CN102981082A - 基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于新能源并网检测系统设计及应用技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法。本发明包括电流互感器、数据采集器及工控机或PC及进行闪变仪模拟的仿真软件Matlab或LabVIEW；电流互感器输出端口通过数据采集器和工控机数据接口相连接，电流信号（数字）在工控机搭建的虚拟电网中等效为可控电压源，该电压源经过模拟测试仪处理为电压的闪变值，并可相应报表或图形。本发明结构简单可靠，实用性强，有利于降低风电并网的对电网带来的隐患，减少设备投资，测试过程简单，易于实现，适合推广应用。

Description

基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法
技术领域
本发明属于新能源并网检测系统设计及应用技术领域，尤其涉及一种基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法。是结合虚拟电网仿真的风力发电电能质量检测装置，可以解决大型风电机组设备产业化进程中的机组电能质量测试及相应的测试分析问题。
背景技术
国际电工标准IEC61400-21要求对闪变进行测量的最终目的是评估风电机组对电网的影响。衡量闪变的指标有短时间闪变值和长时间闪变值。短时间闪变值是反映短时间闪变强弱的量值；长时间闪变值由短时间闪变值推出，是反映长时间闪变强弱的量值。闪变测量分为持续运行和切入过程时两种情况，切入过程又可分为在切入风速时、在额定风速时和大小发电机在最差条件下切换时的三种方式。
并网风电机组引起的电压波动和闪变的根本原因是其输出功率的波动。影响风电机组输出功率的因素有很多，例如空气密度Q、叶轮转速X、桨距角B和风速v的变化，其中风速的自然变化是主要因素。在并网风电机组持续运行过程中，由于受塔影效应、偏航误差和风剪切等因素的影响，风电机组在叶轮旋转过程中会产生转矩不稳定，而转矩不稳定将造成风电机组输出功率的波动。
人对照度波动的最大察觉频率范围为0.05～35Hz，风电场电压波动的频率主要范围在1～3Hz，位于这一频率范围内。目前，对电压波动闪变进行检测广泛使用的方法是IEC推荐的IEC闪变检测原理，是采用平方后滤波的方法，这种方法的最有效测试频段在8.8Hz附近，而对于低频调幅波，这种方法的高通滤波器截止频率很低，难以实现，往往误差较大。
针对上述问题，出现了工程计算和IEC闪变仪两种方法对风电机组闪变的测试方法，这两种方法虽然可以解决现有风电场闪变测试问题，然而，仍然存在工程计算繁琐和闪变仪资金投入问题，并不能达到测试过程简单、经济的要求。
发明内容
为了克服现有风电机组闪变测试过程复杂、且无法进行全面有效测试的不足，以及闪变仪直接测试带来的过大误差，本发明提供一种基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法，它能够通过虚拟电网进行风电机组电压波动模拟，并能够将该模拟信号，作为输入信号，输入虚拟闪变仪系统，获得瞬时闪变值，即闪变视感度变化曲线图。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：
基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统，包括电流互感器、数据采集器及工控机或PC及进行闪变仪模拟的仿真软件Matlab或LabVIEW；电流互感器输出端口通过数据采集器和工控机数据接口相连接，电流信号(数字)在工控机搭建的虚拟电网中等效为可控电压源，该电压源经过模拟测试仪处理为电压的闪变值，并可相应报表或图形。
基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法是：根据风电机组出口实测电流值，搭建虚拟电网，模拟风电机组输出端的电压波动，排除电网结构及其它负荷的影响，获得风机出口电网波动值，再根据标准化数字闪变测试仪进行闪变值计算和分析。
所述的搭建虚拟电网电源的电压总畸变率小于2.5％；电压波动应不超过额定电压的±1％。
所述获得风电机组出口实测电流值所需装置包括电流互感器和限流电阻。
所述的闪变测试仪遵循国际电工标准IEC61000-4-15的计算方法。
所述的闪变测试仪输入数据为风电机组电压波动信号，输出为瞬时闪变视感度变化曲线图，该曲线表示通过模拟人眼的频率选择特性和模拟人脑神经对视觉反映、记忆效应，可以得到瞬时闪变视感度。
本发明的有益效果是：
本发明测试系统结构简单可靠，实用性较强，为分析风电接入电网系统安全性提供了测试依据，有利于降低风电并网的对电网带来的隐患。能够通过仿真软件模拟闪变仪计算风电机组闪变值，减少现场实测过程中硬件接口及测试仪设备的投资，且测试过程简单，易于实现，适合推广应用。
下面结合附图和具体实施例及测试结果对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施不限于此。
附图说明
图1是本发明测试系统的实现流程图；
图2是本发明虚拟电网的原理框图；
图3是国际电工标准IEC61000-4-15规范的闪变仪功能框图；
图4是本发明电网不同阻抗角下风电机组电压闪变值Pst变化图。
具体实施方式：
本发明是一种基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统及方法，测试系统包括用电流互感器及数据采集器，用于得到模拟风电机组电压波动曲线和用于搭建虚拟电网的工控机或PC(personal computer)个人计算机及进行闪变仪模拟的仿真软件Matlab。电流互感器测量信号通过数据采集器与工控机接口相连，该电流信号等效为虚拟电网中的可控电流源，通过虚拟电网的等效，获得风电机组等效电压源，该电压源作为模拟测试仪的输入信号，经过滤波处理得到电压闪变值。
所述电流互感器为法国C.A公司生产的P01120507型柔性探头，量程为3000A；变比：1mV/A；准确度：1％；相移：0.5
所述闪变仪是由全软件Matlab实现的，能够实现对风电机组波动电压的检波、滤波功能。
本发明基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法是：根据风电机组出口实测电流值，搭建虚拟电网，模拟风电机组输出端的电压波动，排除电网结构及其它负荷的影响，获得风机出口电网波动值；采用符合IEC61000-4-15的闪变计算方法，根据标准化数字闪变测试仪进行闪变值计算和分析。
如图1所示，在风电机组闪变模拟测试中，以不低于5kHz的频率采集风电机组连续正常和切换运行的电流i(t)，输出功率从0至额定功率，以10％的额定功率为区间，每个功率区间、每相至少收集风电场并网点5个10min时间序列瞬时电流值的测量值，功率为10min平均值。
如图2所示，通过虚拟电网对电压波动模拟。使用P01120507型柔性探头获得的电流瞬时值；用虚拟电阻、虚拟电抗、电压/电流采样值计算电压闪变值，虚拟电网电源参数为：Un=690V，容量Sk，fic=20*Sn=20*850kVA=17MVA，电网阻抗角ψk分别为30°，50°，70°和85°。
依据国际电工标准IEC61400-21，所述的搭建虚拟电网电源的电压总畸变率小于2.5％；电压波动应不超过额定电压的±1％。
所述获得风电机组出口实测电流值所需装置包括电流互感器和限流电阻。
如图3所示，在Matlab中建立模拟式闪变仪的模型，首先用双线性变换法对输入的模拟电压信号进行A/D变换，得到电压的数字信号。
所述模拟式闪变仪模型包括输入适配和自检信号、平方检测滤波器、0.05～35Hz带通滤波器、平方器、一阶低通滤波器、闪变的统计评定等模块。
所述模拟式闪变仪平方运算及带通滤波模块，能够检测出波动中的高频分量且能较好地滤除该高频分量。
所述平方一阶低通滤波模块是用于模拟人脑神经对视觉反应和记忆效应，作用是反映光照度暂态变化的能见度，增加开方滤波功能，输出瞬时闪变视感度s(t)，反映人的视觉对电压波动的瞬时闪变感觉水平，一阶低通滤波时间常数为0.3s。
所述闪变的统计评定对平方一阶低通滤波输出的瞬时闪变值进行统计分析，得出短时间闪变值Pst和闪变系数。
如图4所示是本发明测试仪计算出的电网阻抗角ψk分别为30°，50°，70°和85°时的Pst值随风速变化图。
本发明所述的闪变测试系统遵循国际电工标准IEC61000-4-15的计算方法。所述的闪变测试仪输入数据为风电机组电压波动信号，输出为瞬时闪变视感度变化曲线图，该曲线表示通过模拟人眼的频率选择特性和模拟人脑神经对视觉反映、记忆效应，可以得到瞬时闪变视感度。

