CN116382123B - 主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法 - Google Patents

主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法。首先构建联合硬件在环仿真系统，包括可控制不同类型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT‑LAB半实物仿真平台搭建的不同类型海上风机电气模型和不同类型输电方式下的输电线路模型以及电网模型；其次，基于建立的联合硬件在环仿真系统对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试，测试项目包括高电压穿越性能测试、低电压穿越性能测试和电能质量测试。本发明考虑了海上风机以及海上风电输电方式的多样性，可用于测试与比较不同类型海上风机与不同类型输电方式下海上风机的并网特性。

Description

主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法
技术领域
本发明涉及风力发电机组并网特性测试领域以及仿真领域，具体涉及一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法。
背景技术
随着不可再生能源的不断枯竭以及人们对环境保护的需求不断增加，世界各国都在大力发展可再生能源发电，海上风机因此得到快速发展，装机容量不断增加。海上风机的能量来源于自然界的风，而风速具有随机性与波动性，因此，海上风机的出力也具有随机性和创新性。大规模海上风机并网后其出力的随机性与波动性会加剧电力系统的发电与用电不平衡波动，影响电力系统电能质量。同时，海上风机在电力系统发生故障时的脱网特性会使得故障范围进一步扩大，威胁电力系统安全稳定运行。
为维持电力系统安全稳定运行，减弱海上风机并网对电力系统造成的负面影响，电力系统逐渐对海上风机的并网特性提出了系列要求，并制定相关标准。在2005年版本的国家标准《风电机组接入电力系统技术规定》（GB/T19963—2005）中，提出了电压偏差，电压波动，闪变，谐波等指标用于评价风电场对电力系统电能质量的影响，并作出限制。在2011时，国家出台新一版的《风电机组接入电力系统技术规定》（GB/T19963—2011），其中要求风电场应当具备低电压穿越能力，并给出了相关技术要求。进一步的，在2021年，新标准《风电机组接入电力系统技术规定第1部分：陆上风电》（GB/T19963.1—2021）出台，对风电场新增了高电压穿越的并网特性要求。
为了确保电力系统对风电场提出的相关并网标准能准确实施，在《风电机组接入电力系统技术规定》的系列标准中指出，风电场应向电力系统调度机构提供风电场接入电力系统测试与评价报告，测试内容应当包括电能质量，故障穿越能力等。为降低测试时的危险性以及成本，一些研究人员提出可采用仿真模型或者硬件在环仿真系统进行风电机组的并网特性测试。随着海上风机相关技术的发展，当前出现了不同类型的海上风机以及不同类型的海上风电场输电方式。然而，当前研究人员提出的并网特性测试系统和测试方法并未考虑新出现的构网型海上风机以及柔性直流输电线路，不能对所有类型的海上风机以及所有类型的海上风电场输电方式进行并网特性测试，无法比较不同类型还是风机以及不同类型海上风电输电方式的并网特性优劣。
申请号为201510717657.4的发明专利中，发明人通过GH Bladed软件，MATLAB/Simulink软件，风电机组主控制器等建立起风电机组硬件在环仿真系统，但是专利中没有探究不同的海上风机类型以及不同的海上风电输电的建模方法，所建立的模型和方法只考虑了常规的跟网型海上风电机组以及交流输电线路，不能适用于构网型海上风机类型以及柔性直流输电线路场景下的海上风机并网特性测试。申请号为201310421625.0的发明专利提出了风电场并网电能质量综合性能检测方法。申请号为202110770287.6的发明专利提出了海上风电场并网性能测试方法、系统、计算机设备和介质，通过搭建并网仿真测试模型执行并网性能测试。但是上述专利都没有考虑不同的海上风机类型以及不同的海上风电输电类型的差异，所建立的模型和方法只考虑了常规的跟网型海上风电机组以及交流输电线路，不能适用于构网型海上风机类型以及柔性直流输电线路场景下的海上风机并网特性测试。
发明内容
为了弥补现有海上风机并网特性测试相关研究的不足，本发明提出一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法。首先构建联合硬件在环仿真系统，包括可控制不同类型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的不同类型海上风机电气模型和不同类型输电方式下的输电线路模型以及电网模型。其次，基于建立的联合硬件在环仿真系统对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试，测试项目包括高电压穿越性能测试，低电压穿越性能测试，电能质量测试。所述方法发明考虑了海上风机多样性和海上风电输电方式的多样性，可用于测试与比较不同类型海上风机与不同类型输电方式下海上风机的并网特性。
本发明公开了一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其步骤包括：
步骤1：建立海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统，包括可控制不同类型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的不同类型海上风机电气模型和不同类型输电方式下的输电线路模型以及电网模型；
