CN207924103U - 基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于RT‑Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统，其中，系统包括：在RT‑Lab仿真机中搭建的数字模型、双馈风机主控制器、变流器控制器及观测设备，其中，所述数字模型包括异步电机、变压器、变流器及电网。变压器设置在异步电机定子与电网之间；变流器设置在异步电机转子与异步电机定子之间；双馈风机主控制器安装有风机本体及传动轴系的模拟程序，连接变流器控制器及所述RT‑Lab仿真机；变流器控制器连接所述RT‑Lab仿真机；观测设备连接双馈风机主控制器及变流器控制器。本实用新型能够避免现场测试的局限性，使得测试结果与实际工程更为接近。同时，能够对不同厂家的双馈型风电虚拟同步发电机的控制策略进行全面评估，为工程应用提供指导。
Description
技术领域
本实用新型属于风电领域，尤其涉及一种基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统。
背景技术
随着传统能源的日益枯竭和环境问题的日益加剧，以光伏、风电为代表的新能源发电技术发展迅猛，而双馈风机在其中占到了相当大的比例。由于双馈风机采用异步发电机，其输出功率与电网频率和电压几乎不存在耦合，故难以为电网提供必要的频率和电压支撑。随着双馈风机在电网中渗透率的不断提高，迫切要求双馈风机具备与传统同步发电机类似的调频调压能力，虚拟同步发电机(Virtual Synchronous Generator,VSG)技术提供了一种解决方案。
VSG技术通过在控制系统中模拟有功调频和无功调压等特性，使得双馈风机并网系统在外特性上与同步发电机类似，从而为电网提供频率和电压支撑。VSG技术的研究目前尚处于起步阶段，距离大规模工程应用尚有一定距离。为了双馈型风电虚拟同步发电机在未来的大规模推广和应用，迫切需要对其性能进行测试和评估，而目前尚缺乏有效的双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统。
目前对双馈型风电虚拟同步发电机的性能测试主要通过数字仿真的方式实现。数字仿真方式仅能对控制策略给出定性的验证，与实际系统在控制结构、信号传输、参数整定等方面有很大区别，对工程应用的指导意义有限。因此，目前还缺乏一种贴近工程实际、切实可行的、能够考虑不同厂家产品差异性的双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统。
实用新型内容
本实用新型用于解决现有技术中采用数字仿真的方式校验双馈型风电虚拟同步发电机的性能，一方面与实际工程一致性有较大出入，另一方面无法对不同厂家产品的差异性进行考量。
本实用新型一技术方案为提供一种基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统，包括：在RT-Lab仿真机中搭建的数字模型、双馈风机主控制器、变流器控制器及观测设备，其中，所述数字模型包括异步电机、变压器、变流器及电网；
所述变压器设置在异步电机定子与所述电网之间，用于升压；
所述变流器设置在异步电机转子与异步电机定子之间，用于根据第二控制信号调整所述异步电机的电磁转矩和转速；
所述双馈风机主控制器安装有风机本体及传动轴系的模拟程序，连接所述变流器控制器及所述RT-Lab仿真机，用于发出第一控制信号至所述变流器控制器，发送风机转速至所述异步电机转子；
所述变流器控制器连接所述RT-Lab仿真机，用于根据第一控制信号发出第二控制信号至所述变流器；
所述观测设备连接所述双馈风机主控制器及所述变流器控制器，用于观测并记录所述
本实用新型将采用半实物硬件在环的工具提出双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统，能够避免现场测试的局限性，使得测试结果与实际工程更为接近。同时，能够对不同厂家的双馈型风电虚拟同步发电机的控制策略(双馈风机主控制器及变频器控制器)进行全面评估，为工程应用提供指导。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例的基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统的结构图；
图2为本实用新型实施例的基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机实际连接图；
图3a及图3b为本实用新型实施例的双馈型风电虚拟同步发电机惯量测试时电网频率及有功功率的波形变化图；
图4a及图4b为本实用新型实施例的双馈型风电虚拟同步发电机一次调频测试时电网频率及有功功率的波形变化图。
具体实施方式
为了使本实用新型的技术特点及效果更加明显，下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步说明，本实用新型也可有其他不同的具体实例来加以说明或实施，任何本领域技术人员在权利要求范围内做的等同变换均属于本实用新型的保护范畴。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“一具体实施例”、“例如”、等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本实用新型的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
