CN107942172B - 风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施方式公开了一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统及方法，系统包括：系统阻尼测试器、公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；所述系统阻尼测试器包括扰动源、扫描设置模块和系统阻尼特性分析模块；所述系统阻尼测试器置于公共连接点处，所述扰动源的一端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述扰动源的另一端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；所述扫描设置模块一端与所述扰动源相连，所述扫描设置模块另一端与所述系统阻尼特性分析模块第一端相连；所述系统阻尼特性分析模块的第二端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述系统阻尼特性分析模块的第三端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连。
Description
技术领域
本申请涉及风机与柔性直流输电联合系统技术领域，特别涉及一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统及方法。
背景技术
随着风电并网容量的不断扩大，风电采用柔性直流送出成为近年来迅速发展的典型并网方式。风电经柔性直流送出时，由于二者均通过电力电子变流器的快速控制实现电能的变换或传输。因此，联合运行时特性较为复杂，系统可能面临功率振荡的风险。因此，如何对风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性进行测试，评估系统稳定性对现实工程具有重要意义。
发明内容
本申请实施方式的目的是提供一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统及方法，本技术方案能够测试出不同的系统参数或运行工况下联合系统的阻尼特性，根据基于系统阻尼的稳定性判据能够评估诱发振荡风险的主要影响因素及其影响规律，为风机与柔性直流输电联合系统稳定性分析提供重要依据。
为实现上述目的，本申请实施方式提供一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统，包括：
系统阻尼测试器、公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；所述系统阻尼测试器包括扰动源、扫描设置模块和系统阻尼特性分析模块；
所述系统阻尼测试器置于公共连接点处，所述扰动源的一端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述扰动源的另一端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；所述扫描设置模块一端与所述扰动源相连，所述扫描设置模块另一端与所述系统阻尼特性分析模块第一端相连；所述系统阻尼特性分析模块的第二端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述系统阻尼特性分析模块的第三端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；
所述公共连接点处柔性直流侧模型包括换流变压器子模型、柔性直流送端换流站子模型、柔性直流受端等值子模型；其中，所述柔性直流受端等值子模型、所述柔性直流送端换流站子模型直流端依次相连，所述柔性直流送端换流站子模型交流端、所述换流变压器子模型的一端相连；所述换流变压器子模型的另一端与所述系统阻尼测试器相连。
优选地，所述扰动源为受控电压源或受控电流源。
优选地，所述公共连接点处风机侧模型包括风机子模型、升压变压器子模型、送出线路；其中，所述风机子模型与所述升压变压器子模型的一端相连，所述升压变压器子模型的另一端通过所述送出线路与所述系统阻尼测试器相连。
所述系统阻尼测试器、所述公共连接点处风机侧模型和所述公共连接点处柔性直流侧模型均在RT-Lab软件中搭建。
为实现上述目的，本申请实施方式还提供一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试方法，基于上述所述的阻尼特性测试系统展开风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试；所述方法包括：
扫描设置模块根据扰动参数向扰动源发送控制命令；
扰动源根据所述控制命令发出扰动信号，所述扰动信号作用于公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；
系统阻尼特性分析模块采集所述公共连接点处风机侧模型的数据以及所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据；并根据所述公共连接点处风机侧模型的数据、所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据获得系统阻尼特性参数；
所述系统阻尼特性分析模块根据所述系统阻尼特性参数绘制风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性曲线；
所述公共连接点处风机侧模型和所述公共连接点处柔性直流侧模型均获得对应的模型参数；所述扫描设置模块获得扰动参数。
优选地，所述系统阻尼特性参数包括：从扰动源向所述公共连接点处柔性直流侧模型的等效阻抗模值、从扰动源向所述公共连接点处风机侧模型的等效阻抗模值、扰动源两侧等效电阻之和。
优选地，所述扰动参数包括：扰动信号的幅值大小、频率变化的范围以及频率间隔指令。
优选地，所述模型参数包括：风机控制器参数、柔性直流换流站控制参数、风机台数、风速。
上述技术方案具有如下有益效果：
