，我国风机性能检测大多以手工为主，存在试验手段落后，劳动量大和实验结果不准确等缺点。此外国内外发展的最新科技风电发电检测机构不能对发电系统进行选择，只能在发生故障的时候对发电系统进行故障判断。同时检测工具只能对风力发电机和逆变器在单一负载条件下分别进行检测，没有办法检测风力发电机和逆变器在多样负载工作条件下的匹配情况。\n发明内容\n[0003] 针对现有技术的不足，本发明提供一种风能发电并网系统检测装置及方法。\n[0004] 本发明的风能发电并网系统检测装置，包括发电单元，蓄电池单元，逆变单元，负载模拟和模拟电网单元控制单元，控制单元和检测单元；\n[0005] 发电单元包括风力发电机和风机接入控制器；\n[0006] 逆变单元包括逆变器和逆变器接入控制器；\n[0007] 负载模拟和模拟电网单元包括负载选择器和模拟负载，并网接入控制器和模拟电网；\n[0008] 控制单元包括DSP、储存设备和通信模块；\n[0009] 检测单元包括风机状态检测机构和电气性能检测机构；\n[0010] 蓄电池单元包括蓄电池、蓄电池控制器和Boost电路；\n[0011] 装置的具体连接是：风力发电机通过风力发电机接入控制器连接至带有蓄电池控制器的蓄电池单元，风力发电机通过风力发电机接入控制器连接带有逆变器接入控制器的逆变器，逆变单元的输出经负载选择器接至模拟负载，模拟出不同检测模式下的负载，风力发电机接有风机状态检测机构，风机状态检测机构的输出连接至电气性能检测机构，电气性能检测机构与模拟电网相连，模拟电网经并网接入控制器连接至逆变单元的输出端，风力发电机接入控制器、逆变器接入控制器、负载选择器、电气性能检测机构和并网接入控制器均连至DSP的IO端口，通信模块和存储设备外接于DSP。\n[0012] 所述发电单元的风机接入控制器采用多个单刀单掷开关，每个开关其中一端连接起来作为发电单元的输出端，另一端分别连接不同风力发电机。\n[0013] 所述逆变单元的逆变器接入控制器采用多个单刀单掷开关，分别位于逆变器的输入端和输出端，控制逆变器的接入，逆变器的输入端与发电单元的输出端和蓄电池单元的输出端相连，逆变器接入控制器的输出端与负载模拟和模拟电网单元相连。\n[0014] 所述负载模拟和模拟电网单元的负载选择器包括单刀单掷开关和控制电路，采用多个单刀单掷开关并联，控制电路接于DSP输出端，控制电路输出端接于单刀单掷开关；\n[0015] 所述模拟负载包括三种连接方式：孤岛运行时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器和三相星形连接的电容，电感，电阻阵；并网时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器、三相六边形连接的电容、电感和电阻阵；并网时逆变器检测的模拟负载包括熔断器，断路器和三相星形连接、角接并联的电容，电感和电阻。\n[0016] 所述模拟电网包括保护电路，稳压电路和可调电容，可调电阻，可控交流电压源，并网接入控制器采用多个单刀单掷开关并联，并网接入控制器的输入端与逆变器接入控制器输出相连，并网接入控制器输出端依次连接保护电路和稳压电路，稳压电路的三相输出端接并联后的可调电容与可调电阻，可控交流电压源接至并联后的可调电容与可调电阻的输出端，形成星形连接。\n[0017] 所述检测单元的风机状态检测机构采用风速仪；电气性能检测机构包括电能质量分析仪和示波器。\n[0018] 所述蓄电池单元的蓄电池采用铅酸蓄电池，各蓄电池之间并联；蓄电池控制器包括稳压芯片、供电电源控制芯片和输出调压芯片，蓄电池连接稳压芯片输入端，稳压芯片的输出连接供电电源控制芯片的输入，输出调压芯片输入端接至供电电源控制芯片的输出；\nBoost电路的输入作为蓄电池单元的输入，Boost电路的输出同蓄电池控制器的输出相连，作为蓄电池单元的输出。\n[0019] 本发明检测方法包括：孤岛运行时待测风力发电机的工作状态检测、并网时待测风力发电机的工作状态检测和并网时待测逆变器工作状态的检测。\n[0020] 待测风力发电机孤岛运行时，风力发电机检测是在标准逆变器和稳定模拟负载条件下进行的，主要检测风力发电机发出的电能的质量，判定在孤岛运行的模式下风力发电机的工作状态，通过DSP控制负载选择器选择相应的模拟负载。