CN113447717B - 变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法及测试平台 - Google Patents
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Abstract
本公开属于电力系统建模与分析领域,尤其涉及一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法及测试平台。其中,所述方法包括:构建包含待测变流设备、电网、数据采集模块以及工频阻抗模型计算模块的工频阻抗模型测试平台;在接入点施加工频扰动,使用数据采集模块分别采集扰动前后变流设备接入点的三相电压、电流数据,使用工频阻抗模型计算模块分别计算扰动前后对应的工频正序电压分量和电流分量;生成工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型。本公开可以通过扰动测试确定变流设备在工频处的耦合阻抗模型和耦合导纳模型,弥补了已有阻抗模型和导纳模型获取方法的缺陷,完善了阻抗建模方法。
Description
技术领域
本公开数据电力系统建模与分析领域,尤其涉及一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法及测试平台。
背景技术
目前,在分析变流设备的小信号稳定性时,基于阻抗模型的方法被广泛采用。该方法一个突出优点是,即使变流设备的控制结构和参数未知时,仍可以通过扰动测试的方法获得其阻抗模型。随着阻抗建模技术的发展,已有多种不同坐标、不同维数的阻抗模型被建立。其中,2×2矩阵形式的耦合阻抗/导纳模型由于考虑了变流设备控制器非线性计算引发的频率耦合效应,在分析变流设备并网系统的小信号稳定性时更加准确,受到了广泛关注。然而,此前通过扰动测试获取变流设备的阻抗模型时,通常仅考虑非工频处的阻抗/导纳模型。其主要原因是,若施加的扰动信号为工频(电力系统运行的额定频率,国内为50Hz)信号,则其会与工频电压和电流直接叠加在一起,无法直接通过频谱分析等分离系统原有的工频信号和扰动信号;而且,仅通过扰动测试难以确定工频处的二维及以上的阻抗模型,例如无法获得耦合阻抗模型和耦合导纳模型。
发明内容
本公开的目的是为克服已有技术的不足之处,提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法及测试平台。本公开可以通过扰动测试确定变流设备在工频处的耦合阻抗模型和耦合导纳模型,弥补了已有阻抗模型和导纳模型获取方法的缺陷,完善了阻抗建模方法。
本公开第一方面实施例提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法,包括:
构建工频阻抗模型测试平台,所述平台包括:待测变流设备、电网、以及设置在变流设备与电网相连的接入点的数据采集模块以及与数据采集模块连接的工频阻抗模型计算模块;
在接入点施加工频扰动,使用所述数据采集模块分别采集扰动前后变流设备接入点的三相电压、电流数据,使用所述工频阻抗模型计算模块分别计算扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量;
利用所述扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,生成工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型。
在本公开的一个实施例中,所述施加工频扰动的方法采用修改电网中电压源的电压值或修改电网中阻抗大小中的任一种。
在本公开的一个实施例中,所述使用所述工频阻抗模型计算模块分别计算扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,具体方法为:
在本公开的一个实施例中,所述工频视在阻抗模型、所述工频视在导纳模型、所述工频耦合阻抗模型和所述工频耦合导纳模型表达式如下:
在本公开的一个实施例中,所述测试平台还包括在所述接入点和电网之间增加的工频扰动信号注入模块。
在本公开的一个实施例中,所述施加工频扰动的方法还包括:通过工频扰动信号注入模块向接入点注入三相工频电压扰动或三相工频电流扰动。
在本公开的一个实施例中,还包括:
选择不同的扰动幅值,施加多次工频扰动,计算每次所述工频扰动对应的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型、工频耦合导纳模型;
计算所述多次工频扰动对应的工频视在阻抗模型中各元素的平均值、工频视在导纳模型中各元素的平均值、工频耦合阻抗模型中各元素的平均值和工频耦合导纳模型中各元素的平均值,将所述各元素的平均值作为该元素的最终值,以得到最终的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型。
本公开第二方面实施例提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的测试平台,包括:
