CN109387804A - 一种柔直系统计量方法、计量装置精度检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种柔直系统计量方法、计量装置精度检测方法及系统，建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求，若满足要求，则说明能效计量装置适用于柔性直流输电系统，进而能够测量柔性直流输电系统的电能损耗，且测试结果准确。
Description
技术领域
本发明属于电能能效计量技术领域，特别涉及一种柔直系统计量方法、计量装置精度检测方法及系统。
背景技术
直流输电被认为是未来电力传输的发展方向，相对于交流传输系统，直流系统稳定性高，传输损耗小，特别是随着高压大容量功率器件的发展以及高压直流断路器的实现，直流电网已经具备了替代交流电网的技术基础，目前直流输电包含两种技术路线，一种是以晶闸管为基础的电流源型高压直流输电技术(LCC-HVDC)，另外一种是以基于模块化多电平级联换流器的电压源型高压直流输电技术(VSC-HVDC)，也成为柔性直流输电技术，VSC-HVDC技术相对于LCC-HVDC技术具有明显的技术优势，模块化多电平级联换流器能够实现四象限的运行，实现系统的黑启动、潮流反转和系统无功的提供/吸收，其输出波形直流高，因而滤波设备的成本以及体积相对于LCC-HVDC系统大大降低。
柔性直流输电由于不存在换相失败的问题，且电压谐波含量少、占地面积小，输出频率与电压稳定，能快速调节有功功率与无功功率，控制灵活性好，可在一定程度上替代传统直流输电进行大规模远距离送电，还可实现可再生能源、抽蓄等储能与负荷间的能量灵活交互，实现大规模清洁能源的接入、汇集与输送，具有广阔的应用前景。特别是其潮流反转而直流电压保持不变的特点，使其很容易构建成多端直流输电系统，组成柔性直流电网，实现多电源供电和多落点受电，从而为保证系统全局稳定性和潮流优化配置提供了良好的技术实现手段。
但是柔性直流输电的损耗相对较高，目前能效计量研究的方式主要有两种，一是仿真，而是实验，但是现有的柔性直流输电系统还没有安装相应的计量装置，其安装的相关的交直流测量装置主要用于系统的测量与控制，不能达到能效计量装置的精度(能效计量装置的精度一般要达到0.25以上)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔直系统计量方法、计量装置精度检测方法及系统，用于解决现有技术中的交直流测量装置的测量精度低造成对柔性直流输电系统不能有效的能效计量的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种柔性直流输电系统能效计量装置的精度检测方法，包括如下步骤：
1)建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；
2)检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；
3)根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求。
进一步地，所述第一有功值通过RTDS仿真系统输出的各能效计量点的电压和电流以及能效测量装置的额定电压和电流得到的，所述第一有功功率值表示为：
其中，Px表示RTDS仿真系统输出的对应的能效计量点的有功功率值，单位为MW；Ux和Ix表示RTDS仿真系统相应各点的电压和电流，单位分别为kV和kA；UN和IN表示能效测量装置的额定电压和电流，单位分别为V和A；PRTDS表示RTDS仿真系统接入放大器时输出的对应的能效计量点的有功功率值，其单位为kW。
进一步地，所述第二有功计量值通过示波器读取所述能效计量装置的有功脉冲周期以及能效计量装置的脉冲常数得到，所述第二有功计量值表示为：
其中，Kimp表示能效计量装置的脉冲常数，T表示有功脉冲周期，单位是s。
进一步地，所述能效计量装置的精度表示为：
其中，P电表表示能效计量装置的第二功率计量值，PRTDS表示第一有功功率计量值。
本发明还提供了一种柔性直流输电系统能效计量方法，包括如下步骤：
1)建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；
2)检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；
3)根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求；
4)若所述能效计量装置的精度满足要求，则将该能效计量装置接入柔性直流输电系统，进行所述柔性直流输电系统的能效计量。
进一步地，所述第一有功值通过RTDS仿真系统输出的各能效计量点的电压和电流以及能效测量装置的额定电压和电流得到的，所述第一有功功率值表示为：
