CN106199193B - 双馈风机阻抗硬件在环测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双馈风机阻抗硬件在环测试系统及方法，其中系统包括：电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中；待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接。本发明可以灵活简便地实现双馈风机阻抗硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确。

Description

双馈风机阻抗硬件在环测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及双馈风机阻抗硬件在环测试系统及方法。

背景技术

阻抗是电气系统的基本特征。目前，基于阻抗的系统稳定性分析是学术研究的热点，已经用于解决包含电力电子设备的系统稳定性分析问题。因此，计算或测量各个电气设备的阻抗具有重要意义，而计算或测量双馈风机阻抗，对于包含双馈风机的电力系统稳定性分析十分重要。

目前对双馈风机阻抗的计算或测量存在以下几方面问题。第一，采用理论计算的方法计算双馈风机阻抗，目前仅适用于经典的双馈风机模型，而并未考虑实际存在的滤波支路等环节，而且不同厂家的模型差异较大。第二，采用时域仿真法测量双馈风机数字模型的阻抗，由于数字仿真与工程实际存在一定差异，因此此种方法测量的阻抗对工程实际的指导意义有限。第三，针对实验室搭建的物理系统测试双馈风机阻抗，此种方法实施难度较大，需要搭建包括双馈风机在内的整个系统，操作复杂。

发明内容

本发明实施例提供一种双馈风机阻抗硬件在环测试系统，用以灵活简便地实现双馈风机阻抗硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，该双馈风机阻抗硬件在环测试系统包括：

电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中；

待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接；

所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输出的数字量包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。

本发明实施例还提供一种双馈风机阻抗硬件在环测试方法，用以灵活简便地实现双馈风机阻抗硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，该双馈风机阻抗硬件在环测试方法包括：

在电力电子实时仿真平台搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；

将所述实时数字仿真模型实时化后下载到所述电力电子实时仿真平台的仿真机；

将待测双馈风机控制器通过所述仿真机的输入输出接口与所述实时数字仿真模型进行连接；

设置小信号电压源的幅值和频率，测试双馈风机电压和电流信号，根据测试所得双馈风机电压和电流信号，计算该频率下的双馈风机阻抗；

修改小信号电压源的幅值和频率，重复上述测试双馈风机电压和电流信号并计算该频率下双馈风机阻抗的过程；

所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输出的数字量包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。

一个实施例中，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。

本发明实施例具备如下有益效果：

第一，在本发明实施例中，通过在电力电子实时仿真平台搭建实时数字仿真模型进行双馈风机阻抗硬件在环测试，与现有采用理论计算的方法计算双馈风机阻抗的技术方案相比，数字仿真模型可以根据不同厂家进行差异化设计，并且不但适用于经典的双馈风机模型，而且考虑实际存在的滤波支路等环节，可以使测试结果更加准确；

第二，在本发明实施例中，将数字仿真与实际待测双馈风机控制器相结合，与现有采用时域仿真法测量双馈风机数字模型的阻抗相比，考虑了实际双馈风机控制器的影响，可以使测试过程更接近工程实际，提升对工程实际的指导意义。

第三，在本发明实施例中，在电力电子实时仿真平台搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；利用实时数字仿真模型进行双馈风机阻抗硬件在环测试，不必在实验室搭建物理系统，实施难度小，操作简便灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中双馈风机阻抗硬件在环测试系统的示意图；

图2为本发明实施例中基于RT-LAB的双馈风机阻抗硬件在环测试系统实例图；

图3为本发明实施例中双馈风机阻抗硬件在环测试方法的示意图；

图4为本发明实施例中双馈风机阻抗硬件在环测试结果实例图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

包含双馈风机的电力系统稳定性问题是目前学术和工程研究的热点，因此，计算或测量双馈风机阻抗具有重要意义。为了灵活简便地实现双馈风机阻抗硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，本发明实施例提供一种双馈风机阻抗硬件在环测试系统，如图1所示，该双馈风机阻抗硬件在环测试系统可以包括：

电力电子实时仿真平台1，电力电子实时仿真平台1搭建有包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型11；实时数字仿真模型11经实时化后下载至电力电子实时仿真平台1的仿真机12中；

