CN207181541U - 基于闭环响应动态无功发生装置性能检测装置 - Google Patents

基于闭环响应动态无功发生装置性能检测装置 Download PDF

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樊瑞
刘翼肇
王锬
门国维
吕瑞
王英涛
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张健康
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Abstract

本实用新型公开了一种基于闭环响应动态无功发生装置性能检测装置，解决了现有技术对动态无功发生装置进行检测时无法真实客观地完成各项测试性能的难题。本实用新型在真实模拟被测场站的电网运行状态下，通过工控机设置的可控扰动代替被测场站集电线路投切的不可控扰动，达到了对动态无功发生装置的响应特性的真实波形采集，实现了对动态无功发生装置性能的客观评判；特别是实现了被测场站在低压、高压极限状态下的动态无功发生装置的响应特性测试。

Description

基于闭环响应动态无功发生装置性能检测装置
技术领域
本发明涉及一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置及检测方法，适用于不同容量、电压等级、原理的动态无功发生装置性能检测。
背景技术
风力发电和光伏发电等新能源均具有间歇性及波动性的特点，其大规模集中地接入到传统电网中后，对电网造成了冲击。新能源并网功率的波动，必然会引起并网点电压的频繁波动。尤其是在电网故障时，风电机组和光伏并网逆变器都存在高、低电压穿越过程，受其无功调节能力的限制，会发生新能源电站大面积脱网事故，严重影响到了周边电气化铁路、卫星发射中心、大型公共服务行业等重要用电负荷的电能质量。为了提高含有大容量风电和光伏电力系统的电网的安全稳定性能，在此类电网中配备了动态无功发生装置，以达到改善其电网的电能质量的目的。对不同新能源场站的动态无功发生装置的配备，是根据该场站的电网结构、负载情况等进行定制化参数配置的。动态无功发生装置一般具有恒电压输出模式和恒无功输出模式两种工作模式。动态无功发生装置通常是在恒电压输出模式下对电网进行无功补偿的，在该模式下，动态无功发生装置的响应时间是反映动态无功发生装置性能的主要指标，响应时间的计算是以电网扰动发生时为起点，动态无功发生装置无功输出值到达其稳定输出的90％时为终点。动态无功发生装置的恒无功输出模式一般是在动态无功发生装置接入电网时，进行测试或在调试阶段中使用。
相关标准对新能源场站动态无功发生装置的响应时间和高、低电压穿越能力提出了明确的要求。这就需要在现场对动态无功发生装置的动态性能进行真实客观地检测和进行客观的评价，以考评动态无功发生装置性能的优劣。目前，针对动态无功发生装置性能的测试方法主要有三种：(1)阶跃指令调节检测方法，它是对动态无功发生装置下发无功阶跃指令，然后检测无功由原值变化至设定目标值所需时间，这种测试方法存在无法真实检测出电压扰动时动态无功发生装置的全过程响应时间的缺陷。(2)二次回路扰动模拟检测法，它是在动态无功发生装置的二次侧输入模拟电压波动量，测量其一次侧响应情况，以此来判定响应过程。这种测试技术无法形成闭环响应，与实际响应过程有较大区别，检测结果不真实。(3)一次扰动模拟检测法，一般选择连接在母线上的容量最大的集电线路，对它进行投切，制造母线电压扰动，母线上其余集电线路仍正常运行，以该扰动为参照值，测试动态无功发生装置的响应时间。这种检测方法比较科学，但还存在以下三个问题：一是由于场站的母线所接的各集电线路的容量是不同的，投切所造成母线电压跌落深度不可控，对动态无功发生装置的性能评判不客观；二是现有的投切集电线路所制造的母线电压跌落深度是有限的，母线电压跌落深度达不到要求的跌落深度指标(一般风电场要求是0.2倍的额定电压；光伏电站是要求0电压的低电压)；三是投切集电线路的方式无法产生高电压扰动，导致无法完成对动态无功发生装置在高电压极限电压下的性能测试。
发明内容
本发明提供了一种基于闭环响应动态无功发生装置性能检测装置及检测方法，解决了现有技术对动态无功发生装置进行检测时无法真实客观地完成各项测试性能的难题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置，包括高压侧母线、低压侧母线和工控机，在低压侧母线上分别连接有动态无功发生装置和低压侧电压互感器，在高压侧母线上连接有高压侧电压互感器，动态无功发生装置的二次控制柜的动态无功发生装置输出电压端是通过第一模数转换器与工控机连接在一起的，动态无功发生装置的二次控制柜的动态无功发生装置输出电流端是通过第二模数转换器与工控机连接在一起的，工控机的输出端是与动态无功发生装置的二次控制柜的动态无功发生装置输入电压端连接在一起的。
工控机与高压侧电压互感器的二次测电压测试端连接在一起，工控机与低压侧电压互感器的二次测电压测试端连接在一起。
