CN113065297A - 适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统及方法，所述系统包括：实时仿真机、测试算法平台，实时仿真机中构建有电网模型、风机模型和风速模型，测试算法平台包括数据采样模块、算法计算模块；所述实时仿真机用于模拟各测试工况，所述数据采样模块用于对各测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块用于根据采样信息计算电能质量参数。本发明用于解决现有技术中电能质量测试算法的验证麻烦，需要风电机组并网，并且具有合适的电网条件，现场实测困难的问题。

Description

适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统及方法

技术领域

本发明涉及风力发电系统技术领域，特别涉及一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统及方法。

背景技术

电能质量影响着整个电力系统的稳定运行。《GB/T20320-2013风力发电机组电能质量测试和评估方法》标准规定了风电机组的电能质量基波、谐波、间谐波、高次谐波、闪变等测量方法，《GB/T17626.30-2012电磁兼容试验和测量技术电能质量测量方法》规定了电能质量的测量方法、误差等等，以及IEC61000-4-5描述了闪变的推荐模型及相关算法。

然而，验证电能质量测试设备的计算结果需要电网具备合适的条件，并且需要等待风速具备相应的工况条件，由于风速的随机性，测试时间长、实现难度大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统及方法，解决现有技术中电能质量测试算法的验证麻烦，需要风电机组并网，并且具有合适的电网条件，现场实测困难的问题。

为了实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，包括：实时仿真机、测试算法平台，所述实时仿真机中构建有电网模型、风机模型和风速模型，所述测试算法平台包括数据采样模块、算法计算模块；

所述实时仿真机用于模拟各测试工况，所述数据采样模块用于对各测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块用于根据采样信息计算电能质量参数。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述实时仿真机和所述数据采样模块之间通过模拟量接口和数字量接口进行通信。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述数据采样模块通过并行总线以中断方式将采样信息传递给所述算法计算模块。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述算法计算模块与所述数据存储模块之间通过SPI高速通讯方式连接。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述测试算法平台还包括数据存储模块，用于对所述算法计算模块反馈的采样信息和计算结果进行存储。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述数据采样模块为FPGA处理器，所述算法计算模块为DSP处理器，所述数据存储模块为ARM处理器。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，通过调整所述电网模型、所述风机模型和/或所述风速模型的参数以模拟不同测试工况。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述算法计算模块包括至少两个CPU，每一CPU用于计算一个或多个电能质量参数。

进一步的，在上述适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统中，所述测试算法平台还包括一外部存储设备，所述数据存储模块将采样信息和计算结果发送至所述外部存储设备进行存储。

一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证方法，采用如上文所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统实现，包括以下步骤：

S1、所述实时仿真机模拟测试工况；

S2、所述数据采样模块对该测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块根据采样信息计算电能质量参数。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明采用实时仿真机搭建风电机组的真实模型，即电网模型、风机模型和风速模型，由测试算法平台进行信息采样和算法计算，通过调整实时仿真机的测试工况从而模拟各种电网工况，实现在各种工况下进行风电机组电能质量在线测试算法验证，并且算法实现采用嵌入式处理器，可以真实反映算法计算结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，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：

图1为本发明一实施例提供的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如背景技术所述，目前电能质量测试算法验证困难，因为实际电网不能随意调整到合适的测试条件，现场测试需要各种接线，而且需要等待多种风速工况，这就造成电能质量测试算法验证测试困难大、周期长。因此，本发明提供一种风电机组电能质量在线测试算法验证方案，使实际风电电能质量测试设备算法计算结果验证得以简单实现，不必现场等待多种工况实测。

如图1所示，本发明一实施例提供的一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统包括：实时仿真机100、测试算法平台200，所述实时仿真机100中构建有电网模型、风机模型和风速模型，所述测试算法平台200包括数据采样模块201、算法计算模块202；所述实时仿真机100可以模拟不同的测试工况，所述数据采样模块201用于对各工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块202用于根据采样信息计算电能质量参数。进一步的，所述测试算法平台200还包括数据存储模块203，所述算法计算模块2021将采样信息和计算结果发送给所述数据存储模块203进行存储。所述系统还可以包括显示器300，与所述测试算法平台200的数据存储模块203连接，用于显示所述数据存储模块203中存储的采样信息和计算结果。

本实施例中，采用实时仿真机搭建风电机组的真实模型，即电网模型、风机模型和风速模型，通过调整实时仿真机中这些模型的参数从而模拟各种电网工况，由测试算法平台进行各种电网工况下信息采样和算法计算，实现在各种工况下进行风电机组电能质量在线测试算法验证，并且算法实现采用嵌入式处理器，可以真实反映算法计算结果。

具体的，所述实时仿真机100为RTLAB仿真平台，在所述实时仿真机100中搭建真实的风电机组模型，例如包括35KV电网模型(35KV/690V变压器模型)、风机模型、风速模型。可以调整所述电网模型、所述风机模型和/或所述风速模型的参数以模拟不同测试工况。例如，模型中电压、谐波、风速等参数可以实时在线调整，模拟任何工况运行，以便可以测试所有标准要求测量的工况。所述实时仿真机100和所述数据采样模块201之间通过模拟量接口和数字量接口进行通信，风机出口端电压及电流、实时风速等可以通过所述实时仿真机100的模拟量接口连接到所述数据采样模块201的采样端口，风机运行状态信息例如开关状态、触发信号风机运行状态可以通过实时仿真机100的数字量接口连接到所述数据采样模块201的采样端口。采样电平范围一般为(-5 5)V或者(-10 10)V。