步骤2：基于建立的联合硬件在环仿真系统对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试，测试项目包括高电压穿越性能测试，低电压穿越性能测试，电能质量测试。
其中，步骤1所述主控制器和换流器控制器是指集成跟网型海上风机控制功能以及构网型海上风机控制功能的主控制器和换流器控制器。
其中，步骤1所述不同类型海上风机电气模型包括跟网型海上风机电气模型与构网型海上风机电气模型。
其中，步骤1所述不同类型输电方式下的输电线路模型包括交流输电线路模型，柔性直流输电线路模型。
其中，步骤1所述电网模型可以仿真电网正常运行状态、高电压故障状态和低电压故障状态。
其中，步骤1所述海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统中，GHBladed将海上风机气动模型和机械模型仿真得到的发电机转子实时转速通过通信设备传递给RT-LAB后用于RT-LAB中海上风机电气模型的仿真，RT-LAB将海上风机电气模型仿真得到的发电机实时转矩Te通过通信传递给GH Bladed后用于GH Bladed中海上风机机械模型的仿真。主控制器向GH Bladed 发送偏航指令和桨距角控制指令用于GH Bladed中海上风机气动模型的仿真。主控制器向换流器控制器发送功率控制指令。换流器控制器向RT-LAB发送换流器控制脉冲用于RT-LAB中海上风机电气模型的仿真。
其中，步骤2所述海上风机高电压穿越性能测试的步骤为：
步骤1.1：在RT-LAB中的电网模型中设置高电压故障。
步骤1.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.6：比较不同类型海上风机以及不同类型输电方式下海上风机的高电压穿越性能。
其中，步骤2所述海上风机低电压穿越性能测试的步骤为：
步骤2.1：在RT-LAB中的电网模型中设置三相短路故障。
步骤2.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.6：在RT-LAB中的电网模型中设置两相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.7：在RT-LAB中的电网模型中设置两相相间短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.8：在RT-LAB中的电网模型中设置单相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.9：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的低电压穿越性能。
其中，步骤2所述海上风机电能质量测试的步骤为：
步骤3.1：将RT-LAB中的电网模型的电压设置为额定电压。
步骤3.2：在RT-LAB中增加电能质量分析模块，可对海上风机输出的电压波形进行分析，获得频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.4：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.6：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.7：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的电能质量。
与最接近的现有技术相比，本发明提出的海上风机并网特性测试方法首先构建了海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统，包括可控制跟网性型海上风机和构网型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的跟网型海上风机和构网型海上风机电气模型、交流输电线路和柔性直流输电线路模型以及电网模型。
因此本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1）本发明提出的海上风机并网特性测试方法可适用于不同类型的海上风机并网特性测试，包括跟网型海上风机和构网型海上风机。弥补了现有海上风机并网特性测试方法没有考虑构网型海上风机并网特性测试的研究空白。
2）本发明提出的海上风机并网特性测试方法可适用于海上风电场使用不同类型的输电线路时海上风机并网特性测试，包括交流输电线路和柔性直流输电线路。弥补了现有海上风机并网特性测试方法没有考虑柔性直流输电线路类型的研究空白。
3）本发明提出的海上风机并网特性测试方法可用于比较不同类型输电方式，不同类型海上风机下海上风机并网特性的优劣，帮助规划选择合适的风机类型和速度线路类型。
附图说明
图1是本发明提供的一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法中联合硬件在环仿真系统的整体架构。
图2是海上风电场交流输电方式示意图。
图3是海上风电场柔性直流输出方式示意图。
图4是本发明中海上风机高电压穿越性能测试的步骤框图。
图5是本发明中海上风机低电压穿越性能测试的步骤框图。
图6是本发明中海上风机电能质量测试的步骤框图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
如图1所示，本发明公开了一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其步骤包括：
[步骤1：建立海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统，包括可控制不同类型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的不同类型海上风机电气模型和不同类型输电方式下的输电线路模型以及电网模型；