一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，确定动态无功发生装置的单位无功补偿量所能引起的被测场站电网母线电压的变化值的平均值k，具体确定方法为：将连接在被测场站的低压侧母线上的动态无功发生装置设置在恒无功输出模式下，通过手动设置，连续调整动态无功发生装置的无功输出值，调整范围为：负的动态无功发生装置的额定无功输出容量到动态无功发生装置的额定无功输出容量，每次设置的改变量为额定无功输出容量的10％，并通过高压侧电压互感器的二次测电压测试端，读取高压侧母线的电压的变化值，将读取的每个高压侧母线的电压变化值除以10％的额定无功输出容量(0.1QN)，计算出一组动态无功发生装置的单位无功补偿量所能引起的被测场站电网母线电压的变化量值，再将其平均，得到单位无功补偿量所能引起的被测场站的电网母线电压的变化量值的平均值k；
其次，将工控机的输出端与动态无功发生装置的二次控制柜的动态无功发生装置输入电压端连接在一起，设置动态无功发生装置的无功输出为最小无功状态，并设置工控机的输出端的值为被测场站的高压侧母线的额定电压值，然后，将动态无功发生装置的二次控制柜的动态无功发生装置输入电压端与被测场站的高压侧母线上的高压侧电压互感器的二次测的连线端断开，用工控机的输出端来取代被测场站的高压侧母线的电压，来进行动态无功发生装置的响应特性测试；
再其次，将动态无功发生装置设置在恒电压输出模式下；
最后，分别进行动态无功发生装置的各种响应特性的测试，步骤如下：第一步、进行一般电压波动下的动态无功发生装置的响应特性测试：用高压侧母线的额定电压值减去动态无功发生装置的死区电压值得到了差值，设定工控机的输出端的电压值为该差值的0.95倍，采集动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电压端上的电压值和动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电流端上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置的输出无功功率Q1，计算出的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积加上高压侧母线的额定电压值后所得到的和是等于工控机的输出端上的电压值的，即可模拟测定出，当高压侧母线上出现其额定电压值的0.95倍扰动时，动态无功发生装置的响应特性；然后，依次分别设定工控机的输出端的电压值为高压侧母线的额定电压值减去动态无功发生装置的死区电压值得到了差值的0.85倍、0.8倍、0.75倍和0.7倍，以及高压侧母线的额定电压值加上动态无功发生装置的死区电压值得到了和值的1.05倍和1.1 倍，即可模拟测定出，当高压侧母线上出现对应电压扰动时，动态无功发生装置的响应特性；
第二步、在风电场低电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为高压侧母线的额定电压值的0.2倍，采集动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电压端上的电压值和动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电流端上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置的输出无功功率Q1，动态无功发生装置的输出无功功率 Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线的额定电压值相加后等于工控机的输出端上的电压值；即可模拟测定出，在风电场低电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性测试；
第三步、在光伏电站低电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为的0，采集动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电压端上的电压值和动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电流端上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置的输出无功功率Q1，动态无功发生装置的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线的额定电压值相加后等于工控机的输出端上的电压值；即可模拟测定出，在光伏电站低电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性测试；
第四步、高电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为高压侧母线的额定电压值的1.3倍，采集动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电压端上的电压值和动态无功发生装置的二次控制柜上的动态无功发生装置输出电流端上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置的输出无功功率Q1，动态无功发生装置的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线的额定电压值相加后等于工控机的输出端上的电压值；即可模拟测定出，高电压穿越下的动态无功发生装置的响应特性。