在测试算法平台200中，所述数据采样模块201通过并行总线以中断方式将采样信息传递给所述算法计算模块202，所述算法计算模块202与所述数据存储模块203之间通过SPI高速通讯方式连接。所述数据采样模块201可采用FPGA处理器，例如采用EPC40F324I7芯片，所述算法计算模块202可采用DSP处理器，例如采用DSP28377D芯片，所述数据存储模块203可采用ARM处理器，例如采用Stm32F103芯片。FPGA处理器和DSP处理器构成嵌入式处理器，用于信息采样及测量计算，其上预先编写有电能质量测试算法。电能质量测试算法例如有FFT、闪变模型算法、谐波/简谐波算法等。由于计算量较大，故所述算法计算模块202优选采用至少两个CPU进行并行计算，每一CPU用于计算一个或多个电能质量参数。即，FPGA负责从实时仿真机中采集三相电压、三相电流的实时值、实时风速、风机运行状态等信息，然后通过中断方式、并行总线传递给DSP。DSP使用双CPU，其中一个CPU将接收到的实时电压、电流采样信息经过FFT变换及相关算法计算，得到十分钟平均风速、基波、谐波、间谐波、功率等测量值，另一个CPU使用接收到的实时电压，通过闪变计算算法，得到瞬时闪变测量值。最后采样信息和计算结果通过SPI高速通讯送出给ARM处理器。

ARM处理器接收SPI通讯数据，经过处理后，直接显示在与之相连的所述显示器300，所述显示器300可以为TFT LCD电容触摸屏，ARM处理器通过FSMC总线控制所述显示器300。显示信息包括基波、谐波、间谐波、高频谐波、电压偏差、闪变等多种信息。

此外，所述测试算法平台还可以包含一外部存储设备204，例如为SD卡，ARM处理器通过SDIO协议将计算结果及原始采样数据记录在SD卡上，以便离线计算使用。

基于同一发明构思，本发明另一实施例还提供了一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证方法，采用如上文图1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统实现，如图2所示，具体包括以下步骤：

S1、所述实时仿真机模拟测试工况；

S2、所述数据采样模块对该测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块根据采样信息计算电能质量参数，并将采样信息和计算结果发送给所述数据存储模块进行存储；

S3、所述数据存储模块将采样信息和计算结果显示在显示器上。

在步骤S1中，通过调整模型参数，包括风速、电网谐波、电压等参数，使所述实时仿真机模拟不同的测试工况，以便于在不同测试工况下对风电机组电能质量进行在线测试算法验证。

在步骤S2中，数据采集模块通过模拟量接口和数字量接口与实时仿真机进行通信，采集风速、风机出口电压、电流、风机运行状态等信息，通过中断方式、并行总线传递给算法计算模块，算法计算模块利用预先编写的相关算法对采样信息进行计算得到电能质量参数，采样信息和计算结果通过SPI高速通讯传递到数据存储模块。

在步骤S3中，数据存储模块接收SPI数据，经过处理后实时显示在显示器上，显示信号可以包括基波、谐波、间谐波、高频谐波、电压偏差、闪变等多种信息。

本实施例中，采用实时仿真机搭建风电机组的真实模型，即电网模型、风机模型和风速模型，通过调整各模型的参数从而模拟各种电网工况，实现在各种工况下进行风电机组电能质量在线测试算法验证，在每种工况下，由测试算法平台进行信息采样和算法计算，并且算法实现采用嵌入式处理器，可以真实反映算法计算结果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，包括：实时仿真机、测试算法平台和显示器，所述实时仿真机中构建有电网模型、风机模型和风速模型，所述测试算法平台包括数据采样模块、算法计算模块和数据存储模块；

所述实时仿真机用于模拟各测试工况，所述数据采样模块用于对各测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块用于根据采样信息计算电能质量参数。

2.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述实时仿真机和所述数据采样模块之间通过模拟量接口和数字量接口进行通信。

3.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述数据采样模块通过并行总线以中断方式将采样信息传递给所述算法计算模块。

4.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述算法计算模块与所述数据存储模块之间通过SPI高速通讯方式连接。

5.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述测试算法平台还包括数据存储模块，用于对所述算法计算模块反馈的采样信息和计算结果进行存储。

6.如权利要求5所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述数据采样模块为FPGA处理器，所述算法计算模块为DSP处理器，所述数据存储模块为ARM处理器。

7.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，通过调整所述电网模型、所述风机模型和/或所述风速模型的参数以模拟不同测试工况。

8.如权利要求1所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述算法计算模块包括至少两个CPU，每一CPU用于计算一个或多个电能质量参数。

9.如权利要求5所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统，其特征在于，所述测试算法平台还包括一外部存储设备，所述数据存储模块将采样信息和计算结果发送至所述外部存储设备进行存储。

10.一种适用于风电机组电能质量在线测试算法验证方法，其特征在于，采用如权利要求1～9任一项所述的适用于风电机组电能质量在线测试算法验证系统实现，包括以下步骤：

S1、所述实时仿真机模拟测试工况；

S2、所述数据采样模块对该测试工况下的电流、电压、风速、风机运行状态信息进行采样，所述算法计算模块根据采样信息计算电能质量参数。

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