步骤2：基于建立的联合硬件在环仿真系统对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试，测试项目包括高电压穿越性能测试，低电压穿越性能测试，电能质量测试。
步骤1建立了海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统，包括可控制跟网性型海上风机和构网型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的跟网型海上风机和构网型海上风机电气模型、交流输电线路和柔性直流输电线路模型以及电网模型。因此该并网特性测试的联合硬件在环仿真系统可适用于不同类型的海上风机并网特性测试，包括跟网性型海上风机和构网型海上风机，可适用于海上风电场使用不同类型的输电线路时海上风机并网特性测试，包括交流输电线路和柔性直流输电线路，可用于比较不同类型输电方式，不同类型海上风机下海上风机并网特性的优劣。本发明提供的海上风机并网特性测试方法弥补了现有研究没有考虑构网型海上风机和柔性直流输电线路场景下海上风机并网特性测试的研究空白。
步骤1所述海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统如图1所示。
具体来说，GH Bladed将海上风机气动模型和机械模型仿真得到的发电机转子实时转速通过通信设备传递给RT-LAB后用于RT-LAB中海上风机电气模型的仿真，RT-LAB将海上风机电气模型仿真得到的发电机实时转矩Te通过通信传递给GH Bladed后用于GHBladed中海上风机机械模型的仿真。主控制器向GH Bladed 发送偏航指令和桨距角控制指令用于GH Bladed中海上风机气动模型的仿真。主控制器向换流器控制器发送功率控制指令。换流器控制器向RT-LAB发送换流器控制脉冲用于RT-LAB中海上风机电气模型的仿真。GH Bladed和RT-LAB实时向主控制器发送仿真结果以便主控制器进行控制。
步骤1所述主控制器和换流器控制器是指集成跟网型海上风机控制功能以及构网型海上风机控制功能的主控制器和换流器控制器。
步骤1所述不同类型海上风机电气模型包括跟网型海上风机电气模型与构网型海上风机电气模型。
具体来说，跟网型海上风机与构网型海上风机的显著区别在于同步机制的不同。跟网型变流器利用锁相环获取电网电压频率特性后对风机输出频率进行控制，实现与交流电网的同步。而构网型变流器一般采用全局统一的固定频率的公共坐标系进行坐标变换，实现同步。因此，跟网型风机需要接入有源交流电网中才能运行，依赖外界电网提供一个交流支撑电压，外部特性表现为电流源特性。而构网型风电机具有自同步电网特性，在没有外部支撑电压的情况下照样可以运行
步骤1所述不同类型输电方式下的输电线路模型包括交流输电线路模型，柔性直流输电线路模型。
具体来说，交流输电方式和柔性直流输电方式如图2和图3所示。当采用交流输电方式时，海上风电场的电流汇聚后，经海上升压站升压后使用海上电缆和陆上电缆输送到陆上极控中心然后接入电网。常规交流输电技术具有结构简单、成本较低、无需电能变换、工程经验丰富等特点，现阶段绝大多数近海风电并网均采用该技术路线。但在大容量远海风电并网的应用场景下，交流电缆电容效应会大大增加无功损耗，降低电缆的有效负荷能力。若采用常规交流送出方式则需在海底电缆中途增设中端补偿站，通过并联电抗器补偿。这会带来运维检修困难、整体经济性降低等问题。当采用柔性直流输电方式时，海上风电场的电流汇聚后，经海上换流站转换为直流电流然后使用海上直流电缆输送到陆上换流站，陆上换流站将直流电能转换为交流电能然后接入电网。和常规交流输电技术相比，柔性直流输电技术采用直流电缆输电，避免了交流电缆充电功率造成的输送距离受限问题，同时具备有效隔离陆上交流电网与海上风电场的相互影响、可为海上风电场提供稳定的并网电压、系统运行方式调控灵活等技术优势，是远海风电可靠并网的首选技术方案，也是目前唯一具有工程实践经验的大规模远海风电并网方案。
步骤1所述电网模型可以仿真电网正常运行状态、高电压故障状态和低电压故障状态。
具体来说，低电压故障包括三相短路，两相接地短路，两相相间短路，单相接地短路。
步骤2所述对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试的具体步骤如图4-图6所示。
步骤2所述海上风机高电压穿越性能测试的步骤为：
步骤1.1：在RT-LAB中的电网模型中设置高电压故障。
步骤1.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤1.6：比较不同类型海上风机以及不同类型输电方式下海上风机的高电压穿越性能。
本发明提出的海上风机高电压穿越性能测试对不同类型海上风机以及不同类型输电线路场景下的海上风机高电压穿越性能进行了测试，弥补了现有研究中没有对构网型海上风机和柔性直流输电线路场景下海上风机高电压穿越性能进行测试的研究空白。可用于比较不同类型海上风机，不同类型输电方式下海上风机高电压穿越性能的优劣，帮助规划选择合适的风机类型和速度线路类型。
具体来说，比较海上风机的高电压穿越性能是指比较不同类型海上风机以及不同类型输电方式下海上风机在高电压故障时的不脱网运行时间以及其有功无功控制能力。可参考国家标准对陆上风电提出的要求。
根据国家标准，风机高电压穿越的不脱网运行时间应满足下式：
（1）
上式中，代表电网实际电压，/>代表电网额定电压，/>代表风机在高电压故障时不脱网运行时间。在相同的高电压故障下，风机的不脱网运行时间越长代表风机具有更优秀的高电压穿越能力。
根据国家标准，风机高电压穿越时无功控制能力应满足下式：
（2）