此时，电网对发电系统没有影响。\n[0021] 孤岛运行时，待测风力发电机工作状态检测步骤如下：\n[0022] 步骤1：风力发电机检测条件的确定：风力发电机检测系统的蓄电池单元，逆变器，变压器，负载选择器以及模拟负载的额定功率大于等于风力发电机的视在功率；\n[0023] 步骤2：进行风力发电机离网功率性能检测；\n[0024] 步骤2.1：通过DSP调节风速，并启动风力发电机，风机检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集数据，包括：线电压、线电流和风速，设定采样周期和采样频率。\n[0025] 步骤2.2：示波器根据采集的风机线电压绘制风机电压特性曲线，并计算绘制出的风机电压特性曲线与标准的风机电压特性曲线之间的相似度。\n[0026] \n[0027] 其中，\n[0028] S，风机电压特性曲线相似度；\n[0029] Ai，为采样得到的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，\n[0030] Bi，为标准的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，\n[0031] 为电压的平均值，\n[0032] 为功率的平均值，\n[0033] n，采样数据个数。\n[0034] 步骤2.2.1：对示波器采集来的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的伏安特性标准曲线进行对比，由公式(1)算出两曲线的相似度。其中，系统对每一时钟周期内采集500个点；\n[0035] 步骤2.2.2：计算所有采样周期的整体相似度Sp，即对每一采样周期的相似度取平均值：\n[0036] \n[0037] 步骤2.2.3：计算所有采样周期的平均风速 和平均功率\n[0038] \n[0039] 步骤2.3：DSP再次调节风速，重复步骤2.2，其中，每次调节风速比上次增加1m/s的风速，风速上限为12m/s。\n[0040] 步骤3：在不同风速条件下，检测风机工作状态。\n[0041] 步骤3.1：计算风机总体风能转换效率ηcon。\n[0042] \n[0043] 其中：\n[0044] Pn为风机输出的整体效率\n[0045] ρ为此时的空气密度\n[0046] R为扇叶半径\n[0047] vn为此时风速测量测量下的风速\n[0048] 步骤3.2：计算采样周期内每一点的转换效率，绘制总体动态转换效率曲线。转换效率采用如下公式计算：\n[0049] ηn*＝0.8ηn+0.1ηn-1+0.05ηn-2+0.025×ηn-3+0.00625×ηn-4+0.00625×ηn-5+0.00625×ηn-6+0.00625×ηn-7\n[0050] 其中ηn*由存储器存储，是由该采样点前7个采样点的值计算得出的，主要是对存储的数据进行缓存和滤波处理，使得到的功率曲线更平滑，最大的减小了风机机械结构不稳定对实验处理的影响。\n[0051] 步骤3.3，计算孤岛条件下，风机的工作评价指标Dvi：\n[0052] \n[0053] 其中：\n[0054] Dvi为风速在vi情况下风机的评价指标，\n[0055] ηvi为风速在vi情况下风机的转换效率，\n[0056] 为在采样周期内，取n个点的频率与额定频率的差的和，\n[0057] 为在采样周期内，取n个点的功率与额定频率的差的和，其中，Pni表示第n个采样周期内第i个采样点的实际功率，PBni表示第n个采样周期内第i个采样点的标准功率。\n[0058] 步骤3.4，对不同vi下的风机的工作评价指标Dvi取平均值D。\n[0059] \n[0060] 步骤4，检查风机当前检测环境；\n[0061] 步骤4.1，检查发电系统是否满足风机检测条件，如果满足进入下一步，如果不满足，将所得的数据视为错误数据。\n[0062] 步骤4.2，检查所绘制出的曲线是否存在数据突变点，如果存在，检查原因，将所得的数据保存在存储器中，以备查看。\n[0063] 步骤5，如果D＞1，说明所检测的风机若接入发电系统，在孤岛运行的情况下无法进行正常工作；如果D＜1，说明该风力发电机适合接入发电系统，在孤岛运行的情况下能正常工作。