雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統的製作方法
2023-12-04 15:49:31 1
本實用新型涉及電力技術領域，尤其涉及雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統。
背景技術：
風電已成為中國能源戰略的重要組成部分。但由於我國相當一大部分風電集中在新疆、甘肅、內蒙古等西北地區，而我國能源負荷中心卻集中在東南沿海地區，因此在進行電力輸送時必須採取高電壓、大容量的輸電模式實現「西電東送」。考慮到新建輸電線路所帶來的工程造價、輸電走廊佔用等問題，提高現有交流線路的輸送能力具有非常重要的意義。在輸電線路中加入串補電容器可以減小線路電抗，提高輸電系統靜態穩定極限和輸送能力。
隨著輸電系統的發展，串補電容器得到越來越多的應用，也取得了較好的經濟效益。但是這種遠距離、高串補度的輸電方式可能會誘發風電系統的次同步諧振問題，從而影響大規模風電基地及外送系統的安全穩定運行。目前，僅是從學術上定性認識到風電系統通過串補輸送時存在發生次同步諧振的風險，但卻沒有一套行之有效的定量測試方法和系統。
目前對風電次同步諧振的分析主要採用特徵值計算和時域仿真的方法，特徵值計算需要雙饋機組詳細的參數，往往難以獲取；時域仿真通常採用經典的風機模型，並未考慮不同廠家的風機在次同步諧振時的不同表現，並且時域仿真與實際情況存在差異，與工程實際的一致性有待校核。因此，目前還缺乏一種貼近工程實際、切實可行的、能夠考慮不同廠家產品差異性的次同步諧振測試方法和系統。
技術實現要素：
本實用新型實施例提供一種雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，用以靈活簡便地實現雙饋風機次同步諧振硬體在環測試，並接近工程實際，使測試結果更加準確，該雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統包括：
電力電子實時仿真平臺，所述電力電子實時仿真平臺搭建有包括電網、風電場設備、及雙饋風機設備的實時數字仿真模型；所述實時數字仿真模型經實時化後下載至所述電力電子實時仿真平臺的仿真機中；
待測雙饋風機控制器，通過所述仿真機的輸入輸出接口，與所述實時數字仿真模型進行連接。
一個實施例中，所述電網包括無窮大電壓、輸電線路、變壓器及串補。
一個實施例中，所述風電場設備包括風電場的變壓器及匯集線路。
一個實施例中，所述雙饋風機設備包括風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路。
一個實施例中，所述實時數字仿真模型輸出的模擬量包括：電網電壓、電網電流、定子電壓、定子電流、網側電壓、網側模塊電流、機側電壓、機側模塊電流、直流母線電壓、Crowbar電壓及轉子轉速其中之一或任意組合。
一個實施例中，所述實時數字仿真模型輸出的數字量包括：網側接觸器合閘信號和/或勵磁接觸器合閘信號。
一個實施例中，所述實時數字仿真模型輸入的數字量包括：網側變流器IGBT脈衝信號、機側變流器IGBT脈衝信號，網側接觸器合閘信號及勵磁接觸器合閘信號其中之一或任意組合。
一個實施例中，所述電力電子實時仿真平臺包括RT-LAB。
在本實用新型實施例中，通過在電力電子實時仿真平臺搭建實時數字仿真模型進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試，與現有採用特徵值計算的方案相比，無需獲取雙饋機組詳細的參數，即可利用電力電子實時仿真平臺和所連接的待測雙饋風機控制器進行實時仿真，分析雙饋風機次同步諧振。
在本實用新型實施例中，將數字仿真與實際待測雙饋風機控制器相結合，與現有採用時域仿真法測量雙饋風機數字模型的次同步諧振相比，數字仿真模型可以根據不同廠家進行差異化設計，並且不但適用於經典的雙饋風機模型，而且考慮實際存在的電網、風電場設備、及雙饋風機設備等環節，可以使測試結果更加準確；並且考慮了實際雙饋風機控制器的影響，可以使測試過程更接近工程實際，提升對工程實際的指導意義。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
圖1為本實用新型實施例中雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統的示意圖；
圖2為本實用新型實施例中基於RT-LAB的雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統實例圖；
圖3為本實用新型實施例中利用雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試的示意圖；
圖4為本實用新型實施例中雙饋風機次同步諧振硬體在環測試結果次同步諧振波形實例圖。
具體實施方式