待测双馈风机控制器2，通过仿真机12的输入输出接口121，与实时数字仿真模型11进行连接。

可以得知，本发明实施例的双馈风机阻抗硬件在环测试系统，能够实现双馈风机控制器的硬件在环测试，在实时数字仿真模型中能够灵活设置测试条件和运行工况，操作简便灵活，而且采用物理控制器，较之现有技术中完全采用数字仿真的方案更接近工程实际。该测试系统能够考虑实际控制器的影响，实现对不同厂家双馈风机的阻抗测量。

实施例中该双馈风机阻抗硬件在环测试系统可以设置不同的仿真工况或控制器参数，通过修改小信号电压源的幅值和频率，设置不同的测试条件，从而测试双馈风机在不同频率下的阻抗特性。

具体实施时，可以采用多种电力电子实时仿真平台实现双馈风机阻抗硬件在环测试。例如可以基于RT-LAB等电力电子实时仿真平台进行双馈风机阻抗硬件在环测试。以RT-LAB为例，可以在RT-LAB中搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型，将某厂家的双馈风机控制器通过RT-LAB仿真机的IO接口与在RT-LAB搭建的实时数字仿真模型相连，从而实现用于双馈风机阻抗测试的硬件在环仿真系统，该系统采用双馈风机变流器控制器实物与数字仿真模型构成一闭环系统。其中实时数字仿真模型包括小信号电压源模型，用于设置阻抗测试条件。例如在实时数字仿真模型中可以设置特定的运行工况，通过设置用于阻抗测试的小信号电压源，测试该双馈风机阻抗硬件在环测试系统的电流响应情况，进而计算双馈风机阻抗。

图2为本发明实施例中基于RT-LAB的双馈风机阻抗硬件在环测试系统实例图。如图2所示，在RT-LAB搭建的实时数字仿真模型包括代表电网，用于阻抗测量的小信号电压源等设备的数字仿真模型，风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路、滤波支路等的数字模型。实时数字仿真模型经实时化后可以编译成C代码，并下载到RT-LAB仿真机中。图2中与实时数字仿真模型相连接的是双馈风机控制器实物，可以采用不同厂家已经市场化的产品，与现场运行的双馈风机中安装的控制器一致；也可以采用正在研制中的产品进行测试。控制器实物与实时数字仿真模型通过RT-LAB仿真机上的IO接口进行连接。图2中示出了数字仿真模型上的传输线路、小信号电压源、风机汇集线、风电机组控制器实物等，还示出了仿真机IO接口输出或输入的机端电压信号、机端电流信号及风机控制信号。

具体实施时，实时数字仿真模型输出的模拟量可以包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速等其中之一或任意组合。具体实施时，实时数字仿真模型输出的数字量可以包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号等。具体实施时，实时数字仿真模型输入的数字量可以包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号等其中之一或任意组合。

图3为本发明实施例中双馈风机阻抗硬件在环测试方法的示意图，如图3所示，该双馈风机阻抗硬件在环测试方法可以包括：

步骤301、在电力电子实时仿真平台搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；

步骤302、将实时数字仿真模型实时化后下载到电力电子实时仿真平台的仿真机；

步骤303、将待测双馈风机控制器通过仿真机的输入输出接口与实时数字仿真模型进行连接；

步骤304、设置小信号电压源的幅值和频率，测试双馈风机电压和电流信号，根据测试所得双馈风机电压和电流信号，计算该频率下的双馈风机阻抗；

步骤305、修改小信号电压源的幅值和频率，重复上述测试双馈风机电压和电流信号并计算该频率下双馈风机阻抗的过程。

如前所述，本发明实施例中双馈风机阻抗硬件在环测试方法能够将实际的双馈风机控制器接入到上述双馈风机阻抗硬件在环测试系统中，使测试结果与工程实际更为接近，又避免了现场测试的局限性。该测试方法能够对不同厂家控制器进行测试，便于计算双馈风机的阻抗，并应用于电力系统的稳定性分析。