\n[0064] 待测风力发电机并网运行时，风力发电机检测是在标准逆变器和稳定模拟负载条件下进行的，风力发电机在并网运行下，通过DSP选择相应的模拟负载，通过构建模拟电网及并网接入控制器来模拟风力发电机在并入模拟电网时的工作状态，分析在特殊情况下风机对电网的影响，主要检测风力发电机输出的电能质量，判定在并网运行的模式下风力发电机的工作状态，此时，电网对发电系统产生影响。\n[0065] 待测风力发电机接入模拟电网前，需确定检测条件，具体如下：\n[0066] 1.风力发电机通过的Boost电路，蓄电池，逆变器，变压器，并网接入控制器，模拟电网，负载选择器以及模拟负载的额定功率大于或等于风力发电机的视在功率。\n[0067] 2.模拟电网的短路功率为风力发电机短路功率的50倍；50次谐波内的电压总畸变率必须低于10min平均值的5％。\n[0068] 3.模拟电网在任意0.2s内的测量值在额定定值的±1％，并确保在检测期间电网频率不会发生变化，如果在检测结束后发现电网频率不满足要求，将检测期间的测量值和结论全部视为虚假数据。\n[0069] 并网时，待测风力发电机工作状态的检测步骤如下：\n[0070] 步骤1：确定并网检测条件。\n[0071] 步骤2：采集风力发电机组并网功率性能参数，设定采样周期和采样频率。\n[0072] 通过DSP将风速调节到风力发电机的额定风速，风机检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集参数数据，包括：线电压、线电流和风速。\n[0073] 步骤3：计算每一采样周期内每一采样点的数据，包括风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率，分别绘制出动态曲线，按下式计算数据：\n[0074] Qn* ＝ 0.8Qn+0.1Qn-1+0.05Qn-2+0.025×Qn-3+0.00625×Qn-4+0.00625×Qn-5+0.00625×Qn-6+0.00625×Qn-7\n[0075] 其中Qn*由存储器存储，是由该时刻前7个采样周期的值共同计算得出，目的是对存储的数据进行缓存，滤波处理使得到的功率曲线更平滑，最大的减小了风机机械结构不稳定对实验处理的影响。\n[0076] 步骤4：根据计算得出的风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率和此时风机输出的线电流值计算风机输出功率和风机转换效率，并绘制相应动态曲线。\n[0077] 步骤5：计算绘制出的风机输出电压曲线、逆变器输出电压曲线、风机输出电能频率曲线、风机输出功率曲线和风机转换效率曲线与相应的标准曲线的相似度S：\n[0078] \n[0079] 其中，\n[0080] αi，表示所测量的实际曲线到原点之间的距离；\n[0081] βi，表示标准曲线到所对应的点到原点间的距离。\n[0082] 步骤5.1：对示波器采集的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的标准曲线进行对比，使用上述公式算出两曲线的相似度。其中，系统对每一时钟周期内采集500个点，计算所有采样周期的整体相似度Sp，即对每一采样周期的相似度取平均值：\n[0083] 对每一周期的相似度取平均为整体相似度S：\n[0084] \n[0085] 步骤5.2：将风机输出电压曲线相似度代入上式得到整体风机输出电压相似度SUO；将逆变器输出电压曲线相似度代入上式得到整体逆变器输出电压相似度SUO′；将风机输出电能频率曲线相似度代入上式得到整体风机输出电能频率相似度Sf；将功率曲线相似度代入上式得到整体风机输出功率相似度Sp，将转换效率曲线相似度代入上式得到整体风机转换效率相似度Sη。\n[0086] 步骤6：计算并网条件下，风机的工作评价指标DG：\n[0087] \n[0088] 其中：\n[0089] DG为风机并网的工作评价指标；\n[0090] SUO为风机输出电压相似度；\n[0091] SUO′为逆变器输出电压相似度；\n[0092] Sf为风机输出电能频率相似度；\n[0093] Sη为转换效率相似度。