上式中，为风电场高电压穿越时吸收的无功电流增量；/>为风电场高电压穿越时无功电流比例系数，取值范围应大于1.5，/>为风电场额定电流。高电压穿越时期，风电场向电力系统输出无功电流应为电压升高前输出无功电流/>与无功电流增量之差。相同的高电压故障下，风机无功输出越接近标准值代表风机具有更优秀的高电压穿越能力。
根据国家标准，风机高电压穿越有功控制能力应满足下式所示：
（3）
上式中，为电力系统下发的有功指令，/>为实际风速对应的风机最优有功。风电场并网点电压升高期间,在满足动态无功电流支撑能力的前提下,风电场应具备有功控制能力。风电场输出有功功率应结合当前风速情况执行当前的电力系统调度机构指令,若无调度指令,输出实际风况对应的有功功率。风电场最大输出电流能力应不低于风电场额定电流的1.05倍。相同的高电压故障下，风机有功输出越接近标准值代表风机具有更优秀的高电压穿越能力。
步骤2所述海上风机低电压穿越性能测试的步骤为：
步骤2.1：在RT-LAB中的电网模型中设置三相短路故障。
步骤2.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线。
步骤2.6：在RT-LAB中的电网模型中设置两相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.7：在RT-LAB中的电网模型中设置两相相间短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.8：在RT-LAB中的电网模型中设置单相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5。
步骤2.9：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的低电压穿越性能。
本发明提出的海上风机低电压穿越性能测试对不同类型海上风机以及不同类型输电线路场景下的海上风机低电压穿越性能进行了测试，弥补了现有研究中没有对构网型海上风机和柔性直流输电线路场景下海上风机低电压穿越性能进行测试的研究空白。可用于比较不同类型海上风机，不同类型输电方式下海上风机低电压穿越性能的优劣，帮助规划选择合适的风机类型和速度线路类型。具体来说，比较海上风机的低电压穿越性能是指比较不同类型海上风机以及不同类型输电方式下海上风机在电网低电压故障时的不脱网运行时间以及其有功无功控制能力。可参考国家标准对陆上风电提出的要求。
根据国家标准，风机低电压穿越时的不脱网运行时间应满足下式。
（4）
上式中，风电场并网点电压跌至标称电压的20%时,风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到标称电压的90%时,风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行。相同的低电压故障下，风机的不脱网运行时间越长代表风机具有更优秀的低电压穿越能力。自并网点电压恢复至标称电压90%后,风机应恢复正常并网运行。
根据国家标准，风机在对称低电压故障中的无功控制能力应满足下式。
（5）
上式中，为风电场对称低电压穿越时注入的无功电流增量；/>为风电场低电压穿越时无功电流比例系数，取值范围应不小于1.5不大于3。对称低电压穿越时期，风电场向电力系统输出无功电流应为电压跌落前输出无功电流/>与无功电流增量/>之和。相同的对称低电压故障下，风机无功输出越接近标准值代表风机具有更优秀的低电压穿越能力。
根据国家标准，风机在不对称低电压故障中的无功控制能力应满足下式。
（6）
上式中，为风电场在不对称低电压穿越时注入的正序无功电流增量，/>为风电场在不对称低电压穿越时吸收的负序无功电流增量，/>为风电场在不对称低电压穿越时正序无功电流比例系数，应不小于1.0；/>为风电场在不对称低电压穿越时负序无功电流比例系数，应不小于1.0；/>为风电场并网点正序电压，/>为风电场并网点负序电压。电压跌落期间,风电场向电力系统输出正序无功电流应为电压跌落前输出无功电流与正序无功电流增量/>之和。风电场向电力系统输出负序无功电流等于负序无功电流增量/>。相同的非对称低电压故障下，风机无功输出越接近标准值代表风机具有更优秀的低电压穿越能力。
根据国家标准，风机在低电压清除后，有功控制能力应满足下式所示：
（7）
上式中，为风电场额定功率，自故障清除时刻开始,风电场输出有功以至少的功率变化率恢复至故障前的值。
步骤2所述海上风机电能质量测试的步骤为：
步骤3.1：将RT-LAB中的电网模型的电压设置为额定电压。
步骤3.2：在RT-LAB中增加电能质量分析模块，可对海上风机输出的电压波形进行分析，获得频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.4：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.6：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变。
步骤3.7：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的电能质量。
本发明提出的海上风机电能质量测试对不同类型海上风机以及不同类型输电线路场景下的海上风机电能质量进行了测试，弥补了现有研究中没有对构网型海上风机和柔性直流输电线路场景下海上风机电能质量进行测试的研究空白。可用于比较不同类型海上风机，不同类型输电方式下海上风机电能质量的优劣，帮助规划选择合适的风机类型和速度线路类型。
具体来说，频率偏差指海上风机输出频率与标称频率之间的偏差，一般以百分比或赫兹为单位进行描述，频率偏差的计算公式为：
（8）
上式中，为标称频率，/>为测得的海上风机输出频率。
电压偏差指海上风机输出的电压与标称电压之间的偏差，一般以百分比或伏特为单位进行描述，电压偏差的计算公式为：
