CN113075470B - 一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法及系统，属于电磁暂态仿真技术领域。本发明方法，包括：将新能源模型接入测试电网模型；调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使得新能源机端电压为额定电压；确定清除故障后新能源模型能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；在测试电网等效内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗；根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性。本发明能够全面测试多种电网典型故障下的新能源机组响应特性。

Description

一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法及系统

技术领域

本发明涉及电磁暂态仿真技术领域，并且更具体地，涉及一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法及系统。

背景技术

随着我国以特高压交直流输送线路为骨干网架的西电东送、南电北送的电网格局的形成，电力系统的双高(高比例清洁能源、高比例电力电子设备)特征也逐步显现，而清洁能源并网技术则是清洁能源技术快速发展的关键问题之一。电力系统的特殊性使得电力系统仿真技术成为电力系统发展的先锋技术，而含有高比例电力电子设备的电力系统仿真，需采用全电磁暂态实时仿真。

清洁能源成功并入电网的比例，不仅与电力系统的强弱有关，还与新能源机组的暂稳态特性有关，目前新能源厂家很多，各厂家新能源机组设备响应特性各不相同，其模型需要在一个统一的环境下进行测试和明确，之前的单机模型性能测试系统通常为新能源机组通过一级升压变压器接理想电压源或直接理想电压源，这种测试系统不能全面反映新能源机组待接入的电力系统的强弱以及新能源机组的暂稳态响应特性。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法，包括：

将新能源模型接入测试电网模型；

调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；

新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，确定新能源模型清除故障后的能够恢复至稳态的临界内阻抗值；

在新能源模型内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗；

根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；

根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性。

可选的，测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36或35/0.69kV变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36或35/0.69kV变压器，所述35/0.36或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

可选的，新能源模型为：日风双馈风机模型、阳光直驱风机模型或上能光伏模型。

可选的，新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

可选的，模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

可选的，故障清除后，新能源模型若能够恢复稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，直至确定新能源模型在故障清除后恢复至原稳态的临界内阻抗值；

新能源模型若不能够恢复至原稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后恢复至原稳态的临界内阻抗值。

可选的，方法还包括：指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

本发明还提出了一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的系统，包括：

初始化单元，控制新能源模型接入测试电网模型，调整测试电网模型电压源的内阻值，启动新能源模型；

调整单元，新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

故障模拟单元，针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，确定新能源模型清除故障后的能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；

测试单元，在新能源模型内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗，根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性。

可选的，测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36或35/0.69kV变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36或35/0.69kV，所述35/0.36或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

可选的，新能源模型为：日风双馈风机模型、阳光直驱风机模型或上能光伏模型。

可选的，新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

可选的，模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

可选的，故障清除后，新能源模型若能够恢复稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，直至确定新能源模型在故障清除后恢复至原稳态的临界内阻抗值；

新能源模型若不能够恢复至原稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后恢复至原稳态的临界内阻抗值。

可选的，测试单元，还用于：指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

本发明能够全面测试多种电网典型故障下的新能源机组响应特性，从而指导新能源机组控制策略的优化。

附图说明

图1为本发明方法流程图；

图2为本发明实施例方法的流程图；

图3为本发明实施例测试电网模型图；

图4为本发明F_lt3故障时的部分电压电流及上能光伏有功无功功率波形图；

图5为本发明系统的结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法，如图1所示，包括：

将新能源模型接入测试电网模型；

调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；

新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，确定新能源模型清除故障后的能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；

在新能源模型内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗；

根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；

根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性；

指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

其中，测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36或35/0.69kV变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36或35/0.69kV变压器，所述35/0.36或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

其中，新能源模型为：日风双馈风机模型、阳光直驱风机模型或上能光伏模型。

其中，新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

其中，模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

其中，故障清除后，新能源模型若能够恢复至原稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，直至确定新能源模型在故障清除后恢复稳态的临界内阻抗值；