\n[0094] 步骤7：评价指标判断，如果DG＞1，说明该风机在接入发电系统时，在并网的情况下无法进行正常工作；如果DG＜1说明该风力发电机适合接入发电系统，在并网条件下能正常工作。\n[0095] 检测逆变器时，接入待测逆变器和标准风力发电机，并通过并网接入控制器接入模拟电网，此时通过DSP控制负载选择器选择相应的模拟负载。\n[0096] 并网时，待测逆变器工作状态的检测步骤如下：\n[0097] 第1步：将风能发电单元输出电压调整至逆变器输入电压的额定值；微调负载使逆变器的输出功率为额定功率，缓慢调整风力发电机的输出电压，使其在额定值的80％～\n120％内变化并测量输出电压不同时逆变器输出电压。\n[0098] 第2步：将风力发电机输出电压调整至逆变器输入电压的额定电压值的80％；将示波器接至逆变器输出端进行测试；绘制逆变器输出电压与时间的曲线，计算其与存储器中的标准80％额定电压下的电压与时间曲线的相似度：\n[0099] \n[0100] 其中，\n[0101] αi，表示所测量的实际曲线到原点之间的距离；\n[0102] βi，表示标准曲线到所对应的点到原点间的距离。\n[0103] 第3步：将风力发电机的输出电压变化为90％额定电压，计算90％额定电压相似度S(U)90％；将风力发电机的输出电压变化为100％额定电压，计算100％额定电压电压相似度S(U)100％；将风力发电机的输出电压变化为110％额定电压，计算110％额定电压电压相似度S(U)110％；将风力发电机的输出电压变化为120％额定电压，计算120％额定电压电压相似度S(U)120％。\n[0104] 第4步：绘制风机发电在额定电压的80％～120％下，线电流与时间的曲线，采用步骤2～3同样的操作得到80％额定电压电流相似度S(I)80％，90％额定电压电流相似度S(I)90％；100％额定电压电流相似度S(I)100％；110％额定电压电流相似度S(I)110％；120％额定电压电流相似度S(I)120％。\n[0105] \n[0106] 第5步：通过示波器测量逆变器输入线电流IDC、线电压UDC和输出的线电流IAC、线电压UAC，并计算逆变器转换效率η：\n[0107] \n[0108] 第6步：将逆变器输入电压调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；调节输出电流为125％额定值，连续可靠工作不少于1min；输入电压调到\n125％额定值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于连续可靠工作不少于10s。判断三种情况下逆变器工作是否正常工作。如果三种情况下均能正常工作，则逆变器带载指标为DP＝3；两种情况下能正常工作，则带载指标DP＝1.5；如果三种情况下均不能正常工作带载指标DP＝0。\n[0109] 第7步：计算逆变器评价指标：\n[0110] 逆变器整体相似度评价指标DS：\n[0111] \n[0112] 逆变器转换效率评价指标Dη：\n[0113] \n[0114] 连续工作状态性能评价指标DP如所示第6步得出。\n[0115] 第8步：计算逆变器总体评价指标：\n[0116] DN＝Dη+DS+LnDP\n[0117] 第9步：如果DN≤1，说明逆变器适合在所接入的发电系统中并网发电。否则，逆变器不适合接入该发电系统，不能直接连入逆变单元中并网发电。\n[0118] 有益效果：\n[0119] (1)本发明采用分开检测的方式，首先通过风力发电机接入电路将待测风力发电机接入发电系统，并且通过逆变器接入电路将标准逆变器接入发电系统，通过采集的数据判断待测风力发电机的运行情况；然后，通过逆变器接入电路将待测逆变器接入发电系统，风力发电机接入电路将标准风力发电机接入发电系统，通过采集的数据判断待测逆变器的运行情况，通过分别判断可得出发电系统的故障的具体原因；\n[0120] (2)实现风力发电机在多样负载工作条件下的检测，并且检测的同时可以满足多个待测风力发电机间的切换，实现多个风力发电机发电状态的比较和检测；极大的提高了风力发电机检测的效率和准确性；\n[0121] (3)实现逆变器在多样负载工作条件下的检测，检测的同时可以满足多个待测逆变器间的切换，实现多个逆变器逆变工作状态的比较和检测，极大的提高了逆变器检测的效率和准确性。