研究人员开发海上风力涡轮机移动测试平台

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公共电网是高度复杂的系统。风力涡轮机制造商在连接新涡轮机时必须遵守技术准则，以免危及电网稳定性。在 Mobil-Grid-CoP 项目中，弗劳恩霍夫风能系统研究所 (IWES) 的研究人员开发了一个移动测试平台，该平台可以在满负荷下进行真实测试，即使在露天的海上风力涡轮机上也是如此。该技术正在协助验证和认证涡轮机的过程，并支持能源供应转型，以期使用更多可再生能源。
将风力涡轮机接入公共电网对制造商来说是一个巨大的挑战。仅仅测试新涡轮机的功能、连接并投入运行是不够的，它们还必须符合适用连接规则中规定的电气性能极限值，并补偿短路和频率波动等动态事件。制造商只有在完成全套测试和认证程序后才能获得设备证书。
“必须这样做，因为电网是一个高度复杂的系统，每台风力涡轮机都必须帮助保持电网稳定，”不来梅港弗劳恩霍夫风能系统研究所 (IWES) 电力电子和电网整合集团经理 Gesa Quistorf 说。
然而，随着涡轮机的输出功率和尺寸越来越大，它们已经超出了用于确定新风力涡轮机或风力发电场是否符合相关规则的测试系统的范围。大型海上风力涡轮机尤其如此。
作为其名为 Mobil-Grid-CoP（用于电网合规性测试的移动测试设施）的研究项目的一部分，弗劳恩霍夫 IWES 开发了一种移动测试台，它甚至可以测试高达 28 兆伏安 (MVA) 输出的超大型风力涡轮机。因此，制造商可以比以前更快地获得认证。
模拟公共电网的测试系统
由于海上风电场的迅猛发展，弗劳恩霍夫研究人员将开发工作重点放在了大型海上风力涡轮机上。因此，测试台的设计适用于典型的海上电压等级 66 kV，这意味着即使是大型风力涡轮机也可以在满负荷的真实条件下进行测试。
“我们的测试系统是一个电网模拟器，它在公共电网和测试对象之间切换，模拟电网对测试对象的电气行为。在此过程中，公共电网绝不会受到任何损害，”Quistorf 解释道。
在测试过程中，系统会实时检查频率变化、电压短暂变化或电网故障（如短路）期间的行为等属性。对于每个事件，风力涡轮机必须在几毫秒内做出响应。如果发生短路并随后电压下降（例如从 66 kV 降至 0 kV），涡轮机必须通过所谓的无功电流来支持电网。与有功功率不同，无功功率不是最终到达消费者的可用功率；相反，它需要建立电网中的电压。
可运输大型容器内的测试台
测试对象只有获得设备证书，并且只有在其展示了所有必需的规格、性能特征和能力后才能投入运行。测试台被安置在大型集装箱中，然后运输到涡轮机原型的位置。
就海上风力涡轮机而言，它们通常建在海岸上。容器内装有变压器和转换器等组件。弗劳恩霍夫团队使用市售的标准模块来制作组件，研究人员负责编写测试和分析软件。
Mobil-Grid-CoP 为风能行业提供了一系列明显的好处。它使制造商能够对其原型进行严格、真实和详细的测试，以确保它们已准备好进行认证。这使他们能够降低在投入运行之前必须重新加工涡轮机的风险，并帮助他们更快地完成认证和调试过程。测试台还可以轻松地对涡轮机进行回顾性升级或现代化措施。
在弗劳恩霍夫 IWES，移动测试设施还可以与其他测试台相结合，作为基础设施扩展措施的一部分——这一切都归功于该设施的灵活设置。
面向未来的测试平台
与传统测试系统相比，弗劳恩霍夫研究人员通过 Mobil-Grid-CoP 又迈进了一步。
“我们的目标是开发一个技术平台，以促进基于场景的风力涡轮机灵活测试。由于向可再生能源的转型发展迅速，目前尚不明确的新连接规则可能在短短几年内生效。借助 Mobil-Grid-CoP，我们为此做好了准备，”项目经理 Quistorf 解释道。
通过其工作，位于不来梅港的弗劳恩霍夫 IWES 在加速电网向可再生能源转型方面发挥着关键作用。