如图1所示，图1为本实用新型实施例的基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统的结构图，本实施例能够避免现场测试的局限性，使得测试结果与实际工程更为接近。同时，能够对不同厂家的双馈型风电虚拟同步发电机的控制策略(双馈风机主控制器及变频器控制器)进行全面评估，为工程应用提供指导。
具体的，基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统包括：在RT-Lab仿真机中搭建的数字模型100、双馈风机主控制器200、变流器控制器300及观测设备400，其中，数字模型100、双馈风机主控制器200、变流器控制器300构成双馈型风电虚拟同步发电机，数字模型100包括异步电机110、变压器120、变流器130及电网140。
变压器120设置在异步电机110与电网140之间，用于升压，如图1所示，变压器通过传输线路连接异步电机110及电网140。具体实施时，数字模型包括两级变压器，35kV/690V变压器及220kV/35Kv变压器。
变流器130设置在异步电机转子与异步电机定子之间(如图2所示)，用于根据第二控制信号调整异步电机的电磁转矩和转速，以实现调整并网总电流。
双馈风机主控制器200安装有风机本体及传动轴系的模拟程序210，连接变流器控制器300及RT-Lab仿真机，用于发出第一控制信号至变流器控制器300，发送风机转速至异步电机转子。详细的说，第一控制信号例如为风机电磁转矩指令值和桨距角指令值。
变流器控制器300连接RT-Lab仿真机，用于根据第一控制信号发出第二控制信号至变流器130。详细的说，第二控制信号例如为网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号，网侧接触器合闸信号、励磁接触器合闸信号等控制信号。
观测设备400连接双馈风机主控制器200及变流器控制器300，用于观测并记录双馈风机主控制器200及变流器控制器300内的电气量。
本实施例中，数字模型实时化后编译成C代码，下载到RT-Lab仿真机中。双馈风机主控制器和变流器控制器为实体硬件，可以为任意厂商已经市场化的产品(与现场运行的双馈风机主控制器一致)或正在研制的产品，本实用新型对双馈风机主控制器及变流器控制器的生产厂商、型号等不作限定。双馈风机主控制器与变流器控制器之间通过现场总线(Rrobus)相连，双馈风机主控制器及变流器控制器通过IO接口与RT-Lab仿真机相连，通过软件设定来实现与数字模型中的具体器件相连。
本实用新型一实施例中，数字模型还可包含变流器主电路、保护电路、滤波支路等。
本实用新型一实施例中，观测设备为上位机示波器、上位机录波软件或录波仪。观测设备除了观测并记录电气量外，还可观测并记录风机转速、桨距角、机械功率等机械量，以便根据这些机械量判断风机本体及传动轴系是否正常。
进一步的，观测设备还用于观测并记录电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧电流、机侧电压、机侧电流、直流母线电压、Crowbar电压等模拟量，网侧接触器合闸信号、励磁接触器合闸信号等数字量信号。
本实用新型一实施例中，为了便于测试人员了解数字模型中各部件参数的变化情况，数字模型中还包括多个示波器，分别与异步电子、变压器、变流器及电网连接。
本实用新型一实施例中，观测设备记录的电气量包括：电磁功率、并网点电压及并网总电流。其中，电磁功率从双馈风机主控器获取，并网点电压及并网总电流从变流器控制器获取。
搭建完双馈型风电虚拟同步发电机测试系统之后即可进行后续测试过程。下面以一具体实施例说明双馈型风电虚拟同步发电机测试系统的使用过程：
步骤301，设置仿真工况参数、和/或双馈风机主控制器参数、和/或变流器控制器参数，利用观测设备观测并记录所述双馈风机主控制器及所述变流器控制器内的电气量。
详细的说，所述仿真工况参数包括：电网频率、电网电压及风速。风速可以为一定值，通过风机本体及传动轴系的模拟程序设置。电网频率及电网电压可以按照阶跃或斜波形式变化，通过数字模型中的电网设置，具体变化形式与测试项目(惯量测试、一次调频测试)相关，本实用新型对此不作限定。所述双馈风机主控制器参数包括：惯量调频系数、一次调频系数及支撑时间等。所述变流器控制器的参数包括：频率滤波系数及比例/积分系数等。
步骤302，根据观测设备记录的电气量分析双馈型风电虚拟同步发电机的性能指标。详细的说，所述双馈型风电虚拟同步发电机的性能指标包括有功功率、响应时间、调节时间、支撑幅值、支撑时间、功率误差及功率波动中的一个或多个，性能指标具体计算公式参见现有技术，本实用新型对此不作限定。
步骤303：将分析得到的性能指标与相应标准指标进行对比，确定性能指标是否符合要求。若分析得到的性能指标在相应标准指标范围内，则确定性能指标符合要求，反之，则不符合要求。