\n附图说明\n[0122] 图1本发明实施例检测装置总体结构框图；\n[0123] 图2本发明实施例风机孤岛运行检测原理图；\n[0124] 图3本发明实施例风机性能检测机构原理图；\n[0125] 图4本发明实施例孤岛运行时负载原理图；\n[0126] 图5本发明实施例风机并网时检测原理图；\n[0127] 图6本发明实施例模拟电网结构原理图；\n[0128] 图7本发明实施例风机并网状态下负载原理图；\n[0129] 图8本发明实施例蓄电池的连接原理图；\n[0130] 图9本发明实施例逆变器检测负载的连接原理图；\n[0131] 图10本发明实施例负载选择器控制电路原理图；\n[0132] 图11本发明实施例风力发电机接入控制器连接原理图；\n[0133] 图12本发明实施例蓄电池控制器电路原理图，其中，(a)是供电电源控制芯片原理图(b)是稳压芯片原理图(c)是输出调压芯片原理图；\n[0134] 图13本发明实施例通信模块电路连接原理图。\n具体实施方式\n[0135] 下面结合附图和实施例对本发明风能发电并网系统检测装置做进一步说明。\n[0136] 本发明检测系统包括发电单元，蓄电池单元，逆变单元，负载模拟和模拟电网单元控制单元，控制单元和检测单元，如图1所示；\n[0137] 发电单元包括风力发电机和风机接入控制器，标准风力发电机的初始装机型号为SKYWING 1000W，待测风力发电机的初始装机型号为FD2.8-1.0KW76。\n[0138] 逆变单元包括待测逆变器和逆变器接入控制器，标准逆变器的初始装机型号为KorkieK-1000W；待测逆变器的初始装机型号为FD3.0-1000。该逆变器由KCD7-11单刀单掷船形开关和DKB0保护开关组成的逆变器接入控制器连入逆变单元。\n[0139] 控制单元包括DSP、存储设备和通信模块，DSP采用TMS320F2407A，通信模块型号MAX232与计算机相连。通信模块电路连接原理图如图13所示。存储设备由12片并联IS61LV256-15J的SRAM和12片并联的SST25VF080B-50-4C-QAF的8Mbit的SPI Flash组成。功能在于储存标准信息和存储检测系统的中间量。\n[0140] 检测单元包括风机状态检测机构和电气性能检测机构，风机性能检测机构原理图如图3所示，风机状态检测机构包括风速仪，主要进行风力发电机检测，风速仪选用+E EE65-VB5的风速传感器；电气性能检测机构由三台A，B，C相间的电能质量分析仪和三台单路输入单路输出的示波器组成。电能质量分析仪输出的信号传递给DSP中的电能质量分析单元，主要判定三相电能的稳定情况。示波器输出的信号同FLASH中存储的标准信号进行比较，通过DSP中的波形比较单元进行分析，判定三相电能的动态情况，具体搭建如图3所示。\n[0141] 所述蓄电池和蓄电池控制器，蓄电池采用铅酸蓄电池，蓄电池采用6-GFM-200Ah，各蓄电池之间并联。蓄电池主要是将太阳能发电机组发出的多余电能进行储存，在电能紧缺的时候充当补充电源，平衡逆变器与发电机组的功率差。蓄电池控制器是对蓄电池状态进行控制。其中TPS787D318是供电电源控制芯片，LM7812CT是稳压芯片，IMB17是输出调压芯片，蓄电池的连接原理图如图8所示，蓄电池控制器电路原理图如图12所示。\n[0142] 风力发电机检测和逆变器检测中的接入控制器由4块压型DNLAS4501DFT2G通用单刀单掷开关组成。风机接入控制器将其中的将每一块的一端连接起来作为输出连接到蓄电池上，另外每块的端接口分别连接到4块不同的风力发电机上，其中1，2，3，4分别与DSP中的ADCIN10，ADCIN11，ADCIN12，ADCIN13相连，连接如图11所示，逆变器接入控制器同理。\n[0143] 负载模拟和模拟电网单元包括负载选择器和模拟负载，并网接入控制器和模拟电网，负载选择器包括单刀单掷开关和控制电路，采用ADG1334+12V四通道单刀单掷开关阵列，控制电路接于DSP输出端，控制电路输出端接于单刀单掷开关，模拟负载包括三相断路器、三相熔断器和三相模拟负载；模拟电网结构原理图如图6所示，包括保护电路，稳压电路和可调电容，可调电阻，可控交流电压源，并网接入控制器采用多个单刀单掷开关并联，并网接入控制器的输入端与逆变器接入控制器输出相连，并网接入控制器输出端依次连接保护电路和稳压电路，稳压电路的三相输出端接并联后的可调电容与可调电阻，可控交流电压源接至并联后的可调电容与可调电阻的输出端，形成星形连接。