為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本實用新型實施例做進一步詳細說明。在此，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，但並不作為對本實用新型的限定。
為了靈活簡便地實現雙饋風機次同步諧振硬體在環測試，並接近工程實際，使測試結果更加準確，本實用新型實施例提供一種雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，如圖1所示，該雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統可以包括：
電力電子實時仿真平臺1，電力電子實時仿真平臺1搭建有包括電網、風電場設備、及雙饋風機設備的實時數字仿真模型11；實時數字仿真模型11經實時化後下載至電力電子實時仿真平臺1的仿真機12中；
待測雙饋風機控制器2，通過仿真機12的輸入輸出接口121，與實時數字仿真模型11進行連接。
可以得知，本實用新型實施例的雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，能夠實現雙饋風機控制器的硬體在環測試，在實時數字仿真模型中能夠靈活設置測試條件和運行工況，操作簡便靈活，而且採用物理控制器，較之現有技術中完全採用數字仿真的方案更接近工程實際。該測試系統能夠考慮實際控制器的影響，實現對不同廠家雙饋風機的次同步諧振測量。
實施例中該雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，可以在實時數字仿真模型中設置不同的運行工況或修改控制器參數等，測試不同的測試條件下是否會發生次同步諧振以及根據雙饋風機的響應情況等分析不同測試條件下的次同步諧振特徵，從而通過仿真測試對雙饋風機次同步諧振特性進行全面的分析。
具體實施時，可以採用多種電力電子實時仿真平臺實現雙饋風機次同步諧振硬體在環測試。例如可以基於RT-LAB等電力電子實時仿真平臺進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試。以RT-LAB為例，可以在RT-LAB中搭建包括電網、風電場設備、及雙饋風機設備等的實時數字仿真模型，將某廠家的雙饋風機控制器通過RT-LAB仿真機的IO接口與在RT-LAB搭建的實時數字仿真模型相連，從而實現用於雙饋風機次同步諧振測試的硬體在環仿真系統，該系統採用雙饋風機變流器控制器實物與數字仿真模型構成一閉環系統。
具體實施時，實時數字仿真模型中的電網可以包括無窮大電壓、輸電線路、變壓器及串補等。具體實施時，風電場設備可以包括風電場的變壓器及匯集線路等。具體實施時，雙饋風機設備可以包括風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路等。在實時數字仿真模型中可以設置特定的運行工況，激發次同步諧振進行分析。
圖2為本實用新型實施例中基於RT-LAB的雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統實例圖。如圖2所示，在RT-LAB搭建的實時數字仿真模型包括代表大電網的無窮大電壓，所研究電網的輸電線路、變壓器及串補等，風電場的變壓器及匯集線路等設備，風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路等的數字模型。實時數字仿真模型經實時化後可以編譯成C代碼，並下載到RT-LAB仿真機中。圖2中與實時數字仿真模型相連接的是雙饋風機控制器實物，可以採用不同廠家已經市場化的產品，與現場運行的雙饋風機中安裝的控制器一致；也可以採用正在研製中的產品進行測試。控制器實物與實時數字仿真模型通過RT-LAB仿真機上的IO接口進行連接。圖2中示出了數字仿真模型上的傳輸線路、電壓源、風機匯集線、風電機組控制器實物等，還示出了仿真機IO接口輸出或輸入的220KV電壓信號、機端電壓信號、機端電流信號及風機控制信號。
具體實施時，實時數字仿真模型輸出的模擬量可以包括：電網電壓、電網電流、定子電壓、定子電流、網側電壓、網側模塊電流、機側電壓、機側模塊電流、直流母線電壓、Crowbar電壓及轉子轉速等其中之一或任意組合。具體實施時，實時數字仿真模型輸出的數字量可以包括：網側接觸器合閘信號和/或勵磁接觸器合閘信號等。具體實施時，實時數字仿真模型輸入的數字量可以包括：網側變流器IGBT脈衝信號、機側變流器IGBT脈衝信號，網側接觸器合閘信號及勵磁接觸器合閘信號等其中之一或任意組合。
圖3為本實用新型實施例中利用雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試的示意圖，如圖3所示，測試過程可以包括：
步驟301、在上述雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統接入待測雙饋風機控制器；