（9）
上式中，为标称频率，/>为测得的海上风机输出电压。
三相不平衡指海上风机输出三相电压或电流之间的不平衡程度，不平衡会导致负载电流不均衡，进而影响设备的运行稳定性。三相不平衡的计算公式为：
（10）
上式中，分别为海上风机输出的三相电压幅值，/>为测得的海上风机输出的三相电压幅值平均值。
谐波指电压或者电流中除基波以外的谐波成分，如2次、3次、5次、7次等，谐波会导致设备的电磁干扰和设备故障等问题。可利用谐波分析仪等仪器对海上风机输出电压和电流进行采样和分析，然后计算出各次谐波的幅值和相位，以及总谐波畸变率等指标。总谐波畸变率计算公式如下所示：
（11）
上式中，为海上风机输出的电压中第2，第3，第n次谐波的幅值，为的海上风机输出的电压中基波电压幅值。
以上所述实施例仅表用于说明本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1：建立海上风电机组并网特性测试的联合硬件在环仿真系统，包括可控制不同类型海上风机的实际主控制器和换流器控制器，在GH Bladed仿真平台搭建的海上风机气动模型和机械模型，在RT-LAB半实物仿真平台搭建的不同类型海上风机电气模型、不同类型输电方式下的输电线路模型以及电网模型；
步骤2：基于建立的联合硬件在环仿真系统对不同类型输电方式下不同类型海上风机的并网性能进行测试，测试项目包括高电压穿越性能测试、低电压穿越性能测试和电能质量测试；
其中，所述步骤2中海上风机高电压穿越性能测试的步骤为：
步骤1.1：在RT-LAB中的电网模型中设置高电压故障；
步骤1.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤1.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤1.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤1.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤1.6：比较不同类型海上风机以及不同类型输电方式下海上风机的高电压穿越性能。
2.根据权利要求1所述主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述主控制器和换流器控制器是指集成跟网型海上风机控制功能以及构网型海上风机控制功能的实际主控制器和换流器控制器。
3.根据权利要求1所述主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述不同类型海上风机电气模型包括跟网型海上风机电气模型和构网型海上风机电气模型。
4.根据权利要求1所述主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述不同类型输电方式下的输电线路模型包括交流输电线路模型和柔性直流输电线路模型。
5.根据权利要求1所述主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述步骤2中海上风机低电压穿越性能测试的步骤为：
步骤2.1：在RT-LAB中的电网模型中设置三相短路故障；
步骤2.2：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤2.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤2.4：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤2.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机不脱网运行时间，有功无功功率曲线；
步骤2.6：在RT-LAB中的电网模型中设置两相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5；
步骤2.7：在RT-LAB中的电网模型中设置两相相间短路故障，重复步骤2.2至2.5；
步骤2.8：在RT-LAB中的电网模型中设置单相接地短路故障，重复步骤2.2至2.5；
步骤2.9：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的低电压穿越性能。
6.根据权利要求1所述主控与变流器联合硬件在环的海上风机并网特性测试方法，其特征在于，所述步骤2中海上风机电能质量测试的步骤为：
步骤3.1：将RT-LAB中的电网模型的电压设置为额定电压；
步骤3.2：在RT-LAB中增加电能质量分析模块，可对海上风机输出的电压波形进行分析，获得频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变；
步骤3.3：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变；
步骤3.4：在RT-LAB中选择跟网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变；
步骤3.5：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及交流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变；
步骤3.6：在RT-LAB中选择构网型海上风机电气模型以及柔性直流输电线路模型进行仿真，运行联合硬件在环仿真系统，记录海上风机频率偏差，电压偏差，三相不平衡度，谐波畸变；
步骤3.7：比较不同类型海上风机以及不同输电方式下海上风机的电能质量。
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