新能源模型若不能够恢复至原稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后恢复稳态的临界内阻抗值。

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：

本发明实施例测试方法，如图2所示，包括：

本发明首先测试对所接入测试电网模型的系统强度的适应性，其次可测试新能源机组并网点发生各种故障时的电压、有功及无功等的故障恢复特性。

测试时，可将新能源机组模型接入如图1所示的测试电网模型；

首先调整测试系统(及测试电网模型)中电压源的内阻抗，开始可选则较强系统，即短路电流较大时的电压源内阻抗(此时内阻抗较小)，以确保新能源能够正常启动，监测风机的并网点电压、有功及无功等电量波形，然后调节电压源电压幅值，使得新能源并网点电压为额定电压，此时新能源有功及无功出力应为额定出力。在测试系统中设置各种故障，如三相短路、单相接地及相间故障等，故障持续时间模拟电力系统各电压等级故障清除时间，通常故障持续时间设为100ms即可。

短路比为系统的短路容量与额定容量之比，该测试系统的戴维南等效导纳即为单位电压情况下的系统短路容量，因此首先计算测试系统的戴维南等效阻抗Z_eq(在新能源机端处将新能源模型移除，接1MΩ电阻，模拟机端开路，此时测得的1MΩ上的电压即为开路电压，将1MΩ电阻移除，将此处接地，则此处接地电流即为短路电流，开路电压与接地电流之比即为戴维南等效阻抗)，则其对应的导纳为：

Y_eq＝1/Z_eq

系统短路容量为：

S_sc＝U_N ²Y_eq：

短路比为系统短路容量与新能源机组额定容量的比值，即：

R_SC＝S_sc/S_N＝U_N ²Y_eq/S_N

式中：S_N为新能源机组额定容量，U_N为新能源机组额定电压。

新能源模型的暂态特性测试：

新能源模型的暂态特性测试应测试规定系统强度下新能源模型的故障恢复特性，即在指定的电力系统强度下，在各电压等级(如故障点F_lt1-F_lt6)分别设置单相、相间和三相故障，故障的持续时间设为100ms，并记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及其主要测试参数，测量参数可参考表1。

表1

测试电网模型

通常，新能源厂站经过0.69/35kV(风机)或0.36/35kV(光伏)升压变压器后，再经由汇集线汇集，然后经二级或三级升压后接入电力主网架。因此，本测试系统的拓扑结构为三级升压结构，如图3所示，其中高压侧电压为35kV的变压器具体参数，可根据待测试新能源的实际应用场景进行修改。

通过改变其电压幅值可调节电网的电压高低，通过改变其内阻抗值可调节电网的强弱。如测试条件给出的是电压等级为U_N、短路电流为I_k的系统，则可根据下式计算出电压源的内阻抗：

Z＝U_N/(I_k√3)

Z＝R+jX

X/R＝10

各电压等级线路及变压器参数分别如表2、3所示。

表2

表3

新能源机组模型：

在所测试的新能源模型中，其一次电路参数应按实际系统中应用的参数填写，换流器的控制器可以是厂家提供的数字封装模型，也可以是厂家提供的控制器装置。对于控制器为数字封装模型的换流器，可以采用平均值模型，也可以采用开关函数模型；而对于控制器装置，由于其输出为控制脉冲，因此其换流器应为开关函数模型。下文分别以日风双馈风机模型、阳光直驱风机模型和上能光伏模型为例说明新能源模型的基本构成。

1)日风双馈风机模型：

日风双馈风机模型的发电机采用感应发电机模型，换流器一次电路为平均值模型，厂家提供的控制器输出调制波作为其输入，主要参数如表4所示。

表4

其中标幺值计算基准容量为3.4MW，基准电压为690V。

2)阳光直驱风机模型：

阳光直驱风机模型发电机采用永磁同步发电机，全功率换流器一次电路为开关函数模型，厂家提供的控制器输出为调制波，通过仿真软件自带的脉冲发生器生产控制脉冲送到逆变器，主要参数如表5所示。

表5

其中标幺值计算基准容量为3.4MW，基准电压为690V。

3)上能光伏模型：

上能光伏单机模型包括PV阵列、逆变器及控制部分等，其中最大功率点跟踪(MMPT)功能在PV阵列部分实现，而逆变器控制部分则实现并网控制。逆变器一次电路为开关函数模型，厂家提供的控制器输出为调制波，通过仿真软件自带的脉冲发生器生产控制脉冲送到逆变器，主要参数如表6所示。

