一種風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試方法與流程
2023-08-04 05:20:21
本發明涉及電力系統實時數字仿真技術領域，具體地，涉及一種風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試方法。
背景技術：
隨著風電場建設規模的增大，裝機容量的大幅上升，其接入系統後對電網的影響也日益嚴重。風電場的隨機波動的負荷特性及所處於電網末端的特點，導致風電場所在的系統質量問題及系統穩定性問題日益突出，而動態無功補償裝置在維持風電場併網點電壓平衡、維持電力系統暫態穩定、改善電能質量等方面起著重要作用。靜止無功發生器SVG是無功補償領域的重要技術分支，它由於能適應風電場的快速補償要求，在國內風電場的應用也逐步增多，隨著技術的發展和完善，SVG的優勢也越發明顯，在風電場的設計中，無功補償裝置也越來越多的採用了SVG技術。
SVG控制器作為SVG系統的控制核心，隨著相關動態無功補償裝置的標準及規範的出臺，電網對風電場環境下SVG的要求逐步提高，對SVG控制器的性能測試也提出了明確的性能要求。
對於應用於風電場的SVG系統，傳統的測試方法一般採用現場試驗進行，測試不同工況下SVG系統的控制性能，然而受現場部分試驗條件和試驗方法限制，一般難以開展試驗標準所要求的所有動態性能試驗。相較於傳統的測試方法，隨著數字仿真技術的發展，電磁暫態級別的硬體在環實時仿真技術以投入較少、仿真結果可重複、參數易調整、工況易模擬等特點，而越來越受到大家的認可。
實時數字仿真儀RTDS作為一種專門設計用於研究電力系統中電磁暫態現象的裝置，在國內國外都已獲得廣泛認可及應用，並逐步替代傳統的物理模擬方式。根據建模的不同，在RTDS的小步長仿真中，步長可以到2us，在其大步長仿真中，步長約為50us，因此通過RTDS的實時仿真功能可以使用戶測試物理設備的實際性能，並更有效更快地完成許多基於實時仿真的研究。
在公開號為CN103558841A所述的專利中，描述了一種基於RTDS的低壓電容補償裝置控制器的仿真測試方法，提供了一種利用RTDS開展針對無功補償裝置的性能試驗方案。然而，本方法沒有對無功補償裝置的應用場合進行進一步描述 分析，無法模擬風電場應用背景下的各種應用工況，因此本質上只是針對無功補償裝置自身性能的測試，並不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試。
在公開號為CN102591319A所述的專利中，描述了一種用於靜止同步補償器STATCOM控制器的試驗裝置及方法，所描述的試驗裝置雖然能夠構造各種電力系統故障工況，可以開展針對靜止同步補償器控制器的驗證試驗，但由於採用實物構建了整個試驗裝置，因此限定了被測對象的電壓及容量等級，存在被測對象單一、測試能力有限的問題，另外，該試驗裝置同樣無法開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試。
綜上所述，本申請發明人在實現本申請實施例中發明技術方案的過程中，發現上述技術至少存在如下技術問題：
在現有技術中，現有的靜止無功發生器的控制器性能測試方法存在不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術問題。
技術實現要素：
本發明提供了一種風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試方法，解決了現有的靜止無功發生器的控制器性能測試方法存在不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術問題，實現了對風電場應用背景下的動態無功補償裝置的控制性能進行測試，仿真結果可重複、參數易調整、工況易模擬，既能模擬各種複雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術效果。另外，利用RTDS建立電網、風電場、SVG系統主迴路的實時仿真模型，確保了該測試方法適用於不同電壓及容量等級的SVG系統。
為解決上述技術問題，本申請實施例提供了一種基於RTDS的風電場SVG控制器性能測試方法，其步驟是：
a)在RTDS中，根據風電場的參數，包括風電場容量、風電場所包含的風電機組臺數、風電機組容量、額定風速、切入及切出風速、風電機組的風速功率曲線、發電機的額定參數及電抗參數，通過如下步驟建立風電場的全機組實時仿真模型。
首先，根據每颱風電機組的容量、額定風速、切入及切出風速、風速功率曲線，完成RTDS中的rtds_sharc_ctl_WINDT模塊參數的輸入，在RTDS中完成對 每颱風電機組的風力機的建模。
然後，根據發電機的額定參數及電抗參數，完成RTDS中的rtds_vsc_PMSM或rtds_vsc_INDM模塊參數的輸入，在RTDS中完成對每颱風電機組的發電機的建模。