本发明在真实模拟被测场站的电网运行状态下，通过工控机设置的可控扰动代替被测场站集电线路投切的不可控扰动，达到了对动态无功发生装置的响应特性的真实波形采集，实现了对动态无功发生装置性能的客观评判；特别是实现了被测场站在低压、高压极限状态下的动态无功发生装置的响应特性测试。
附图说明
图1是本发明的基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置接线示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细说明：
一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置，包括高压侧母线1、低压侧母线2和工控机6，在低压侧母线2上分别连接有动态无功发生装置5和低压侧电压互感器4，在高压侧母线1上连接有高压侧电压互感器3，动态无功发生装置5的二次控制柜7的动态无功发生装置输出电压端Vout是通过第一模数转换器8与工控机 6连接在一起的，动态无功发生装置5的二次控制柜7的动态无功发生装置输出电流端Iout是通过第二模数转换器9与工控机6连接在一起的，工控机6的输出端V1是与动态无功发生装置5的二次控制柜7的动态无功发生装置输入电压端Vin连接在一起的。
工控机6与高压侧电压互感器3的二次测电压测试端连接在一起，工控机6与低压侧电压互感器4的二次测电压测试端连接在一起。
一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，确定动态无功发生装置5的单位无功补偿量所能引起的被测场站电网母线电压的变化值的平均值k，具体确定方法为：将连接在被测场站的低压侧母线2上的动态无功发生装置5设置在恒无功输出模式下，通过手动设置，连续调整动态无功发生装置5的无功输出值，调整范围为：负的动态无功发生装置5的额定无功输出容量-QN到动态无功发生装置5的额定无功输出容量QN，每次设置的改变量为额定无功输出容量的10％，并通过高压侧电压互感器3的二次测电压测试端，读取高压侧母线1的电压的变化值，记录结果如下：
当无功输出为-QN时，记录高压侧电压值为VH1；
当无功输出为-0.9QN时，记录高压侧电压值为VH2；
当无功输出为-0.8QN时，记录高压侧电压值为VH3；
当无功输出为-0.7QN时，记录高压侧电压值为VH4；
当无功输出为-0.6QN时，记录高压侧电压值为VH5；
当无功输出为-0.5QN时，记录高压侧电压值为VH6；
当无功输出为-0.4QN时，记录高压侧电压值为VH7；
当无功输出为-0.3QN时，记录高压侧电压值为VH8；
当无功输出为-0.2QN时，记录高压侧电压值为VH9；
当无功输出为-0.1QN时，记录高压侧电压值为VH10；
当无功输出为0时，记录高压侧电压值为VH11；
当无功输出为0.1QN时，记录高压侧电压值为VH12；
当无功输出为0.2QN时，记录高压侧电压值为VH13；
当无功输出为0.3QN时，记录高压侧电压值为VH14；
当无功输出为0.4QN时，记录高压侧电压值为VH15；
当无功输出为0.5QN时，记录高压侧电压值为VH16；
当无功输出为0.6QN时，记录高压侧电压值为VH17；
当无功输出为0.7QN时，记录高压侧电压值为VH18；
当无功输出为0.8QN时，记录高压侧电压值为VH19；
当无功输出为0.9QN时，记录高压侧电压值为VH20；
当无功输出为QN时，记录高压侧电压值为VH21；
将读取的每个高压侧母线1的电压变化值除以10％的额定无功输出容量即，0.1QN，计算出一组动态无功发生装置5的单位无功补偿量所能引起的被测场站电网母线电压的变化量值，再将其平均，得到单位无功补偿量所能引起的被测场站的电网母线电压的变化量值的平均值k，具体计算公式如下：
其中，i的取值范围为1-20；
其次，将工控机6的输出端V1与动态无功发生装置5的二次控制柜7 的动态无功发生装置输入电压端Vin连接在一起，设置动态无功发生装置5的无功输出为最小无功状态，并设置工控机6的输出端V1的值为被测场站的高压侧母线1的额定电压值VHN，然后，将动态无功发生装置5的二次控制柜7的动态无功发生装置输入电压端Vin与被测场站的高压侧母线1上的高压侧电压互感器3的二次测的连线端断开，用工控机6的输出端V1来取代被测场站的高压侧母线1的电压，来进行动态无功发生装置5的响应特性测试；
再其次，将动态无功发生装置5设置在恒电压输出模式下；
最后，分别进行动态无功发生装置5的各种响应特性的测试，步骤如下：