待测变流设备、电网、数据采集模块和工频阻抗模型计算模块;其中,所述数据采集模块设置在变流设备与电网相连的接入点,数据采集模块的输出端连接工频阻抗模型计算模块的输入端;所述数据采集模块用于采集变流设备接入点扰动前后的三相电压和三相电流数据;所述工频阻抗模型计算模块用于根据数据采集模块采集的三相电压和三相电流数据,计算工频耦合阻抗模型和耦合导纳模型。
在本公开的一个实施例中,所述电网包括电压源和阻抗。
在本公开的一个实施例中,所述测试平台还包括:在接入点和电网之间设置的工频扰动信号注入模块,所述工频扰动信号注入模块用于向接入点注入三相工频电压扰动或三相工频电流扰动。
本公开的特点及有益效果在于:
本公开建立了工频耦合阻抗模型和导纳模型测试平台,提出了工频耦合阻抗模型和导纳模型的获取方法,完善了小信号耦合阻抗模型和导纳模型在工频这一特殊频率点的建模方法,为准确辨识工频电力设备阻抗模型和导纳模型提供了依据。
附图说明
图1为本公开实施例提出的一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法的整体流程图;
图2为本公开实施例中变流设备工频耦合阻抗和导纳模型测试平台的结构示意图;
图3为本公开实施例中工频耦合阻抗和导纳模型的计算流程图。
具体实施方式
本公开的实施例提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法及测试平台,下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。
本公开的第一方面实施例提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法,整体流程如图1所示,包括以下步骤:
1)构建工频阻抗模型测试平台;
将待测变流设备接入电网,构建工频阻抗模型测试平台,所述工频阻抗模型测试平台结构如图2所示,包括:待测变流设备、电网、数据采集模块和工频阻抗模型计算模块。其中,所述电网使用一个/多个电压源和一个/多个阻抗进行等效;
所述数据采集模块设置在变流设备与电网相连的接入点,数据采集模块的输出端连接工频阻抗模型计算模块的输入端;所述数据采集模块用于采集变流设备接入点实时的三相电压(即图2中的ua,ub,uc)、三相电流数据(即图2中的ia,ib,ic),本实施例采用PT和CT;所述工频阻抗模型计算模块用于根据数据采集模块采集的三相电压、电流数据,计算工频阻抗模型和导纳模型,可采用小型计算机。
作为一种优选的实施方式,所述数据采集模块需保证足够的采样频率和采样时间,采样频率应大于100Hz,采样时间长度至少为20毫秒。
在本公开的一些实施例中,该平台还可在接入点和电网之间增加工频扰动信号注入模块,所述工频扰动信号注入模块可分为工频扰动电压信号注入模块和工频扰动电流信号注入模块;所述工频扰动电压信号注入模块用于向接入点注入三相工频电压扰动(如图2(b)所示),所述工频扰动电流信号注入模块用于向接入点注入三相工频电流扰动(如图2(c)所示)。
2)设置变流设备的控制目标(包括输出功率控制),根据该控制目标,当待测变流设备稳定工作点时,使用数据采集模块采集此时变流设备接入点的三相电压、电流数据;使用工频阻抗模型计算模块,分别对三相电压、电流进行快速傅里叶变换(FFT)并提取对应的工频分量,得到三相工频电压分量和三相电流分量/>然后采用对称分量法得到此时稳态下的工频正序电压分量/>和工频正序电流分量/>
3)施加工频扰动;
在接入点施加工频扰动,可选用以下三种扰动方式中的任一种:
a)修改电网中电压源的电压值Vg的大小,合适的变化量为原电压值的±1~10%;
b)修改电网中阻抗Zg的大小,合适的变化量为原阻抗值的±1~10%;
c)若安装有工频扰动信号注入模块的,可通过工频扰动信号注入模块向接入点注入三相工频电压扰动或三相工频电流扰动,合适的扰动幅值为接入点工频电压幅值或工频电流幅值的±1~10%。
4)施加工频扰动且变流设备达到新的稳定工作点之后,使用数据采集模块采集扰动后变流设备接入点的三相电压、电流数据;使用工频阻抗模型计算模块,分别对扰动后三相电压、电流进行快速傅里叶变换(FFT)并提取工频分量,得到扰动后三相工频电压分量和三相电流分量/>然后采用对称分量法得到扰动后工频正序电压分量/>和工频正序电流分量/>
5)计算工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型、工频耦合导纳模型;原理如图3所示,具体方法如下:
使用工频阻抗模型计算模块获取变流设备的工频视在阻抗模型和工频视在导纳模型,其中:
进一步地,对于采用无功功率或无功电流控制的变流设备,获取其工频耦合导纳模型和工频耦合阻抗模型;
其中“*”表示取共轭;
6)通过注入不同的扰动幅值,进行多次测试,降低测试误差
重复步骤3)至步骤5),在合适的范围±(1%~10%)内选择不同的扰动幅值进行多次(次数越多,效果更好)扰动、测量,计算各扰动扰动幅值下的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型;
取多次扰动测试下工频视在阻抗模型中各元素的平均值、工频视在导纳模型中各元素的平均值、工频耦合阻抗模型中各元素的平均值和工频耦合导纳模型中各元素的平均值,将每个模型中各元素的平均值作为对应模型中该元素的最终值,从而得到测试的最终的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型,以降低测试误差和注入扰动量大小对测试结果的影响。