其中可调交流电压源，可调电阻，电容有效的模拟了在不同的功率因数下电网的多种情况，增加了模拟电网的准确性。模拟负载包括三相断路器、三相熔断器和三相模拟负载。\n[0144] 为了优化功能，对负载选择器外加以TI/SN74HCT574N为控制芯片的控制电路，其硬件连接如图10所示。KM为1时为风力发电机检测模式，此时，Km为0时为孤岛检测模式，Km为1时为风力发电机并网检测模式；KM为0时为逆变器检测模式。A0，A1，B0，B1分别接入DSP中的ADCIN06，ADCIN07，ADCIN08，ADCIN09引脚来控制接入模式。\n[0145] 本发明装置的具体连接是：风力发电机通过风力发电机接入控制器连接至带有蓄电池控制器的蓄电池单元；风力发电机通过风力发电机接入控制器连接带有逆变器接入控制器的逆变器，逆变单元的输出经负载选择器接至模拟负载，模拟出不同检测模式下的负载，风力发电机接有风机状态检测机构，风机状态检测机构的输出连接至电气性能检测机构，电气性能检测机构与模拟电网相连，模拟电网经并网接入控制器连接至逆变单元的输出端，风力发电机接入控制器、逆变器接入控制器、负载选择器、电气性能检测机构和并网接入控制器均连至DSP的IO端口，通信模块和存储设备外接于DSP。\n[0146] 负载模拟和模拟电网单元控制单元通过负载选择器调整三种负载连接方式：孤岛运行时风机检测的负载搭建，并网运行时风机检测的负载搭建和并网时逆变器检测的负载搭建情况。\n[0147] (1)孤岛运行时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器和三相星接的电容，电感，电阻阵，具体为由可变电阻R1～R2，不变电阻R3～R6；可变电容C1～C3恒定电容C4～C6；可变电感X1～X3不变电感X4～X6共同组成，连接方式如图4所示。\n[0148] (2)并网运行时风机检测的模拟负载包括串联的断路器和熔断器、三相六边形连接的电容、电感和电阻阵，具体为由可变电阻R1，不变电阻R2～R6；可变电容C1～C3恒定电容C4～C6；可变电感X1～X2不变电感X3～X6共同组成，连接方式如图7所示。\n[0149] (3)并网时逆变器检测的模拟负载包括熔断器，断路器组成和三相星接，角接并联的电容，电感和电阻，R1，X1，C1角接，R2，X2，C2星接，具体连接如图9。\n[0150] 本发明检测方法包括：孤岛运行时待测风力发电机的工作状态检测、并网时待测风力发电机的工作状态检测和并网时待测逆变器工作状态的检测。\n[0151] 本实施例中，风机孤岛运行检测原理图如图2所示，所述的风力发电机孤岛系统检测方法，包括以下步骤：\n[0152] 步骤1：确定风力发电机检测条件，将待测风机和标准逆变器接入发电系统。\n[0153] 步骤2：风力发电机离网功率性能检测；\n[0154] 步骤2.1：通过DSP调节风速到5m/s，并启动风力发电机，风机检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集数据。\n[0155] 步骤2.2：示波器根据采集的风机线电压绘制风机电压特性曲线，并计算绘制出的风机电压特性曲线与标准的风机电压特性曲线之间的相似度。\n[0156] \n[0157] 其中，\n[0158] S，风机电压特性曲线相似度；\n[0159] Ai，为采样得到的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，\n[0160] Bi，为标准的风机电压特性曲线上标准时间点上的电压值，\n[0161] 为电压的平均值，\n[0162] 为功率的平均值，\n[0163] n，采样数据个数。\n[0164] 步骤2.2.1：对示波器采集来的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的伏安特性标准曲线进行对比，由公式(1)算出两曲线的相似度。