一些实施方式中，在不符合要求的情况下，可返回步骤301调整仿真工况参数、和/或双馈风机主控制器参数、和/或变流器控制器参数，重复步骤302～步骤303，进一步确定性能指标是否符合要求，若多次测试均不符合要求，则反馈给双馈风机主控制器、变流器控制器厂商，以对双馈风机主控制器及变流器控制器算法作调整。
其他实施方式中，在不符合要求的情况下，可仅调整变流器控制参数，重复上述步骤302及步骤303，确定性能指标是否可调整至正常范围。
本实用新型一实施例中，上述步骤301设置仿真工况参数、双馈风机主控制器参数及变流器控制器参数，利用观测设备观测并记录所述双馈风机主控制器及所述变流器控制器内部的电气量的过程包括：
1)首先设定初始仿真工况参数，设置电网频率和电压为额定值，并设置一定的风机转速，启动双馈型风电虚拟同步发电机并进入稳态。
2)调整仿真工况参数，如改变电网频率或电网电压，通过观测设备观察并记录双馈型风电虚拟同步发电机的响应参量。电网频率或电网电压可以按照阶跃或斜波形式变化。
3)调整控制器参数，包括双馈风机主控制器参数及变流器控制器参数，通过观测设备观察并记录双馈型风电虚拟同步发电机的响应参数。
本实用新型一实施例中，所述观测设备还观测并记录所述双馈风机主控制器内的机械量，例如风机转速、桨距角、机械功率等。上述步骤303之前、之中或之后还包括：步骤303’，根据机械量判断风机本体及传动轴系是否故障。具体实施时，若步骤303’执行在上述步骤303之前，当判断出风机本体及传动轴系存在故障时，则不需要再执行步骤303；若步骤303’执行在上述步骤303之中或之后，当判断出风机本体及传动轴系存在故障时，即使上述步骤303确定性能指标符合要求，也不可信。
本实用新型一实施例中，为了全面评估双馈型风电虚拟同步发电机的性能，上述步骤304之后还包括：重复多次改变仿真工况参数，和/或双馈风机主控制器，和/或变流器控制器的参数，以进行多次测试。
本实用新型一具体实施例中，利用上文提出的测试系统，接入国内某主流变流器控制器厂家的2MW双馈风机主控制器和变流器控制器，在特定工况下得到的波形如图3a、图3b、图4a及图4b所示。图3a及图3b给出了双馈型风电虚拟同步发电机惯量测试时电网频率及有功功率的波形变化，图4a及图4b给出了双馈型风电虚拟同步发电机一次调频测试时电网频率及有功功率的波形变化。
实施时，观测设备还可根据需要采集和分析包括风机转速、风速、桨距角、并网总电流等在内的诸多电气量和机械量。
本实用新型所提出的双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统，能够将实际的双馈风机主控制器和变流器控制器接入到RT-Lab仿真机(测试系统)中，实现双馈风机虚拟同步发电机的全部组成环节的搭建和模拟。
以上所述仅用于说明本实用新型的技术方案，任何本领域普通技术人员均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本实用新型的权利保护范围应视权利要求范围为准。
Claims (5)
1.一种基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试系统，其特征在于，包括：在RT-Lab仿真机中搭建的数字模型、双馈风机主控制器、变流器控制器及观测设备，其中，所述数字模型包括异步电机、变压器、变流器及电网；
所述变压器设置在异步电机定子与所述电网之间，用于升压；
所述变流器设置在异步电机转子与异步电机定子之间，用于根据第二控制信号调整所述异步电机的电磁转矩和转速；
所述双馈风机主控制器，连接所述变流器控制器及所述RT-Lab仿真机，用于发出第一控制信号至所述变流器控制器，发送风机转速至所述异步电机转子；
所述变流器控制器连接所述RT-Lab仿真机，用于根据第一控制信号发出第二控制信号至所述变流器；
所述观测设备连接所述双馈风机主控制器及所述变流器控制器，用于观测并记录所述双馈风机主控制器及所述变流器控制器内的电气量。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电气量包括：电磁功率、并网点电压及并网总电流。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述观测设备为示波器或录波仪。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述观测设备还用于观测并记录所述双馈风机主控制器内的机械量。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述机械量包括：风机转速、桨距角及机械功率。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN108508360A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-07 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 基于RT-Lab双馈型风电虚拟同步发电机性能测试方法及系统 |
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2018
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