CN115021310A - 一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统 - Google Patents

一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统，包括：利用串联于待测风电机组变压器高压侧与电网之间的电网模拟装置采集待测机组的电流；设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；基于不同短路比对应的阻抗值，待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组的弱电网适应能力进行测试；本发明通过动态调整阻抗值，模拟不同弱电网特性，为风电机在弱电网环境下的运行特性提供了实验验证条件。

Description

一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统
技术领域
本发明属于新能源接入领域，具体涉及一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统。
背景技术
随着风电大规模接入电网，电网正从可忽略内部阻抗的强电网向需计及内部阻抗的弱电网转变，系统扰动风险加大，以风电为代表的新能源应具备较好的弱电网适应能力，保障电力系统安全稳定运行。针对风电机组弱电网适应能力问题，学术界已开展相关研究，提出了风电机组的电压源型控制、风储协调运行等方法，但由于缺乏相关检测方法，在实际弱电网环境下的运行特性尚不能进行试验验证，限制了风电并网技术进步。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种风电机组弱电网适应能力测试方法，包括:利用串联于待测风电机组变压器高压侧与电网之间的电网模拟装置采集待测机组的电流；
设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组的弱电网适应能力进行测试。
优选的，所述设定测试所需的不同等效短路比，包括：
以设定的第一等效短路比作为分界点，将电网划为强电网区间和弱电网区间，取分界点、分界点前的和分界点后的等效短路比作为测试点。
优选的，所述基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对待测风电机组的弱电网适应能力进行测试，包括：
将所述不同阻抗值对应参考电压指令分别输入所述电网模拟装置，基于参考电压的输出方法，由电网模拟装置控制并输出对应参考电压，模拟参考电压指令对应阻抗值下的弱电网特性；
调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试。
优选的，所述基于参考电压的输出方法，由电网模拟装置控制并输出对应参考电压，包括：
采集电网模拟装置实际输出电压和电流，通过dq变换及正负序分量提取算法，得到实际输出电压和电流的正负序dq分量；
基于dq变换及正负序分量提取算法，对所述不同阻抗值对应的参考电压指令进行计算，得到参考电压正负序dq分量；
将所述实际输出电压的正序dq电压分量分别与对应的参考电压的正序dq电压分量作差，得到第一电压差值，将所述第一电压差值作为PI控制的对象，经PI控制得到参考电流的正序dq分量；
将所述参考电流的正序dq分量分别与对应的实际电流的正序dq分量作差，得到第一电流差值，将所述第一电流差值作为PI控制的对象，经PI控制以及dq-abc变换，得到三相正序目标电压和三相负序目标电压，将所述三相正序目标电压和三相负序目标电压相加得到总目标电压，经调制波产生算法及PWM调制，获得变流器开关控制信号，通过变流器开关控制信号对输出参考电压的控制。
优选的，所述调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试，包括：
在每一场测试中用到的参考电压指令的数量调整为1时，对风电机组弱电网进行阻抗单次变化测试；
在每一场测试中用到的参考电压指令的数量调整为大于1时，对风电机组弱电网进行的阻抗连续变化测试。
优选的，所述对风电机组进行阻抗单次变化测试，包括：
基于风电机组在不同功率区间的控制差异性，分别让风电机组运行在大功率区间和风电机组运行在小功率区间，且每次仅选择一个阻抗值对应的参考电压指令，启动风电机组保持运行第一设定时长，记录风电机组运行数据及状态，再依次用剩余的参考电压指令进行测试；
基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力；
其中，所述大功率区间为大于第一设定比例的风电机组额定功率区间，所述小功率区间为大于第三设定比例且小于第二设定比例的风电机组额定功率区间，所述第一设定比例大于第二设定比例，所述第二设定比例大于第三设定比例。
优选的，所述对风电机组弱电网进行的阻抗连续变化测试，包括：
基于风电机组在不同功率区间的控制差异性，分别让风电机组运行在大功率区间和风电机组运行在小功率区间，每次选择多个阻抗值对应的参考电压指令，选择其中一个，启动风电机组保持运行第二设定时长后更换剩余参考电压指令，每次更换参考电压指令后继续保持运行相同的时间，并记录风电机组运行数据及状态；
基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力；
其中，所述大功率区间为大于第一设定比例的风电机组额定功率区间，所述小功率区间为大于第三设定比例且小于第二设定比例的风电机组额定功率区间，所述第一设定比例大于第二设定比例，所述第二设定比例大于第三设定比例。
优选的，所述基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力，包括：
若所述风电机组状态为脱网，则所述风电机组在所述测试中的参考电压指令对应的阻抗值，以及功率值下不具有适应能力，否则在所述测试中的参考电压指令对应的阻抗值，以及功率值下具有适应能力。
优选的，所述阻抗值按下式计算：
Figure BDA0003676593420000031
式中，Un为风电机组并网点额定电压，Pn为风电机组额定功率，SCR为设定的等效短路比。
优选的，所述参考电压指令计算式如下式所示：