本技术方案能够实现风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性相关参数的测试，在仿真模型中能够设置频率范围、测试条件和运行工况，较之离线仿真测试更省时高效。该测试系统和方法能够获得影响风机与柔性直流输电联合系统稳定性的关键因素及其影响规律，对评估风机与柔性直流输电联合系统稳定性具有指导意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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申请中记载的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统示意图；
图2为本发明提出的一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试方法流程图；
图3为本实施例的风机接入柔性直流的仿真模型示意图；
图4为本实施例测试出互联系统的阻尼特性曲线图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本申请保护的范围。
基于网络阻尼的系统稳定判据是评估包含电力电子设备的互联系统振荡风险的有效手段。该判据从物理上可描述为互联系统在谐振频率点若具有正阻尼，则系统稳定；若具有负阻尼，则系统存在功率振荡风险。从数学上可描述为当
都有R∑(jω)＞0，此时系统稳定。其中，|ZMMC(jω)|为从并网点向柔直侧的等效阻抗模值，|Zw(jω)|为从并网点向风机侧的等效阻抗模值，RΣ(jω)为并网点两侧等效电阻之和。因此，获得互联系统的阻尼特性对于分析风机经柔性直流送出系统的稳定性具有重要意义。
目前，对风机与柔性直流输电联合系统阻尼特性相关参数(如|ZMMC(jω)|、|Zw(jω)|、RΣ(jω))的测量或计算存在以下几方面问题。第一，利用动模实验原理搭建物理仿真系统可对系统阻尼特性相关参数进行测量，但实施难度大，操作复杂，可扩展性差；第二，通过理论推导互联系统阻尼特性相关参数，其数学表达式过于复杂，常对数学模型进行简化处理，带来的参数计算误差影响互联系统振荡模式分析的可靠性；第三，利用离线的电磁暂态仿真软件对互联系统进行时域仿真，通过测量的方式可获得互联系统阻尼特性相关参数，但由于仿真模型复杂，离线仿真的参数测量工作耗费时间较多，不利于实际应用。
基于上述分析，在RT-Lab软件中搭建包含系统阻尼测试器的风机接入柔性直流的实时仿真模型，在仿真模型中设置特定的模型参数，在系统阻尼测试器中设置扰动源模式，实时仿真过程中系统阻尼测试器通过采集电压电流数据，计算系统阻尼特性相关参数，绘制风机与柔性直流输电联合系统阻尼特性曲线。
根据上述描述，本发明提出一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统，如图1所示。包括：
系统阻尼测试器、公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；所述系统阻尼测试器包括扰动源、扫描设置模块和系统阻尼特性分析模块。在本实施例中，扰动源为受控电压源或受控电流源。
所述系统阻尼测试器置于公共连接点处，所述扰动源的一端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述扰动源的另一端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；所述扫描设置模块一端与所述扰动源相连，所述扫描设置模块另一端与所述系统阻尼特性分析模块的第一端相连；所述系统阻尼特性分析模块的第二端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述系统阻尼特性分析模块的第三端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连。
在本实施例中，在RT-Lab软件中搭建包含系统阻尼测试器的风机接入柔性直流的实时仿真模型，所述公共连接点处风机侧模型包括风机子模型、升压变压器子模型、送出线路；其中，所述风机子模型与所述升压变压器子模型的一端相连，所述升压变压器子模型的另一端通过所述送出线路与所述系统阻尼测试器相连。所述公共连接点处柔性直流侧模型包括换流变压器子模型、柔性直流换流站子模型、和柔性直流受端等值子模型；其中，所述柔性直流受端等值子模型、所述柔性直流送端换流站子模型直流端依次相连，所述柔性直流送端换流站子模型交流端、所述换流变压器子模型的一端相连；所述换流变压器子模型的另一端与所述系统阻尼测试器相连。
如图2所示，为本发明还提供一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试方法流程图。本技术方案基于图1所示的阻尼特性测试系统展开风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试。方法包括：
步骤201)：所述扫描设置模块根据扰动参数向所述扰动源发送控制命令。
在本实施例中，在扫描设置模块中设置扰动参数。扰动参数包括扰动源的幅值大小、频率变化的范围和间隔指令。幅值通常设置为基波电压的百分之几，频率范围设置为所关注的振荡频率范围，如1～1000Hz，频率间隔在重点关注频段设置为小间隔，如1～100Hz和300～400Hz设为1Hz的扫描间隔，其余频段设为10Hz的扫描间隔。
在所述公共连接点处风机侧模型上和所述公共连接点处柔性直流侧模型上设置模型参数。所述模型参数包括：风机控制器参数、柔性直流换流站控制参数、风机台数、风速。根据实际情况，模型参数设置可发生变化。
步骤202)：所述扰动源根据所述控制命令发出扰动信号，所述扰动信号作用于所述公共连接点处风机侧模型和所述公共连接点处柔性直流侧模型。
步骤203)：所述系统阻尼特性分析模块采集所述公共连接点处风机侧模型的数据以及所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据；并根据所述公共连接点处风机侧模型的数据、所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据获得系统阻尼特性参数。
在本技术方案中，所述公共连接点处风机侧模型的数据包括所述公共连接点处风机侧模型的电压数据和电流数据，所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据包括所述公共连接点处柔性直流侧模型的电压数据和电流数据。