需注意的是,所述变流设备包括但不限于基于变流器的风电、光伏机组及其电站、无功补偿装置和直流换流站等。
本公开第二方面实施例提出一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的测试平台。
图2为本公开实施例所提供的一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的测试平台的结构示意图。
如图2(a)所示,所述测试平台包括:待测变流设备、电网、数据采集模块和工频阻抗模型计算模块;其中,所述数据采集模块设置在变流设备与电网相连的接入点,数据采集模块的输出端连接工频阻抗模型计算模块的输入端;所述数据采集模块用于采集变流设备接入点扰动前后的三相电压和三相电流数据;所述工频阻抗模型计算模块用于根据数据采集模块采集的三相电压和三相电流数据,计算工频阻抗模型和导纳模型。
在本公开的一个实施例中,所述电网包括:电压源和阻抗;所述电压源和阻抗可以一个或多个,在实验室中使用等效。
在在本公开的一个实施中,在图2(a)所示的测试平台实施例的基础上,该测试平台还可以包括:在接入点和电网之间增加工频扰动信号注入模块;所述工频扰动信号注入模块可分为工频扰动电压信号注入模块和工频扰动电流信号注入模块;如图2(b)所示,所述工频扰动电压信号注入模块用于向接入点注入三相工频电压扰动;如图2(c)所示,所述工频扰动电流信号注入模块用于向接入点注入三相工频电流扰动。
Claims (8)
1.一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的获取方法,其特征在于,包括:
构建工频阻抗模型测试平台,所述平台包括:待测变流设备、电网、以及设置在变流设备与电网相连的接入点的数据采集模块以及与数据采集模块连接的工频阻抗模型计算模块;
在接入点施加工频扰动,使用所述数据采集模块分别采集扰动前后变流设备接入点的三相电压、电流数据,使用所述工频阻抗模型计算模块分别计算扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,包括:
利用所述扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,生成工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型;
所述工频视在阻抗模型、所述工频视在导纳模型、所述工频耦合阻抗模型和所述工频耦合导纳模型表达式如下:
2.根据权利要求1所述的获取方法,其特征在于,所述施加工频扰动的方法采用修改电网中电压源的电压值或修改电网中阻抗大小中的任一种。
3.根据权利要求1所述的获取方法,其特征在于,所述测试平台还包括在所述接入点和电网之间增加的工频扰动信号注入模块。
4.根据权利要求3所述的获取方法,其特征在于,所述施加工频扰动的方法还包括:通过工频扰动信号注入模块向接入点注入三相工频电压扰动或三相工频电流扰动。
5.根据权利要求1-4任一种所述的获取方法,其特征在于,还包括:
选择不同的扰动幅值,施加多次工频扰动,计算每次所述工频扰动对应的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型、工频耦合导纳模型;
计算所述多次工频扰动对应的工频视在阻抗模型中各元素的平均值、工频视在导纳模型中各元素的平均值、工频耦合阻抗模型中各元素的平均值和工频耦合导纳模型中各元素的平均值,将所述各元素的平均值作为该元素的最终值,以得到最终的工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型。
6.一种变流设备工频耦合阻抗和导纳模型的测试平台,其特征在于,包括:
待测变流设备、电网、数据采集模块和工频阻抗模型计算模块;其中,所述数据采集模块设置在变流设备与电网相连的接入点,数据采集模块的输出端连接工频阻抗模型计算模块的输入端;所述数据采集模块用于采集变流设备接入点扰动前后的三相电压和三相电流数据;所述工频阻抗模型计算模块用于根据数据采集模块采集的三相电压和三相电流数据,计算工频耦合阻抗模型和耦合导纳模型;
所述根据数据采集模块采集的三相电压和三相电流数据,计算工频耦合阻抗模型和耦合导纳模型包括:
根据所述三相电压和三相电流数据,分别计算扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,包括:
利用所述扰动前后对应的工频正序电压分量和工频正序电流分量,生成工频视在阻抗模型、工频视在导纳模型、工频耦合阻抗模型和工频耦合导纳模型;
所述工频视在阻抗模型、所述工频视在导纳模型、所述工频耦合阻抗模型和所述工频耦合导纳模型表达式如下:
7.根据权利要求6所述的测试平台,其特征在于,所述电网包括电压源和阻抗。
8.根据权利要求6或7所述的测试平台,其特征在于,所述测试平台还包括:在接入点和电网之间设置的工频扰动信号注入模块,所述工频扰动信号注入模块用于向接入点注入三相工频电压扰动或三相工频电流扰动。
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