其中，Px表示RTDS仿真系统输出的对应的能效计量点的有功功率值，单位为MW；Ux和Ix表示RTDS仿真系统相应各点的电压和电流，单位分别为kV和kA；UN和IN表示能效测量装置的额定电压和电流，单位分别为V和A；PRTDS表示RTDS仿真系统接入放大器时输出的对应的能效计量点的有功功率值，其单位为kW。
进一步地，所述第二有功计量值通过示波器读取所述能效计量装置的有功脉冲周期以及能效计量装置的脉冲常数得到，所述第二有功计量值表示为：
其中，Kimp表示能效计量装置的脉冲常数，T表示有功脉冲周期，单位是s。
进一步地，所述能效计量装置的精度表示为：
其中，P电表表示能效计量装置的第二功率计量值，PRTDS表示第一有功功率计量值。
本发明还提供了一种柔性直流输电系统能效计量装置精度检测系统，包括RTDS仿真装置、放大器，所述RTDS仿真装置与所述放大器连接，所述放大器用于与能效计量装置连接，所述RTDS仿真装置用于建立柔性直流输电系统的RTDS模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求；若能效计量装置的精度满足要求，则将该能效计量装置接入柔性直流输电系统，进行所述柔性直流输电系统的能效计量。
进一步地，所述能效计量装置为受试电表。
本发明的有益效果是：
本发明通过建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，用于模拟柔性直流输电系统，RTDS仿真系统的输出连接能效计量装置，检测RTDS仿真系统输出的有功功率值，根据RTDS仿真系统输出的有功功率值与能效计量装置的计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求，若满足要求，则说明能效计量装置适用于柔性直流输电系统，进而能够测量柔性直流输电系统的电能损耗，且测试结果准确。
附图说明
图1为双端柔性直流电系统的拓扑结构图；
图2.1a为工况下1的RTDS仿真系统输出的各能效计量节点的有功功率值示意图；
图2.1b为工况下2的RTDS仿真系统输出的各能效计量节点的有功功率值示意图；
图2.1c为工况下3的RTDS仿真系统输出的各能效计量节点的有功功率值示意图；
图3为RTDS仿真系统电气接线图；
图4.a为三相四线制电子式电能表接线示意图；
图4.b为三相三线制电子式电能表接线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本发明的柔性直流输电系统为双端柔性直流输电系统，当然也可以为多端柔性直流输电系统，如图1所示，包括A站变压器、A站换流器、B站变压器、B站换流器、电缆、接地装置，该接地装置为接地电抗器，其中，以定海站作为A站，以岱山站作为B站。
一种柔性直流输电系统的能效计量装置精度检测方法，包括以下步骤：
观测网侧与阀侧的电压与电流波形，并进行FFT分析。本发明分别对轻载(工况1)、半载(工况2)和满载(工况3)三种运行工况进行了研究。分别将A站和B站的交流电压以及交流电流的RTDS波形数据导入MATLAB中，利用FFT模块进行FFT谐波分析，将分析结果列入表1与表2。N1，N2，N3分别为A站变压器初级绕组侧的三相交流电压，N4，N5，N6分别为B站变压器初级绕组侧的三相交流电压。IAP1，IBP1，ICP1分别为A站变压器初级绕组侧的三相交流电流，IAP2，IBP2，ICP2分别为B站变压器次级绕组侧的三相交流电流。从表1与表2可得柔性直流输电系统中电压和电流的各次谐波含量较低。
表1各工况下交流电压FFT分析结果
表2各工况下交流电流FFT分析结果
在分析了各点谐波后，对各点的有功功率进行分析，得到各个电气设备的能耗，为能效分析奠定基础。RTDS仿真结果如图2.1a-2.1c所示，从潮流流向可以看出，A站MMC1作为功率送端，而B站MMC2作为功率接收端。图中，PMMC1是A站变压器一次侧输入的有功功率；PMMC11是A站变压器二次侧输出的有功功率；Pg1是A站接地装置的损耗；PdcA1C1S是A站电缆发送端的有功功率；PdcC1A1S是B站电缆接收端的有功功率；Pg2是B站接地装置的损耗；PMMC22是B站变压器阀侧的有功功率；PMMC2是B站变压器网侧的有功功率。由此可得各设备的损耗：
定海站变压器损耗＝|PMMC1-PMMC11|
定海站换流器损耗＝|PMMC11-PdcA1C1S|
电缆损耗＝|PdcA1C1S-PdcC1A1S|
岱山站换流器损耗＝|PdcC1A1S-PMMC22|
岱山站变压器损耗＝|PMMC22-PMMC2|
表3～6分别为轻载、半载和满载工况下系统各电气设备的损耗计算结果(由于在工况3中，在电缆上加入直流负荷，所以将两个站分开计算)。