第一步、进行一般电压波动下的动态无功发生装置5的响应特性测试：用高压侧母线1的额定电压值VHN减去动态无功发生装置5的死区电压值Vd得到了差值，设定工控机6的输出端V1的电压值为该差值的 0.95倍，采集动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电压端Vout上的电压值和动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电流端Iout上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置5的输出无功功率Q1，计算出的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积加上高压侧母线1的额定电压值VHN后所得到的和是等于工控机6的输出端V1上的电压值的，即可模拟测定出，当高压侧母线1上出现其额定电压值VHN的0.95倍扰动时，动态无功发生装置5的响应特性；然后，分别设置工控机6的输出端V1为0.9倍(VHN-Vd)、0.85倍(VHN-Vd)、 0.8倍(VHN-Vd)、0.75倍(VHN-Vd)、0.7倍(VHN-Vd)、1.05倍(VHN+Vd)、 1.1倍(VHN+Vd)，即可模拟测定出，当高压侧母线1上出现0.9倍(VHN-Vd)、 0.85倍(VHN-Vd)、0.8倍(VHN-Vd)、0.75倍(VHN-Vd)、0.7倍(VHN-Vd)、 1.05倍(VHN+Vd)、1.1倍(VHN+Vd)扰动时，动态无功发生装置5的响应特性；
第二步、在风电场低电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为高压侧母线的额定电压值的0.2 倍，采集动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电压端Vout上的电压值和动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电流端Iout上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置5的输出无功功率Q1，动态无功发生装置5的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线1的额定电压值VHN相加后等于工控机6的输出端V1上的电压值；即可模拟测定出，在风电场低电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性测试；
第三步、在光伏电站低电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为的0，设定工控机6的输出端 V1的电压值为该差值的0倍，采集动态无功发生装置5的二次控制柜 7上的动态无功发生装置输出电压端Vout上的电压值和动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电流端Iout上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置5的输出无功功率Q1，动态无功发生装置5的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线1的额定电压值VHN相加后等于工控机6的输出端V1上的电压值；即可模拟测定出，在光伏电站低电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性测试；
第四步、高电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性测试：设定工控机的输出端的电压值为高压侧母线的额定电压值的1.3倍，采集动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电压端Vout上的电压值和动态无功发生装置5的二次控制柜7上的动态无功发生装置输出电流端Iout上的电流值，利用瞬时无功理论连续计算出动态无功发生装置5的输出无功功率Q1，动态无功发生装置5的输出无功功率Q1与电网母线电压的变化量值的平均值k的乘积与高压侧母线1的额定电压值VHN相加后等于工控机6的输出端V1上的电压值；即可模拟测定出，高电压穿越下的动态无功发生装置5的响应特性。

Claims (2)

1.一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置，包括高压侧母线（1）、低压侧母线（2）和工控机（6），在低压侧母线（2）上分别连接有动态无功发生装置（5）和低压侧电压互感器（4），在高压侧母线（1）上连接有高压侧电压互感器（3），其特征在于，动态无功发生装置（5）的二次控制柜（7）的动态无功发生装置输出电压端（V out）是通过第一模数转换器（8）与工控机（6）连接在一起的，动态无功发生装置（5）的二次控制柜（7）的动态无功发生装置输出电流端（I out）是通过第二模数转换器（9）与工控机（6）连接在一起的，工控机（6）的输出端（V 1）是与动态无功发生装置（5）的二次控制柜（7）的动态无功发生装置输入电压端（V in）连接在一起的。
2.根据权利要求1所述的一种基于二次扰动闭环响应的动态无功发生装置性能检测装置，其特征在于，工控机（6）与高压侧电压互感器（3）的二次测电压测试端连接在一起，工控机（6）与低压侧电压互感器（4）的二次测电压测试端连接在一起。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111082433A (zh) * 2019-12-04 2020-04-28 中国电力科学研究院有限公司 一种电压扰动下的逆变器无功电流优先分配方法及系统

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