Claims (6)

1.基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试系统，其特征在于：包括电流互感器、数据采集器及工控机或PC及进行闪变仪模拟的仿真软件Matlab或LabVIEW；电流互感器输出端口通过数据采集器和工控机数据接口相连接，电流信号(数字)在工控机搭建的虚拟电网中等效为可控电压源，该电压源经过模拟测试仪处理为电压的闪变值，并可相应报表或图形。
2.基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法，其特征在于：根据风电机组出口实测电流值，搭建虚拟电网，模拟风电机组输出端的电压波动，排除电网结构及其它负荷的影响，获得风机出口电网波动值，再根据标准化数字闪变测试仪进行闪变值计算和分析。
3.根据权利要求2所述的基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法，其特征在于：所述的搭建虚拟电网电源的电压总畸变率小于2.5％；电压波动应不超过额定电压的±1％。
4.根据权利要求2所述的基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法，所述获得风电机组出口实测电流值所需装置包括电流互感器和限流电阻。
5.根据权利要求2所述的基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法，所述的闪变测试仪遵循国际电工标准IEC61000-4-15的计算方法。
6.根据权利要求2所述的基于虚拟电网仿真的风电机组闪变模拟测试方法，其特征在于：所述的闪变测试仪输入数据为风电机组电压波动信号，输出为瞬时闪变视感度变化曲线图，该曲线表示通过模拟人眼的频率选择特性和模拟人脑神经对视觉反映、记忆效应，可以得到瞬时闪变视感度。
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