表3工况1下各设备损耗
表4工况2下各设备损耗
表5工况3下定海站各设备损耗
表6工况3下岱山站各设备损耗
可结合损耗率、谐波特性以及实际运行条件，选择实际的计量点。根据仿真分析以及相关文献查阅，可知联结变压器和换流器是系统中能耗的主要来源。由于谐波会影响计量器具测量功率的精确度，所以尽量将计量器具安装在波形质量高的点。同时考虑到在实际工程中在每一个点安装计量器具，操作复杂，成本较高，故将计量器具安装在测量损耗较大的元件能够保证计量的有效性和可靠性。故选择图1中节点1、3、7、8、12、13作为能效计量点，并在这些点接入电表进行试验。
RTDS仿真系统电气接线如图3所示。RTDS由机柜(也称RACK)组成，每个机柜上包含多个处理器。处理器可输出模拟电压信号，将RACK的输出电压接入放大器的输入电压与电流中，在放大器的输出端接入电表即可进行适应性试验。电流放大器型号为：PAC30-12，最大输出电流为30A，增益为4A/V，电流精度达0.5％。电压放大器型号为PAV120BP，最大输出电压为120V，增益为10V/V和20V/V可选，电压准确度达0.2％。
由于电压放大器最大输出电压的限制，在选择电表时，应选择≤3×100V的类型。电子式电能表分为三相四线制和三相三线制两种类型，其接线图如图4.a和4.b所示。三相四线制电子式电能表中，接口2、5、8可分别测量ABC三相电压；接口1、3测量A相电流；接口4、6测量B相电流；接口7、9测量C相电流；接口10连接地。在三相三线制电表中，不能测量B相电流。
以节点1、3、12、13为能效计量点，具体试验步骤如下：
(1)检查RTDS数字仿真系统与放大器的接线，并将受试的电能表与放大器连接，确认接线无误后，开启放大器电源，按下暂停按钮，本实施例以江苏林洋、浙江正泰、兰吉儿、长沙威胜的生产厂家的电表为例，其电表的相关参数如表1所示。
(2)按实验方案运行相应的RTDS仿真模型工况1～3，待系统稳定后，取消放大器暂停功能，放大器将工作在仿真状态。
(3)记录试验数据，试验数据主要包括：受试电能表的档案资料(如生产厂家、脉冲常数、接线方式以及精度等)，RTDS仿真模型的输出功率计算以及电量脉冲计数(测量脉冲周期)。
(4)相关数据记录完毕，停止仿真运行，按下放大器暂停按钮后关闭电源。
(5)根据试验数据分析电能表计量的准确性和合理性，给出初步试验结论。
该受试电能表仿真试验完毕后，重复步骤(2)～步骤(5)，直至按计划完成该电能表的所有仿真试验项目，关闭放大器，撤除已检电能表。受试电表的相关参数记录于表7。
表7受试电表相关参数
记录各运行工况下电能表的有功功率示数，并计算得到RTDS的输出有功功率值，计算各个电表的误差及精确度等级，分析电表在柔性直流输电系统中的适应性。运行工况1～3时电能表计量值与RTDS输出电能值分别见表8～10。其中，将示波器接入电表读取有功脉冲周期，计算得到受试电表有功计量值P电表。
式中，Kimp表示电表的脉冲常数；T表示有功脉冲周期，单位是s。
RTDS输出有功功率P计算如下：
式中，Px表示RTDS仿真系统所得的有功功率值，如PMMC1、PMMC11等，单位为MW；Ux和Ix表示RTDS仿真系统相应各点的电压和电流，如N1～N3、IAP1、IBP1、ICP1等，单位分别为kV和kA；UN和IN表示电表的额定电压和电流，单位分别为V和A；PRTDS表示RTDS仿真系统接入放大器时输出的对应的能效计量点的有功功率值，其单位为kW。
受试电表有功计量精确度计算如下：
表8工况1电能表有功计量值与RTDS输出有功值(24h)
表9工况2电能表有功计量值与RTDS输出有功值(24h)
表10工况3电能表有功计量值与RTDS输出有功值(24h)
从表8～10可分析得：在各个工况下，各计量电表的有功计量精确度都在精确度等级以内，即计量精度达到要求。从理论上分析，由仿真结果可以得到，各点的电压电流谐波含量相对较低，谐波对电表计量的影响也较小，故电能计量结果较为准确。
本发明的能效计量方式适用于双端柔性直流输电系统能效计量适应性研究平台，作为其他实施方式可拓展至多端柔性直流输电系统。
本发明还提供了一种柔性直流输电系统能效计量方法，若上述电表精度满足要求，即现有的计量电表基本适用于柔性直流输电系统，将测试受试电表与柔性直流输电系统连接，测试柔性直流输电系统的能量消耗，为便于测试电表测量柔性直流输电系统的大电流或大电压，需将柔性直流输电系统经过电压互感器和电流互感器进行降电压和降电流后，转换为比较统一的电流或电压，规定电流互感器的二次额定为5A或1A；电压互感器二次侧额定电压(线电压)为100V。