其中，系统对每一时钟周期内采集500个点；\n[0165] 步骤2.2.2：计算所有采样周期的整体相似度Sp，即对每一采样周期的相似度取平均值：\n[0166] \n[0167] 步骤2.2.3：计算所有采样周期的平均风速 和平均功率\n[0168] \n[0169] 步骤2.3：DSP再次调节风速，重复步骤2.2，其中，每次调节风速比上次增加1m/s的风速，风速上限为12m/s。\n[0170] 步骤3：在5m/s风速条件下，检测风机工作状态。\n[0171] 步骤3.1：计算风机总体风能转换效率ηcon。\n[0172] \n[0173] 其中：\n[0174] Pn为风机输出的整体效率\n[0175] ρ为此时的空气密度\n[0176] R为扇叶半径\n[0177] vn为此时风速测量测量下的风速，即5m/s\n[0178] 步骤3.2：计算采样周期内每一点的转换效率，绘制总体动态转换效率曲线。转换效率采用如下公式计算：\n[0179] ηn*＝0.8ηn+0.1ηn-1+0.05ηn-2+0.025×ηn-3+0.00625×ηn-4+0.00625×ηn-5+0.00625×ηn-6+0.00625×ηn-7≈83.24％\n[0180] 其中ηn*由存储器存储，是由该采样点前7个采样点的值计算得出的，主要是对存储的数据进行缓存和滤波处理，使得到的功率曲线更平滑，最大的减小了风机机械结构不稳定对实验处理的影响。\n[0181] 步骤3.3，计算孤岛条件下，风机的工作评价指标Dvi：\n[0182] \n[0183] 其中：\n[0184] Dvi为风速在vi情况下风机的评价指标，\n[0185] ηvi为风速在vi情况下风机的转换效率，\n[0186] 为在采样周期内，取n个点的频率与额定频率的差的和，\n[0187] 为在采样周期内，取n个点的功率与额定频率的差的和，其中，Pni表示第n个采样周期内第i个采样点的实际功率，PBni表示第n个采样周期内第i个采样点的标准功率。\n[0188] 步骤3.4，对不同vi下的风机的工作评价指标Dvi取平均值D。\n[0189] \n[0190] 步骤4，检查风机当前检测环境，是否满足进入下一步的要求。\n[0191] 步骤5，D＜1，说明该风力发电机适合接入发电系统，在孤岛运行的情况下能正常工作。\n[0192] 风机并网时检测原理图如图5所示，并网状态下，待测风力发电机并网工作状态的检测按如下步骤进行：\n[0193] 步骤1：确定并网检测条件，将待测风机和标准逆变器接入发电系统。\n[0194] 步骤2：采集风力发电机组并网功率性能参数，设定采样周期为1μs和采样频率\n500HZ。\n[0195] 通过DSP将风速调节到风力发电机的额定风速，风机检测机构通过风速仪，电能质量分析仪和示波器采集参数数据。\n[0196] 步骤3：计算每一采样周期内每一采样点的数据，包括风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率，分别绘制出动态曲线，按下式计算数据：Qn*＝0.8Qn+0.1Qn-1+0.05Qn-2+0.025×Qn-3+0.00625×Qn-4+0.00625×Qn-5+0.00625×Qn-6+0.00625×Qn-7其中Qn*由存储器存储，是由该时刻前7个采样周期的值共同计算得出，目的是对存储的数据进行缓存，滤波处理使得到的功率曲线更平滑，最大的减小了风机机械结构不稳定对实验处理的影响。\n[0197] 步骤4：根据计算得出的风机输出电压、逆变器输出电压、风机输出电能频率和此时风机输出的线电流值计算风机输出功率和风机转换效率，并绘制相应动态曲线。\n[0198] 步骤5：计算绘制出的风机输出电压曲线、逆变器输出电压曲线、风机输出电能频率曲线、风机输出功率曲线和风机转换效率曲线与相应的标准曲线的相似度S：\n[0199] \n[0200] 其中，\n[0201] αi，表示所测量的实际曲线到原点之间的距离；\n[0202] βi，表示标准曲线到所对应的点到原点间的距离。\n[0203] 步骤5.1：对示波器采集的数据随机采样，将采样的数据与系统存储的标准曲线进行对比，使用上述公式算出两曲线的相似度。