Uref＝Un+ZoIo
式中，Un为风电机组并网点额定电压，Zo为阻抗值，Io为电网模拟装置输出侧输出电流。
基于同一发明构思，本发明还提供了一种风电机组弱电网适应能力测试系统，其特征在于，包括：
阻抗值获取模块、参考电压指令计算模块和弱电网适应能力测试模块；
所述阻抗值获取模块，用于根据设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
所述参考电压指令计算模块，用于基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
所述弱电网适应能力测试模块，用于基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组弱电网适应能力进行测试。
优选的，所述弱电网适应能力测试模块包括：
数据输入子模块，用于将所述不同阻抗值对应参考电压指令分别输入所述电网模拟装置，由电网模拟装置模拟参考电压指令对应阻抗值下的电网特性；
测试子模块，用于调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提供了一种风电机组弱电网适应能力测试方法和系统，包括：利用串联于待测风电机组变压器高压侧与电网之间的电网模拟装置采集待测机组的电流；设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组的弱电网适应能力进行测试；本发明提出一种具备动态阻抗模拟能力的电网扰动模拟装置，通过参考电压指令动态调整阻抗设定值模拟不同弱电网特性，为风电机组提供了测试环境；解决了风电机组在弱电网环境下的运行特性尚不能进行试验验证的问题，为风电机组弱电网适应测试提供了重要手段，为风电机组弱电网运行控制技术的有效验证及风电系统安全稳定运行奠定基础。
附图说明
图1为本发明提供的一种风电机组弱电网适应能力测试方法流程示意图；
图2为本发明提供的风电机组弱电网适应能力测试原理图；
图3为本发明提供的风电机组弱电网适应能力测试等效图；
图4为本发明提供的电网模拟装置控制原理图；
图5为本发明提供的一种风电机组弱电网适应能力测试系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种风电机组弱电网适应能力测试方法流程示意图如图1所示，包括：
步骤1：利用串联于待测风电机组变压器高压侧与电网之间的电网模拟装置采集待测机组的电流；
步骤2：设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
步骤3：基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
步骤4：基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组的弱电网适应能力进行测试。
具体的，步骤1包括：
测试时，将电网模拟装置串联在风电机组变压器高压侧与电网之间，如附图2所示，电网模拟装置采集电网模拟装置输出侧(机组变压器侧)输出电压Uo和电流Io。
步骤2包括：
以SCR＝3为界划分强弱电网为例，分别取弱电网区间SCR＝1、2及强电网区间SCR＝5、10，并加入分界点(SCR＝3)作为测试点，等效短路比可以表示为：
Figure BDA0003676593420000051
式中，Pn为风电机组额定功率；
对应可以得到阻抗值为
Figure BDA0003676593420000052
步骤3包括：
根据设定的阻抗值Zo计算电网模拟装置的参考电压指令，计算方式如下：
Uref＝Un+ZoIo
式中，Un为风电机组并网点额定电压。
根据计算式可以得到风电机组弱电网适应能力测试等效图，所述等效图如图3所示。
步骤4包括：
将所述不同阻抗值对应参考电压指令分别输入所述电网模拟装置，基于参考电压的输出方法，由电网模拟装置控制并输出对应参考电压，模拟参考电压指令对应阻抗值下的弱电网特性；
考虑到风电机组在不同功率区间的控制差异性，分别在大功率区间(P＞0.8Pn)和小功率区间(0.2Pn≤P≤0.5Pn)，测试机组适应能力。
当风电机组正常运行时，分别在大功率区间(P＞0.8Pn)和小功率区间(0.2Pn≤P≤0.5Pn)测试机组弱电网适应能力，测试时采用以下步骤：
阻抗单次变化测试
①依据图2连接电网模拟装置，所述电网模拟装置控制原理图如图4所示；
②设定电网模拟装置阻抗值为Z5，启动风电机组，保持运行10min，记录风电机组运行数据及状态；
③参考步骤②分别设定阻抗值为Z4、Z3、Z2、Z1，记录风电机组运行数据及状态。
阻抗连续变化测试
①依据图2连接电网模拟装置；
②设定电网模拟装置阻抗值为Z5，启动风电机组，保持运行5min，然后阻抗值设定为Z1，保持运行5min，记录风电机组运行数据及状态；
③参考步骤②，依据预先设定的阻抗连续变化测试内容设置阻抗值，记录风电机组运行数据及状态。
测试结果判定：测试期间若风电机组脱网则视为未通过。
实施例2：
基于同一发明构思，本发明拱了一种风电机组弱电网适应能力测试系统；
该系统结构如图5所示，包括：
阻抗值获取模块、参考电压指令计算模块和弱电网适应能力测试模块；
所述阻抗值获取模块，用于根据设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
所述参考电压指令计算模块，用于基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
所述弱电网适应能力测试模块，用于基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对待测风电机组的弱电网适应能力进行测试。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,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:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (12)

1.一种风电机组弱电网适应能力测试方法，其特征在于，包括：
利用串联于待测风电机组变压器高压侧与电网之间的电网模拟装置采集待测机组的电流；
