CN111880002A - 一种新能源场站频率响应测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源场站频率响应测试方法及装置，包括：利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间；本发明的测试方案适应性强、可行性高，可以适用于风电场和光伏电场的频率响应测试，解决了无法对新能源场站进行频率响应测试的难题。

Description

一种新能源场站频率响应测试方法及装置

技术领域

本发明涉及新能源性能检测技术领域，具体涉及一种新能源场站频率响应测试方法及装置。

背景技术

随着电网中新能源电源占比不断升高，特高压直流输电逐步投运，具备一次调频能力的常规水、火电机组被大量替代，电网运行与结构愈加复杂，电力系统功率平衡及调频难度不断加大，亟需新能源参与电网快速频率响应，提升电网频率风险防控水平。现有新能源场站参与快速频率响应的相关环节主要包含了AGC系统、SVG/SVC、SCADA系统、公用测控系统、通信单元、风电变流器和光伏逆变器等，经过快速频率响应功能改造后，原有的功率控制系统通过AGC软件升级或者增加快速频率控制单元，以实现快速频率响应的功能。

由于新能源场站发电单元较多，装机容量较大，无法在新能源场站并网点采用变频器模拟频率故障的方式开展快速频率响应功能测试，仅能通过变频器测试某一发电单元，但是某一发电单元在频率异常时的功率响应无法反映出整个新能源场站在快速频率响应时的真实特性，同时，大容量变频器的接入，对新能源场站的安全生产和电网安全运行也产生风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种新能源场站频率响应测试方法及装置，解决现有技术无法对整个场站进行频率响应测试的问题。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种新能源场站频率响应测试方法，其改进之处在于，包括：

利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

优选的，所述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

进一步的，所述频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，所述幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；

所述模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压。

优选的，所述根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间，包括：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

进一步的，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

基于同一发明构思，本发明还提供一种新能源场站频率响应测试装置，其改进之处在于，包括：

操作单元，用于利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

测试单元，用于根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

优选的，所述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

进一步的，所述频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，所述幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；

所述模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压。

优选的，所述测试单元，具体用于：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

进一步的，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的一种新能源场站频率响应测试方法及装置，利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间；本发明的测试方案适应性强、可行性高，可以适用于风电场和光伏电场的频率响应测试，解决了无法对新能源场站进行频率响应测试的难题。

其中，频率信号发生装置可以模拟多种极限工况，能够全面评估整个新能源场站的频率响应特性，相比于在电网和场站的发电单元之间串入大容量变频器，通过模拟电网频率变化测试单个发电单元的方法，降低了测试对电站的安全生产和电网稳定运行的风险；

本发明的测试方案是针对新能源场站实体实现频率响应测试，测试数据能够真实反映整个新能源场站的频率响应特性和能力，相对新能源场站的建模仿真实验更贴近电站实际的情况，测试结果也更具说服力。

附图说明

图1是本发明新能源场站频率响应测试方法流程图；

图2是本发明实施例中新能源场站频率响应测试系统示意图；

图3是本发明新能源场站频率响应测试装置示意图。

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详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种新能源场站频率响应测试方法，如图1所示，包括：

步骤1.利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

步骤2.根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

为了更加清楚地表明本发明的目的，下面结合具体实施例对本发明的方案做进一步说明。

在本发明的实施例中，上述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

其中，如表1所示的频率阶跃扰动试验内容，频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

表1频率阶跃扰动试验内容

幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；幅值阶跃幅度为-20％、-40％、-60％或-80％时，幅值阶跃周期还可设置为500ms。

模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压；频率信号发生装置通过读取电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压的数据文件，输出模拟电网频率扰动的电压信号；此外，新能源场站可以降额10％Pn运行，Pn为场站额定容量。

在本发明的实施例中，为了实现图1的测试方法，搭建了如图2所示的测试系统，在新能源场站的并网点布置电流传感器CT和电压传感器PT，用于采集并网点的电压信号和电流信号，通过数据记录分析仪采集频率信号发生装置输入新能源场站频率响应控制系统的测试信号、以及获取并网点的功率信号，为步骤2提供数据。本发明实施例中的数据记录分析仪能够在滑动窗口算法条件下实现0.001Hz的采样精度，采样周期小于100μs。接入频率信号发生装置的电压测试信号前，需采用电气隔离的方式断开并网侧电压传感器(PT)与频率响应控制系统输入端的电气连接。

在本发明的实施例中，上述步骤2.根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间，包括：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

进一步的，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

基于同一发明构思，本发明还提供一种新能源场站频率响应测试装置，如图3所示，包括：

操作单元，用于利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

测试单元，用于根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

优选的，所述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

进一步的，所述频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，所述幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；

所述模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压。

优选的，所述测试单元，具体用于：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

其中，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

综上所述，本发明提供的一种新能源场站频率响应测试方法及装置，利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间；本发明的测试方案适应性强、可行性高，可以适用于风电场和光伏电场的频率响应测试，解决了无法对新能源场站进行频率响应测试的难题；

其中，频率信号发生装置可以模拟多种极限工况，能够全面评估整个新能源场站的快速频率响应特性，相比于在电网和场站的发电单元之间串入大容量变频器，通过模拟电网频率变化测试单个发电单元，降低了测试对电站的安全生产和电网稳定运行的风险；

本发明的测试方案是针对新能源场站实体实现频率响应测试，测试数据能够真实反映整个新能源场站的频率响应特性和能力，相对新能源场站的建模仿真实验更贴近电站实际的情况，测试结果也更具说服力。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新能源场站频率响应测试方法，其特征在于，包括：

利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，所述幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；

所述模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间，包括：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

6.一种新能源场站频率响应测试装置，其特征在于，包括：

操作单元，用于利用频率信号发生装置向新能源场站的频率响应控制系统的输入端输入电压测试信号；

测试单元，用于根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压测试信号为频率阶跃的电压信号、幅值阶跃的电压信号或模拟电网频率扰动的电压信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述频率阶跃的电压信号的频率阶跃周期为20s，频率阶跃值为50.21Hz或49.80Hz；

所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃周期不小于150ms，所述幅值阶跃的电压信号的幅值阶跃幅度为15％、25％、35％、40％、-20％、-40％、-60％或-80％，所述幅值阶跃的电压信号在幅值阶跃开始时刻的相位差和幅值阶跃结束时刻的相位差均不小于60度；

所述模拟电网频率扰动的电压信号各时刻的电压为电网在历史时段发生频率扰动的各时刻的电压。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述根据所述电压测试信号和新能源场站并网点的有功功率信号确定新能源场站的频率响应滞后时间和频率响应时间，包括：

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率开始变化的时刻的差值作为新能源场站的频率响应滞后时间；

将电压测试信号中频率开始变化的时刻与新能源场站并网点的有功功率信号中有功功率变化到预设观察值的时刻的差值作为新能源场站的频率响应时间。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，按下式确定所述预设观察值P_tar：

P_tar＝K_f·Δf

式中，K_f为新能源场站的调频系数，Δf为电压测试信号的频率变化量。

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