表6上能光伏模型主要参数

按上述方法可测得新能源接入点的极限短路比为R_sc＝1.04。

以F_lt3点故障为例，说明测试过程中所记录的波形及数据。限于篇幅，仅给出F_lt3点三相短路故障时的电量波形及所测故障及恢复过程的参数，分别如图4及表7所示。

图中，由上至下分别为机端相电压瞬时值、机端线电压有效值、光伏有功功率和无功功率。

表7

本发明还提出了一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的系统200，如图5所示，包括：

初始化单元201，控制新能源模型接入测试电网模型，调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；

调整单元202，新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

故障模拟单元203，针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，确定新能源模型清除故障后的能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；

测试单元204，在新能源模型内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗，根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性；

指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

其中，测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36或35/0.69变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36或35/0.69kV变压器，所述35/0.36或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

其中，新能源模型为：日风双馈风机模型、阳光直驱风机模型或上能光伏模型。

其中，新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

其中，模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

其中，故障清除后，新能源模型若能够恢复至原稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，直至确定新能源模型在故障清除后恢复至原稳态的临界内阻抗值；

新能源模型若不能够恢复至原稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后恢复稳态的临界内阻抗值。

本发明能够全面测试多种电网典型故障下的新能源机组响应特性，从而指导新能源机组控制策略的优化。

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。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

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。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的方法，所述方法包括：

将新能源模型接入测试电网模型；

调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；

新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，所述故障清除后，新能源模型若能够恢复至原稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源的电压幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；新能源模型若不能够恢复至原稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源的电压幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；

在测试电网模型等效内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗；

根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；

根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性。

2.根据权利要求1所述的方法，所述测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36kV或35/0.69kV变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36kV或35/0.69kV变压器，所述35/0.36kV或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

3.根据权利要求1所述的方法，所述新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

4.根据权利要求1所述的方法，所述模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

6.一种用于测试新能源模型的系统强度适应性的系统，所述系统包括：

初始化单元，将新能源模型接入测试电网模型，调整测试电网模型电压源的内阻抗值，启动新能源模型；

调整单元，新能源模型启动完成后，调节测试电网模型电压源的电压，使新能源模型并网点电压调整至额定电压值；

故障模拟单元，针对新能源模型，模拟设置系统故障，并清除故障，所述故障清除后，新能源模型若能够恢复至原稳态，则增大电压源内阻抗，同时调节电压源的电压幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后能够恢复稳态的临界内阻抗值；新能源模型若不能够恢复稳态，则减小电压源内阻抗，同时调节电压源的电压幅值，使新能源模型并网点的电压调整至额定值，模拟设置系统故障，直至确定新能源模型在故障清除后能够恢复至原稳态的临界内阻抗值；

测试单元，在测试电网模型等效内阻抗值处于临界内阻抗值时，测试新能源模型接入点的开路电压及短路电流，根据开路电压及短路电流确定等效阻抗，根据等效阻抗确定新能源模型接入系统的极限短路比；根据极限短路比确定新能源模型的系统强度适应性。

7.根据权利要求6所述的系统，所述测试电网模型，包括：电压源、750/330/66kV变压器、330/35kV变压器、及35/0.36kV或35/0.69kV变压器；所述电压源为750kV电压源；所述750kV电压源通过750kV线路连接750/330/66kV变压器，所述750/330/66kV变压器通过330kV线路连接330/35kV变压器，所述330/35kV变压器连接35/0.36kV或35/0.69kV变压器，所述35/0.36kV或35/0.69kV变压器连接新能源模型。

8.根据权利要求6所述的系统，所述新能源模型启动完成后，监测新能源模型的并网点电压、有功及无功的电量波形，根据电量波形调节测试电网模型电压源的电压。

9.根据权利要求6所述的系统，所述模拟设置的系统故障，包括：三相短路、单相接地及相间故障。

10.根据权利要求6所述的系统，所述测试单元，还用于：指定测试电网模型的系统强度，在新能源模型的各电压等级分别模拟设置预设时间的系统故障，记录新能源模型的机端电压、有功及无功的故障恢复曲线及测试参数，根据故障恢复曲线及测试参数确定新能源模型的暂态特性。

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