设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组的弱电网适应能力进行测试。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定测试所需的不同等效短路比，包括：
以设定的第一等效短路比作为分界点，将电网划为强电网区间和弱电网区间，取分界点、分界点前的和分界点后的等效短路比作为测试点。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对待测风电机组的弱电网适应能力进行测试，包括：
将所述不同阻抗值对应参考电压指令分别输入所述电网模拟装置，基于参考电压的输出方法，由电网模拟装置控制并输出对应参考电压，模拟参考电压指令对应阻抗值下的弱电网特性；
调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于参考电压的输出方法，由电网模拟装置控制并输出对应参考电压，包括：
采集电网模拟装置实际输出电压和电流，通过dq变换及正负序分量提取算法，得到实际输出电压和电流的正负序dq分量；
基于dq变换及正负序分量提取算法，对所述不同阻抗值对应的参考电压指令进行计算，得到参考电压正负序dq分量；
将所述实际输出电压的正序dq电压分量分别与对应的参考电压的正序dq电压分量作差，得到第一电压差值，将所述第一电压差值作为PI控制的对象，经PI控制得到参考电流的正序dq分量；
将所述参考电流的正序dq分量分别与对应的实际电流的正序dq分量作差，得到第一电流差值，将所述第一电流差值作为PI控制的对象，经PI控制以及dq-abc变换，得到三相正序目标电压和三相负序目标电压，将所述三相正序目标电压和三相负序目标电压相加得到总目标电压，经调制波产生算法及PWM调制，获得变流器开关控制信号，通过变流器开关控制信号对输出参考电压的控制。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试，包括：
在每一场测试中用到的参考电压指令的数量调整为1时，对风电机组弱电网进行阻抗单次变化测试；
在每一场测试中用到的参考电压指令的数量调整为大于1时，对风电机组弱电网进行的阻抗连续变化测试。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对风电机组进行阻抗单次变化测试，包括：
基于风电机组在不同功率区间的控制差异性，分别让风电机组运行在大功率区间和风电机组运行在小功率区间，且每次仅选择一个阻抗值对应的参考电压指令，启动风电机组保持运行第一设定时长，记录风电机组运行数据及状态，再依次用剩余的参考电压指令进行测试；
基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力；
其中，所述大功率区间为大于第一设定比例的风电机组额定功率区间，所述小功率区间为大于第三设定比例且小于第二设定比例的风电机组额定功率区间，所述第一设定比例大于第二设定比例，所述第二设定比例大于第三设定比例。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对风电机组弱电网进行的阻抗连续变化测试，包括：
基于风电机组在不同功率区间的控制差异性，分别让风电机组运行在大功率区间和风电机组运行在小功率区间，每次选择多个阻抗值对应的参考电压指令，选择其中一个，启动风电机组保持运行第二设定时长后更换剩余参考电压指令，每次更换参考电压指令后继续保持运行相同的时间，并记录风电机组运行数据及状态；
基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力；
其中，所述大功率区间为大于第一设定比例的风电机组额定功率区间，所述小功率区间为大于第三设定比例且小于第二设定比例的风电机组额定功率区间，所述第一设定比例大于第二设定比例，所述第二设定比例大于第三设定比例。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述基于所述风电机组运行数据及状态测试风电机组的适应能力，包括：
若所述风电机组状态为脱网，则所述风电机组在所述测试中的参考电压指令对应的阻抗值，以及功率值下不具有适应能力，否则在所述测试中的参考电压指令对应的阻抗值，以及功率值下具有适应能力。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻抗值按下式计算：
Figure FDA0003676593410000031
式中，Un为风电机组并网点额定电压，Pn为风电机组额定功率，SCR为设定的等效短路比。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考电压指令计算式如下式所示：
Uref＝Un+ZoIo
式中，Un为风电机组并网点额定电压，Zo为阻抗值，Io为电网模拟装置输出侧输出电流。
11.一种风电机组弱电网适应能力测试系统，其特征在于，包括：
阻抗值获取模块、参考电压指令计算模块和弱电网适应能力测试模块；
所述阻抗值获取模块，用于根据设定测试所需的不同等效短路比、获取的待测机组的额定功率和额定电压，结合等效短路比计算式得到测试所需的不同等效短路比对应的阻抗值；
所述参考电压指令计算模块，用于基于所述不同短路比对应的阻抗值，所述待测机组的电流和待测机组的额定电压，结合参考电压指令计算式，得到不同阻抗值对应的参考电压指令；
所述弱电网适应能力测试模块，用于基于所述不同阻抗值对应的参考电压指令，利用电网模拟装置模拟不同弱电网特性，对风电机组弱电网适应能力进行测试。
12.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述弱电网适应能力测试模块包括：
数据输入子模块，用于将所述不同阻抗值对应参考电压指令分别输入所述电网模拟装置，由电网模拟装置模拟参考电压指令对应阻抗值下的电网特性；
测试子模块，用于调整在一场测试中用到的参考电压指令的数量，对风电机组进行阻抗单次变化测试或阻抗连续变化测试。
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