步驟302、通過設置運行工況或雙饋風機控制器的參數，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振；
步驟303、提取雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統的電壓及電流信號，分析雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統的次同步諧振特徵；
步驟304、改變運行工況或雙饋風機控制器的參數，重複上述激發次同步諧振及分析次同步諧振特徵的過程。
如前所述，本實用新型實施例進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試時，將實際的雙饋風機控制器接入到上述雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統中，使測試結果與工程實際更為接近，又避免了現場測試的局限性。能夠對不同廠家控制器在次同步諧振情況下的響應情況進行測試，便於評估其次同步諧振的風險，劃定次同步諧振穩定邊界。
舉一例，雙饋風機次同步諧振的測試步驟可以如下：
①利用前文的雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，接入待測雙饋風機控制器。
②通過設置特定的運行工況或控制器參數等，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統次同步諧振。
③提取電壓、電流等電氣量，分析次同步諧振特徵。
④改變仿真工況或控制器參數等，測試雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統在不同條件下是否會發生次同步諧振以及不同條件下的次同步諧振特徵。通過仿真測試對雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統的次同步諧振特性進行全面的分析。
具體實施時，通過設置運行工況，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振可以採用多種方式，例如，可以通過在實時數字仿真模型投入線路上的串聯補償電容，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振。實施例中可以首先將實時數字仿真模型中的串補短路，將雙饋風機接到不包含串補的實時數字仿真模型，待運行穩定後，投入串補，激發次同步諧振。又如，可以通過降低仿真工況中的風速，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振。或者，可以改變仿真工況中的併網風機臺數至併網風機臺數在設定範圍內時，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振。當併網風機臺數在某一特定範圍內時，系統阻尼最差，最容易發生次同步諧振。
具體實施時，通過設置雙饋風機控制器的參數，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振也可以採用多種方式，例如，通過設置機側和網側變流器內外環控制參數，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振。例如，通過設置機側變流器電流內環比例係數超過設定值，激發雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統發生次同步諧振。在機側變流器電流內環比例係數較大時，雙饋風機負阻尼絕對值較大，更容易發生次同步諧振。
舉一例，利用上述雙饋風機次同步諧振硬體在環測試系統，接入國內某主流變流器控制器廠家的2MW雙饋風機控制器，在特定工況下得到的次同步諧振波形如圖4所示。
綜上所述，在本實用新型實施例中，通過在電力電子實時仿真平臺搭建實時數字仿真模型進行雙饋風機次同步諧振硬體在環測試，與現有採用特徵值計算的方案相比，無需獲取雙饋機組詳細的參數，即可利用電力電子實時仿真平臺和所連接的待測雙饋風機控制器進行實時仿真，分析雙饋風機次同步諧振。
在本實用新型實施例中，將數字仿真與實際待測雙饋風機控制器相結合，與現有採用時域仿真法測量雙饋風機數字模型的次同步諧振相比，數字仿真模型可以根據不同廠家進行差異化設計，並且不但適用於經典的雙饋風機模型，而且考慮實際存在的電網、風電場設備、及雙饋風機設備等環節，可以使測試結果更加準確；並且考慮了實際雙饋風機控制器的影響，可以使測試過程更接近工程實際，提升對工程實際的指導意義。
以上所述的具體實施例，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，並不用於限定本實用新型的保護範圍，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。