举一例，双馈风机阻抗的测试步骤可以如下：

①利用前文所述的双馈风机阻抗硬件在环测试系统，接入待测双馈风机控制器。

②设置小信号电压源的幅值和频率，幅值通常设置为基波电压的百分之几，频率设置为所要计算的频率值，通常计算范围为10～100Hz。

③待双馈风机阻抗硬件在环测试系统运行稳定后加入小信号电压源，测试双馈风机阻抗硬件在环测试系统的电流响应情况。

④根据测量得到的电压和电流信号计算出该频率下的阻抗值。

⑤修改小信号电压源的幅值和频率，并重复③～⑤。

具体实施时，电力电子实时仿真平台可以包括RT-LAB等电力电子实时仿真平台。

具体实施时，实时数字仿真模型输出的模拟量可以包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合。

具体实施时，实时数字仿真模型输出的数字量可以包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。

具体实施时，实时数字仿真模型输入的数字量可以包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。

举一例，利用上述双馈风机阻抗硬件在环测试系统，接入国内某主流变流器控制器厂家的2MW双馈风机控制器，在额定工况下得到的阻抗计算结果如图4所示，图4中示出了测试结果的双馈风机阻抗波形(电阻和电抗)，其中包括本发明实施例的控制器硬件在环仿真与现有技术中纯数字仿真的结果对比。

综上所述，在本发明实施例中，通过在电力电子实时仿真平台搭建实时数字仿真模型进行双馈风机阻抗硬件在环测试，与现有采用理论计算的方法计算双馈风机阻抗的技术方案相比，数字仿真模型可以根据不同厂家进行差异化设计，并且不但适用于经典的双馈风机模型，而且考虑实际存在的滤波支路等环节，可以使测试结果更加准确；

并且，在本发明实施例中，将数字仿真与实际待测双馈风机控制器相结合，与现有采用时域仿真法测量双馈风机数字模型的阻抗相比，考虑了实际双馈风机控制器的影响，可以使测试过程更接近工程实际，提升对工程实际的指导意义。

再者，在本发明实施例中，在电力电子实时仿真平台搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；利用实时数字仿真模型进行双馈风机阻抗硬件在环测试，不必在实验室搭建物理系统，实施难度小，操作简便灵活。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双馈风机阻抗硬件在环测试系统，其特征在于，包括：

电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中；所述小信号电压源进一步用于通过修改小信号电压源的幅值和频率设置阻抗测试条件；

待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接，所述待测双馈风机控制器与实时数字仿真模型构成闭环系统；

所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB，所述实时数字仿真模型经实时化后编译成C代码，并下载到所述RT-LAB中。

2.如权利要求1所述的双馈风机阻抗硬件在环测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合。

3.如权利要求1所述的双馈风机阻抗硬件在环测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真模型输出的数字量包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。

4.如权利要求1所述的双馈风机阻抗硬件在环测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。

5.一种双馈风机阻抗硬件在环测试方法，其特征在于，包括：

在电力电子实时仿真平台搭建包括电网、用于阻抗测试的小信号电压源、风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路的实时数字仿真模型；

将所述实时数字仿真模型实时化后下载到所述电力电子实时仿真平台的仿真机；

将待测双馈风机控制器通过所述仿真机的输入输出接口与所述实时数字仿真模型进行连接，所述待测双馈风机控制器与实时数字仿真模型构成闭环系统；

设置小信号电压源的幅值和频率，测试双馈风机电压和电流信号，根据测试所得双馈风机电压和电流信号，计算该频率下的双馈风机阻抗；

修改小信号电压源的幅值和频率，重复上述测试双馈风机电压和电流信号并计算该频率下双馈风机阻抗的过程；

所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB，所述实时数字仿真模型经实时化后编译成C代码，并下载到所述RT-LAB中。

6.如权利要求5所述的双馈风机阻抗硬件在环测试方法，其特征在于，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括：电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合。

7.如权利要求5所述的双馈风机阻抗硬件在环测试方法，其特征在于，所述实时数字仿真模型输出的数字量包括：网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。

8.如权利要求5所述的双馈风机阻抗硬件在环测试方法，其特征在于，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括：网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号、网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。

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