CN116754834A - 对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统，包括：在新能源机组并网点串联集中信号发生器；令集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；提取并网点二次侧的正序电压扰动分量、正序电流响应分量和负序电流响应分量，并计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；令集中信号发生器发出负序电压扰动f_p‑2f₁，f₁为基准频率；提取并网点二次侧的正序电压扰动分量、正序电流响应分量和负序电流响应分量，并计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算新能源机组的阻抗特性；依次增大集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算新能源机组的阻抗特性。保证新能源高渗透率下电力系统的安全稳定运行。

Description

对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统

技术领域

本申请涉及电力系统领域，具体涉及一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统。

背景技术

随着新能源在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大。新能源机组出力具有明显的间歇性和波动性，这使风电、光伏大规模接入对局部电网稳定运行带来很大压力，由此导致振荡问题频频发生。次同步振荡，超同步振荡可能会出现在新能源场站集中接入短路比较低的电力系统中，或出现在新能源场站近区存在串联补偿装置或直流整流站的电力系统中。对电力系统的安全稳定运行造成一定的威胁。对于可能出现次同步、超同步振荡的电力系统，应该开展针对其阻抗特性的研究。

阻抗特性是指在电力装置端口注入小信号电压(或电流)扰动与产生的对应频率的电流(或电压)响应，二者之间的比值，用于描述电力装置的小信号动态特性。目前风电场的阻抗特性评估，是采用电磁暂态仿真的方法进行，需要获得风电机组的实际电气结构和详细电磁模型，较少采用现场实测的方式来进行阻抗特性的研究。现有方法对模型精确度要求较高，且仅停留在对阻抗特性的评估层面，并未有在现场对阻抗特性进行测试的较好方法。

因此，如何能够在现场实测风电机组的阻抗特性，是目前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统，所述方法包括：

将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元；

令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；

根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；

令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率；

根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；

根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性；

依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

进一步的，在根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性的步骤之后，还包括：

在所述正序电压扰动频率大于预设值时，停止采样。

进一步的，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量，提取相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，包括：

提取新能源机组并网点二次侧的正序电压扰动分量Δu_p(f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)，

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)：

进一步的，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量、提取相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)，包括：

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_p(2f₁-f_p)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_n(f_p-2f₁)，负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

进一步的，根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性，具体计算方法为：

进一步的，依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，包括：

若f_p在1-10Hz范围内，步长为0.1Hz，每个步长持续10s；

若f_p在10-100Hz范围内，步长为1Hz；每个步长持续5s；

若f_p在100-1000Hz范围内，步长为10Hz；每个步长持续2s。

本发明同时提供一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的系统，包括：

电压转变模块，用于将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元；

第一信号发生模块，用于令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；

第一导纳矩阵元素计算模块，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，根据给定的正序电压扰动分量，以及提取到相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；

第二信号发生模块，用于令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率；

第二导纳矩阵元素计算模块，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，根据给定的正序电压扰动分量，以及提取到相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；

第一阻抗特性模块，用于根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性；

第二阻抗特性模块，用于依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

进一步的，还包括：

停止模块，用于在所述正序电压扰动频率大于预设值时，停止采样。

本发明提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统，在进行新能源机组高电压、低电压穿越试验时，无需断开与主网的连接，通过将二次侧测量电压接入变流器控制系统，产生电压扰动的方式来进行频域阻抗测试。可以避免试验时需要对新能源场站机组频繁脱网运行，保证新能源高渗透率下电力系统的安全稳定运行。

附图说明

图1是本申请提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法的流程示意图；

图2是本申请涉及的集中信号发生器接入变流器控制单元的电网连接结构图；

图3是本申请涉及的对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的步骤示意图；

图4是本申请提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的系统结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

下面结合图1提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法的流程示意图，对本申请的技术方案进行详细说明。

步骤S101，将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元。

将新能源机组并网点(point of interconnection，POI)的电压U_T，经过电压、电流互感器的测量采集变为二次侧电压信号，并且串联一个集中信号发生器，集中信号发生器发出电压或者电流的扰动信号接入变流器控制系统中，如附图2，检查集中信号发生器与变流器的运行状态，通信状态良好的情况下，进行下面的步骤。

步骤S102，令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动。

步骤S103，根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)。

集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动后，新能源机组并网点二次侧产生对应频率的电压或电流响应，此时，提取提取新能源机组并网点二次侧的正序电压扰动分量Δu_p(f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的正序电流响应分量Δi_p(f_p-2f₁)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)，

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的负序电流响应分量Δi_n(f_p-)2f₁，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)：

步骤S104，令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率。

步骤S105，根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)。

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_p(2f₁-f_p)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_n(f_p-2f₁)，负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

步骤S106，根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性。

计算所述新能源机组的阻抗特性，具体计算方法为：

步骤S107，依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

按照如下问隔增大扰动频率f_p，重复对新能源机组并网点二次侧进行采样，直到f_p>1000Hz停止。

若f_p在1-10Hz范围内，步长为0.1Hz；每个步长持续10s；

若f_p在10-100Hz范围内，步长为1Hz；每个步长持续5s；

若f_p在100-1000Hz范围内，步长为10Hz；每个步长持续2s。

本发明提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法，包括如下步骤，如图3所示：

(1)将新能源并网点(point of interconnection，POI)的电压U_T，经过电压、电流互感器的测量采集变为二次侧电压信号，并且串联一个集中信号发生器，集中信号发生器发出电压或者电流的扰动信号接入变流器控制系统中，如附图2，检查集中信号发生器与变流器的运行状态，通信状态良好进入步骤(2)，否则返回步骤(1)。