通過上述兩步，在RTDS中完成風電場中所有風電機組的建模，再根據風電場的實際電氣連接關係，建立風電場的全機組實時仿真模型。
b)在RTDS中，根據SVG系統的主迴路的拓撲參數，建立SVG系統主迴路的實時仿真模型。選擇RTDS中的Small_dt庫提供的功率器件模型，按照實際的SVG系統主迴路拓撲進行SVG系統主迴路的建模，建立SVG系統主迴路的實時仿真模型。
c)根據風電場、SVG系統的併網連接情況，在RTDS中通過變壓器將風電場、SVG系統併入電網。
d)SVG控制器輸出的功率開關管的驅動信號，通過RTDS的接口卡接入RTDS，作為SVG主迴路實時仿真模型中的功率開關管的驅動信號。
e)SVG系統主迴路、風電場以及電網反饋給SVG控制器的信號通過RTDS接口卡輸出，接入SVG控制器對應的通道，作為SVG控制器完成SVG系統控制的控制參數。靜止無功發生器控制器根據瞬時無功理論及解耦控制算法，實現靜止無功發生器系統的控制策略。
進一步的，根據控制策略及主迴路拓撲的不同，SVG系統主迴路反饋給控制器的信號略有差異，但是至少包括三相SVG系統主迴路輸出電壓及電流、直流側電容電壓。
進一步的，風電場反饋給SVG控制器的信號，至少包括風電場實時仿真模型輸出的三相電壓及電流。
更進一步的，電網反饋給SVG控制器的信號，至少包括電網的三相電壓及電流。
通過上述步驟，實現SVG控制器與RTDS中搭建的風電場實時仿真模型、SVG主迴路的實時仿真模型以及與電網連接的總模型的信號連接，進而形成「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統。
f)在「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統中，根據《Q/GDW 11064-2013風 電場無功補償裝置技術性能和測試規範》中的相關規定，可以對風電場應用下的SVG系統的開展系列技術性能試驗：通過修改RTDS中的電網模型參數、風電場實時仿真模型參數以及SVG系統主迴路的實時仿真模型參數，模擬開展各種電網擾動和風場運行工況下的系統級的性能試驗，包括：動態響應特性試驗、無功調節試驗、電壓調節試驗、功率因數調節試驗、控制模式切換試驗、過負荷能力試驗、諧波試驗，完成對風電場應用下的SVG系統的無功補償性能的評估試驗。
本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：
由於採用了實時仿真技術，通過實時數字仿真儀RTDS搭建「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統，有效解決了現有的靜止無功發生器的控制器性能測試方法存在不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術問題，進而實現了對風電場應用背景下的動態無功補償裝置的控制性能進行測試，仿真結果可重複、參數易調整、工況易模擬，既能模擬各種複雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術效果，另外，利用實時數字仿真儀RTDS建立電網、風電場、SVG系統主迴路的實時仿真模型，確保了該測試方法適用於不同電壓及容量等級的SVG系統。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本發明實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，並不構成對本發明實施例的限定；
圖1是本申請實施例中風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試示意圖；
圖2是本申請實施例中三相SVG系統的主迴路示意圖；
圖3是本申請實施例中設定值為10Mvar下的SVG系統控制測試波形示意圖；
圖4是是本申請實施例中0Mvar階躍到10Mvar工況下的SVG系統控制測試波形示意圖。
具體實施方式
本發明提供了一種風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試方法，解決了現有的靜止無功發生器的控制器性能測試方法存在不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術問題，實現了對風 電場應用背景下的動態無功補償裝置的控制性能進行測試，仿真結果可重複、參數易調整、工況易模擬，既能模擬各種複雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術效果。
為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。