本发明还提供了一种柔性直流输电系统能效计量装置精度检测系统，包括RTDS仿真装置、放大器，RTDS仿真装置与放大器连接，放大器用于与能效计量装置连接，RTDS仿真装置用于建立柔性直流输电系统的RTDS模型，其具体实施方式已经在上述方法步骤中进行了详细的说明，在这里不再赘述。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种柔性直流输电系统能效计量装置精度检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；
2)检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；
3)根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统能效计量装置精度检测方法，其特征在于，所述第一有功功率值通过RTDS仿真系统输出的各能效计量点的电压和电流以及能效测量装置的额定电压和电流得到的，所述第一有功功率值表示为：
其中，Px表示RTDS仿真系统输出的对应的能效计量点的有功功率值，单位为MW；Ux和Ix表示RTDS仿真系统相应各点的电压和电流，单位分别为kV和kA；UN和IN表示能效测量装置的额定电压和电流，单位分别为V和A；PRTDS表示RTDS仿真系统接入放大器时输出的对应的能效计量点的有功功率值，其单位为kW。
3.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统能效计量装置精度检测方法，其特征在于，所述第二有功计量值通过示波器读取所述能效计量装置的有功脉冲周期以及能效计量装置的脉冲常数得到，所述第二有功计量值表示为：
其中，Kimp表示能效计量装置的脉冲常数，T表示有功脉冲周期，单位是s。
4.根据权利要求1所述的柔性直流输电系统能效计量装置精度检测方法，其特征在于，所述能效计量装置的精度表示为：
其中，P电表表示能效计量装置的第二功率计量值，PRTDS表示第一有功功率计量值。
5.一种柔性直流输电系统能效计量方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)建立柔性直流输电系统的RTDS仿真模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；
2)检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；
3)根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求；
4)若所述能效计量装置的精度满足要求，则将该能效计量装置接入柔性直流输电系统，进行所述柔性直流输电系统的能效计量。
6.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统能效计量方法，其特征在于，所述第一有功值通过RTDS仿真系统输出的各能效计量点的电压和电流以及能效测量装置的额定电压和电流得到的，所述第一有功功率值表示为：
其中，Px表示RTDS仿真系统输出的对应的能效计量点的有功功率值，单位为MW；Ux和Ix表示RTDS仿真系统相应各点的电压和电流，单位分别为kV和kA；UN和IN表示能效测量装置的额定电压和电流，单位分别为V和A；PRTDS表示RTDS仿真系统接入放大器时输出的对应的能效计量点的有功功率值，其单位为kW。
7.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统能效计量方法，其特征在于，所述第二有功计量值通过示波器读取所述能效计量装置的有功脉冲周期以及能效计量装置的脉冲常数得到，所述第二有功计量值表示为：
其中，Kimp表示能效计量装置的脉冲常数，T表示有功脉冲周期，单位是s。
8.根据权利要求5所述的柔性直流输电系统能效计量方法，其特征在于，所述能效计量装置的精度表示为：
其中，P电表表示能效计量装置的第二功率计量值，PRTDS表示第一有功功率计量值。
9.一种柔性直流输电系统能效计量装置的精度检测系统，其特征在于，包括RTDS仿真装置、放大器，所述RTDS仿真装置与所述放大器连接，所述放大器用于与能效计量装置连接，所述RTDS仿真装置用于建立柔性直流输电系统的RTDS模型，并选择柔性直流输电系统仿真模型的能效计量点；检测RTDS仿真模型中各能效计量点的输出的对应的第一有功功率值，将能效计量装置与能效计量点连接，通过所述能效计量装置获取能效计量点的第二有功计量值；根据第一有功计量值和第二有功计量值计算能效计量装置的精度是否满足要求；若能效计量装置的精度满足要求，则将该能效计量装置接入柔性直流输电系统，进行所述柔性直流输电系统的能效计量。
10.根据权利要求9所述的柔性直流输电系统能效计量装置的精度检测系统，其特征在于，所述能效计量装置为受试电表。
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