(2)令集中信号发生器发出频率为f_p的正序电压扰动。

(3)提取正序电压扰动分量Δu_p(f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)：

(4)判断f_p与基准频率的大小关系，当f_p<2f₁时，前往步骤(5)，否则，前往步骤(6)。

(5)提取正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)：

其中，“*”表示共轭复数。

(6)提取负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)：

(7)令集中信号发生器发出频率为f_p-2f₁的负序电压扰动，判断f_p与基准频率的大小关系，当f_p<2f₁时，前往步骤(8)，否则，前往步骤(9)。

(8)提取正序电压扰动分量Δu_p(2f₁-f_p)，正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

其中，“*”表示共轭复数。

(9)提取正序电压扰动分量Δu_n(f_p-2f₁)，负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

(10)计算风电机组阻抗特性：

(11)按照如下间隔增长扰动频率f_p，返回步骤(1)重复采样。直到f_p>1000Hz停止。

若f_p在1-10Hz范围内，步长为0.1Hz，每个步长持续10s；

若f_p在10-100Hz范围内，步长为1Hz；每个步长持续5s；

若f_p在100-1000Hz范围内，步长为10Hz；每个步长持续2s。

基于同一发明构思，本发明同时提供一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的系统400，如图4所示，包括：

电压转变模块410，用于将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元；

第一信号发生模块420，用于令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；

第一导纳矩阵元素计算模块430，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压基础上，根据给定的正序电压扰动分量，以及提取到的相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；

第二信号发生模块440，用于令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率；

第二导纳矩阵元素计算模块450，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压基础上，根据给定的正序电压扰动分量，经及提取到相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；

第一阻抗特性模块460，用于根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性；

第二阻抗特性模块470，用于依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

进一步的，还包括：

停止模块，用于在所述正序电压扰动频率大于预设值时，停止采样。

本发明提供的一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法和系统，在进行新能源机组高电压、低电压穿越试验时，无需断开与主网的连接，通过将二次侧测量电压接入变流器控制系统，产生电压扰动的方式来进行频域阻抗测试。可以避免试验时需要对新能源场站机组频繁脱网运行，保证新能源高渗透率下电力系统的安全稳定运行。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，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依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的方法，其特征在于，包括：

将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元；

令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；

根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；

令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率；

根据采集到的新能源机组并网点二次侧电压电流，以及给定的正序电压扰动分量，提取正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；

根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性；

依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性的步骤之后，还包括：

在所述正序电压扰动频率大于预设值时，停止采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量，提取相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，包括：

提取新能源机组并网点二次侧的正序电压扰动分量Δu_p(f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)，

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，提取新能源机组并网点二次侧的负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，计算导纳矩阵元素Y₂₁(f_p)：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量、提取相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)，包括：

判断f_p与基准频率f₁的大小关系，当f_p<2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_p(2f₁-f_p)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(2f₁-f_p)，正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

其中，*表示共轭复数；

当f_p>＝2f₁时，在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，施加正序电压扰动分量Δu_n(f_p-2f₁)，负序电流响应分量Δi_n(f_p-2f₁)，提取相应的正序电流响应分量Δi_p(f_p)，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性，具体计算方法为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，包括：

若f_p在1-10Hz范围内，步长为0.1Hz，每个步长持续10s；

若f_p在10-100Hz范围内，步长为1Hz；每个步长持续5s；

若f_p在100-1000Hz范围内，步长为10Hz；每个步长持续2s。

7.一种对电力设备二次侧进行频域阻抗测试的系统，其特征在于，包括：

电压转变模块，用于将新能源机组并网点的电压，转变为二次侧电压信号；并在所述新能源机组并网点串联一个集中信号发生器，所述集中信号发生器接入变流器控制单元；

第一信号发生模块，用于令所述集中信号发生器发出频率为f_p正序电压扰动；

第一导纳矩阵元素计算模块，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，根据给定的正序电压扰动分量，以及提取到相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)；

第二信号发生模块，用于令所述集中信号发生器发出负序电压扰动f_p-2f₁，f₁为基准频率；

第二导纳矩阵元素计算模块，用于在采集到的新能源机组并网点二次侧的电压电流基础上，根据给定的正序电压扰动分量，以及提取到相应的正序电流响应分量和负序电流响应分量，计算导纳矩阵元素Y₂₂(f_p)，Y₁₂(f_p)；

第一阻抗特性模块，用于根据导纳矩阵元素Y₁₁(f_p)，Y₂₁(f_p)，Y₂₂(f_p)和Y₁₂(f_p)，计算所述新能源机组的阻抗特性；

第二阻抗特性模块，用于依次增大所述集中信号发生器发出的正序电压扰动频率，根据预设步长和步长持续时间重复采样，并计算所述新能源机组的阻抗特性。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：

停止模块，用于在所述正序电压扰动频率大于预设值时，停止采样。