下面結合具體實施例及附圖，對本發明作進一步地的詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
實施例一：
請參考圖1-圖4，本申請提供了一種風電場中靜止無功發生器的控制器性能測試方法，包括：
首先，在RTDS中，根據風電場的參數，建立風電場的全機組實時仿真模型。
其次，在RTDS中，根據SVG系統的主迴路的拓撲參數，建立SVG系統主迴路的實時仿真模型。
圖2是三相SVG系統的主迴路示意圖。三相SVG系統主迴路由三部分組成：功率開關管1、直流側電容2、濾波電路3。根據SVG工作電壓等級及實際的SVG系統主迴路拓撲，可以確定串聯的功率開關管1的個數n、串聯的直流側電容2的個數m、濾波電路3的Lf及Cf參數。
再次，根據風電場、SVG系統的併網連接情況，在RTDS中通過變壓器將風電場、SVG系統併入電網；
第四，SVG控制器輸出的功率開關管的驅動信號，通過RTDS的接口卡接入RTDS中的SVG主迴路實時仿真模型，作為SVG主迴路實時仿真模型中的功率開關管的驅動信號。
第五，SVG系統主迴路、風電場以及電網反饋給SVG控制器的信號通過RTDS接口卡輸出，接入SVG控制器對應的通道，作為SVG控制器完成SVG系統控制的控制參數，應用與SVG控制器進行SVG系統的控制。
根據上述五個步驟，形成「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統。
最後，在「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統中，通過修改RTDS中的電網模型、風電場實時仿真模型以及SVG系統主迴路的實時仿真模型的參數，模擬各種工況，對風電場應用下的SVG控制器的性能開展系列測試，根據試驗 標準及規範，評估SVG系統的無功補償性能。
下面舉例進行介紹：
將本發明的方法應用於某風電場的SVG系統的控制器測試中，所應用的風電場共包含19臺2MW的風電機組，擬配備的SVG系統的容量為10Mvar、額定線電壓為6kV。
利用本發明的方法形成「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統後，根據《Q/GDW 11064-2013風電場無功補償裝置技術性能和測試規範》中的相關規定，開展風電場應用下的SVG系統的系列性能試驗，以下給出兩種試驗工況下的試驗結果作為參考。
圖3是根據《Q/GDW 11064-2013風電場無功補償裝置技術性能和測試規範》，開展「無功調節試驗」，測試SVG在系統恆無功模式下SVG控制器的調節性能，對應SVG系統額定輸出工況時候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG輸出三相電壓，IA/IB/IC表示SVG輸出三相電流，IRMS表示SVG輸出A相電流有效值。由於SVG系統額定線電壓6KV，額定容量10Mvar，額定電流962A，在設定值為10Mvar的情況下，結合圖3中的波形可以看出，滿足《Q/GDW 11064-2013風電場無功補償裝置技術性能和測試規範》中要求的「恆無功運行模式且系統穩態下，無功輸出和設定值之間的偏差的絕對值不大於設定值的5％」。
圖4是根據《Q/GDW 11064-2013風電場無功補償裝置技術性能和測試規範》，開展「動態響應特性試驗」中的「恆無功階躍試驗」，測試SVG系統的動態響應特性，對應SVG系統由0Mvar階躍到額定輸出工況時候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG輸出三相電壓，IA/IB/IC表示SVG輸出三相電流，IQ表示dq坐標系下，SVG輸出A相電流的q軸電流。結合圖4中的波形可以看出，從0Mvar階躍到10Mvar額定輸出工況時候，滿足「無功補償裝置系統響應時間≤30ms」的動態性能要求。
上述本申請實施例中的技術方案，至少具有如下的技術效果或優點：
由於採用了實時仿真技術，通過實時數字仿真儀RTDS搭建「RTDS+SVG控制器」的硬體在環系統，有效解決了現有的靜止無功發生器的控制器性能測試方法存在不能開展風電場應用背景下的無功補償性能的測試，測試效率較低，測試 能力有限的技術問題，進而實現了對風電場應用背景下的動態無功補償裝置的控制性能進行測試，仿真結果可重複、參數易調整、工況易模擬，既能模擬各種複雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術效果，另外，利用實時數字仿真儀RTDS建立電網、風電場、SVG系統主迴路的實時仿真模型，確保了該測試方法適用於不同電壓及容量等級的SVG系統。
儘管已描述了本發明的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本發明範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。