对于公共连接点处风机侧模型而言，首先所述公共连接点处风机侧模型的电压数据和电流数据分别进行坐标变换，求出静止坐标系下的正序电压、正序电流、负序电压和负序电流，分别对它们做傅里叶变换，提取它们的测试频率下幅值和相位，由此可求出正序阻抗和负序阻抗以及正序电阻和负序电阻。对于柔性直流侧模型来说，同理计算，最终可得到正序阻抗和负序阻抗以及正序电阻和负序电阻。根据公共连接点处风机侧模型的正序阻抗、负序阻抗、正序电阻和负序电阻以及所述公共连接点处柔性直流侧模型正序阻抗、负序阻抗、正序电阻和负序电阻，可以获得风机与柔性直流输电联合系统阻尼特性曲线。根据风机与柔性直流输电联合系统阻尼特性曲线即可评估系统稳定性。
利用图1所示的测试系统搭建风机接入柔性直流的仿真模型，如图3所示。根据图2所示的方法对风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性进行测试。风机选用700台1.5MW双馈风机聚合模型，将其网侧逆变器控制外环比例增益由典型设置参数减小至0.1，测试出互联系统的阻尼特性结果如图4所示。在图4中，第一条虚线表示风机侧等效阻抗幅值|Zw(jω)|，第二条虚线表示柔直侧等效阻抗幅值|ZMMC(jω)|，第三条实线表示互联系统网络阻尼R∑(jω)，可见|Zw(jω)|在7Hz和93Hz存在谐振峰并在接近7Hz和93Hz处与|ZMMC(jω)|曲线相交，其交点处的R∑(jω)分别为-0.09Ω和-1.05Ω。因此，根据基于网络阻尼的稳定性判据，本工况下互联系统在7Hz和93Hz附近呈现负阻尼特性，存在功率振荡风险。
由本实施例可知，本技术方案能够测试出不同的系统参数或运行工况下联合系统的阻尼特性，根据基于系统阻尼的稳定性判据能够评估诱发振荡风险的主要影响因素及其影响规律，为风机与柔性直流输电联合系统稳定性分析提供重要依据。所提出的测试方法利用RT-Lab实时仿真平台，能够实现快速测试，在一定程度上不受风机与柔性直流输电联合系统规模的影响，应用灵活，便于扩展。
虽然通过实施方式描绘了本申请，本领域普通技术人员知道，本申请有许多变形和变化而不脱离本申请的精神，希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本申请的精神。
Claims (8)
1.一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试系统，其特征在于，包括：
系统阻尼测试器、公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；所述系统阻尼测试器包括扰动源、扫描设置模块和系统阻尼特性分析模块；
所述系统阻尼测试器置于公共连接点处，所述扰动源的一端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述扰动源的另一端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；所述扫描设置模块一端与所述扰动源相连，所述扫描设置模块另一端与所述系统阻尼特性分析模块的第一端相连；所述系统阻尼特性分析模块的第二端与所述公共连接点处风机侧模型相连，所述系统阻尼特性分析模块的第三端与所述公共连接点处柔性直流侧模型相连；
所述公共连接点处柔性直流侧模型包括换流变压器子模型、柔性直流送端换流站子模型、柔性直流受端等值子模型；其中，所述柔性直流受端等值子模型、所述柔性直流送端换流站子模型直流端依次相连，所述柔性直流送端换流站子模型交流端、所述换流变压器子模型的一端相连；所述换流变压器子模型的另一端与所述系统阻尼测试器相连。
2.如权利要求1所述的阻尼特性测试系统，其特征在于，所述扰动源为受控电压源或受控电流源。
3.如权利要求1所述的阻尼特性测试系统，其特征在于，所述公共连接点处风机侧模型包括风机子模型、升压变压器子模型、送出线路；其中，所述风机子模型与所述升压变压器子模型的一端相连，所述升压变压器子模型的另一端通过所述送出线路与所述系统阻尼测试器相连。
4.如权利要求1所述的阻尼特性测试系统，其特征在于，所述系统阻尼测试器、所述公共连接点处风机侧模型和所述公共连接点处柔性直流侧模型均在RT-Lab软件中搭建。
5.一种风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试方法，其特征在于，基于权利要求1所述的阻尼特性测试系统展开风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性测试；所述方法包括：
扫描设置模块根据扰动参数向扰动源发送控制命令；
扰动源根据所述控制命令发出扰动信号，所述扰动信号作用于公共连接点处风机侧模型和公共连接点处柔性直流侧模型；
系统阻尼特性分析模块采集所述公共连接点处风机侧模型的数据以及所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据；并根据所述公共连接点处风机侧模型的数据、所述公共连接点处柔性直流侧模型的数据获得系统阻尼特性参数；
所述系统阻尼特性分析模块根据所述系统阻尼特性参数绘制风机与柔性直流输电联合系统的阻尼特性曲线；
所述公共连接点处风机侧模型和所述公共连接点处柔性直流侧模型均获得对应的模型参数；所述扫描设置模块获得扰动参数。
6.如权利要求5所述的阻尼特性测试方法，其特征在于，所述系统阻尼特性参数包括：从扰动源向所述公共连接点处柔性直流侧模型的等效阻抗模值、从扰动源向所述公共连接点处风机侧模型的等效阻抗模值、扰动源两侧等效电阻之和。
7.如权利要求5所述的阻尼特性测试方法，其特征在于，所述扰动参数包括：扰动信号的幅值大小、频率变化的范围以及频率间隔指令。
8.如权利要求5所述的阻尼特性测试方法，其特征在于，所述模型参数包括：风机控制器参数、柔性直流换流站控制参数、风机台数、风速。
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| GR01 | Patent grant | ||
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