其中，系统对每一时钟周期内采集500个点，计算所有采样周期的整体相似度Sp，即对每一采样周期的相似度取平均值：\n[0204] 对每一周期的相似度取平均为整体相似度S：\n[0205] \n[0206] 步骤5.2：将风机输出电压曲线相似度代入上式得到整体风机输出电压相似度SUO≈0.8725；将逆变器输出电压曲线相似度代入上式得到整体逆变器输出电压相似度SUO′≈0.8636；将风机输出电能频率曲线相似度代入上式得到整体风机输出电能频率相似度Sf≈0.6714；将功率曲线相似度代入上式得到整体风机输出功率相似度Sp≈1.0371，将转换效率曲线相似度代入上式得到整体风机转换效率相似度Sη≈0.5638。\n[0207] 步骤6：计算并网条件下，风机的工作评价指标DG：\n[0208] \n[0209] 其中：\n[0210] DG为风机并网的工作评价指标；\n[0211] SUO为风机输出电压相似度；\n[0212] SUO′为逆变器输出电压相似度；\n[0213] Sf为风机输出电能频率相似度；\n[0214] Sη为转换效率相似度。\n[0215] 步骤7：DG＜1说明该风力发电机适合接入发电系统，在并网条件下能正常工作。\n[0216] 检测逆变器时，接入待测逆变器和标准风力发电机，并通过并网接入控制器接入模拟电网，此时通过DSP控制负载选择器选择相应的模拟负载。\n[0217] 并网时，待测逆变器工作状态的检测步骤如下：\n[0218] 第1步：将风能发电单元输出电压调整至逆变器输入电压的额定值约12V；微调负载使逆变器的输出功率为额定功率约1000W，缓慢调整风力发电机的输出电压约380V，使其在额定值的80％～120％内变化并测量输出电压不同时逆变器输出电压。\n[0219] 第2步：将风力发电机输出电压调整至逆变器输入电压的额定电压值的80％；将示波器接至逆变器输出端进行测试；绘制逆变器输出电压与时间的曲线，计算其与存储器中的标准80％额定电压下的电压与时间曲线的相似度：\n[0220] \n[0221] 其中，\n[0222] αi，表示所测量的实际曲线到原点之间的距离；\n[0223] βi，表示标准曲线到所对应的点到原点间的距离。\n[0224] 第3步：将风力发电机的输出电压变化为90％额定电压，计算90％额定电压相似度S(U)90％≈0.8721；将风力发电机的输出电压变化为100％额定电压，计算100％额定电压电压相似度S(U)100％≈0.7935；将风力发电机的输出电压变化为110％额定电压，计算\n110％额定电压电压相似度S(U)110％≈0.8036；将风力发电机的输出电压变化为120％额定电压，计算120％额定电压电压相似度S(U)120％≈0.8148。\n[0225] 第4步：绘制风机发电在额定电压的80％～120％下，线电流与时间的曲线，采用步骤2～3同样的操作得到80％额定电压电流相似度S(I)80％≈0.6398，90％额定电压电流相似度S(I)90％≈0.7025；100％额定电压电流相似度S(I)100％≈0.7135；110％额定电压电流相似度S(I)110％≈0.6991；120％额定电压电流相似度S(I)120％≈0.7183。\n[0226] \n[0227] 第5步：通过示波器测量逆变器输入线电流IDC、线电压UDC和输出的线电流IAC、线电压UAC，并计算逆变器转换效率η：\n[0228] \n[0229] 第6步：将逆变器输入电压调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；调节输出电流为125％额定值，连续可靠工作不少于1min；输入电压调到\n125％额定值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于连续可靠工作不少于10s。判断三种情况下逆变器工作是否正常工作。如果三种情况下均能正常工作，则逆变器带载指标为DP＝3；\n[0230] 第7步：计算逆变器评价指标：\n[0231] 逆变器整体相似度评价指标DS：\n[0232] \n[0233] 逆变器转换效率评价指标Dη：\n[0234] \n[0235] 连续工作状态性能评价指标DP如所示第6步得出。\n[0236] 第8步：计算逆变器总体评价指标：\n[0237] DN＝Dη+DS+LnDP＝2.0733\n[0238] 第9步：如果DN≥1说明逆变器不适合接入该发电系统，不能直接连入逆变单元中并网发电。