雙饋風機阻抗硬體在環測試系統及方法與流程
2023-12-04 15:43:16 2
本發明涉及電力技術領域，尤其涉及雙饋風機阻抗硬體在環測試系統及方法。
背景技術：
阻抗是電氣系統的基本特徵。目前，基於阻抗的系統穩定性分析是學術研究的熱點，已經用於解決包含電力電子設備的系統穩定性分析問題。因此，計算或測量各個電氣設備的阻抗具有重要意義，而計算或測量雙饋風機阻抗，對於包含雙饋風機的電力系統穩定性分析十分重要。
目前對雙饋風機阻抗的計算或測量存在以下幾方面問題。第一，採用理論計算的方法計算雙饋風機阻抗，目前僅適用於經典的雙饋風機模型，而並未考慮實際存在的濾波支路等環節，而且不同廠家的模型差異較大。第二，採用時域仿真法測量雙饋風機數字模型的阻抗，由於數字仿真與工程實際存在一定差異，因此此種方法測量的阻抗對工程實際的指導意義有限。第三，針對實驗室搭建的物理系統測試雙饋風機阻抗，此種方法實施難度較大，需要搭建包括雙饋風機在內的整個系統，操作複雜。
技術實現要素：
本發明實施例提供一種雙饋風機阻抗硬體在環測試系統，用以靈活簡便地實現雙饋風機阻抗硬體在環測試，並接近工程實際，使測試結果更加準確，該雙饋風機阻抗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、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路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，所述電力電子實時仿真平臺包括RT-LAB。
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。
本發明實施例還提供一種雙饋風機阻抗硬體在環測試方法，用以靈活簡便地實現雙饋風機阻抗硬體在環測試，並接近工程實際，使測試結果更加準確，該雙饋風機阻抗硬體在環測試方法包括：
在電力電子實時仿真平臺搭建包括電網、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路的實時數字仿真模型；
將所述實時數字仿真模型實時化後下載到所述電力電子實時仿真平臺的仿真機；
將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；
設置小信號電壓源的幅值和頻率，測試雙饋風機電壓和電流信號，根據測試所得雙饋風機電壓和電流信號，計算該頻率下的雙饋風機阻抗；
修改小信號電壓源的幅值和頻率，重複上述測試雙饋風機電壓和電流信號並計算該頻率下雙饋風機阻抗的過程。
一個實施例中，所述電力電子實時仿真平臺包括RT-LAB。
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。
本發明實施例具備如下有益效果：
第一，在本發明實施例中，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阻抗硬體在環測試，與現有採用理論計算的方法計算雙饋風機阻抗的技術方案相比，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濾波支路等環節，可以使測試結果更加準確；
第二，在本發明實施例中，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阻抗相比，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。
第三，在本發明實施例中，在電力電子實時仿真平臺搭建包括電網、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路的實時數字仿真模型；利用實時數字仿真模型進行雙饋風機阻抗硬體在環測試，不必在實驗室搭建物理系統，實施難度小，操作簡便靈活。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明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發明的一些實施例，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為本發明實施例中雙饋風機阻抗硬體在環測試系統的示意圖；
圖2為本發明實施例中基於RT-LAB的雙饋風機阻抗硬體在環測試系統實例圖；
圖3為本發明實施例中雙饋風機阻抗硬體在環測試方法的示意圖；
圖4為本發明實施例中雙饋風機阻抗硬體在環測試結果實例圖。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，但並不作為對本發明的限定。
包含雙饋風機的電力系統穩定性問題是目前學術和工程研究的熱點，因此，計算或測量雙饋風機阻抗具有重要意義。為了靈活簡便地實現雙饋風機阻抗硬體在環測試，並接近工程實際，使測試結果更加準確，本發明實施例提供一種雙饋風機阻抗硬體在環測試系統，如圖1所示，該雙饋風機阻抗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、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路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，本發明實施例的雙饋風機阻抗硬體在環測試系統，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阻抗測量。
實施例中該雙饋風機阻抗硬體在環測試系統可以設置不同的仿真工況或控制器參數，通過修改小信號電壓源的幅值和頻率，設置不同的測試條件，從而測試雙饋風機在不同頻率下的阻抗特性。
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阻抗硬體在環測試。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阻抗硬體在環測試。以RT-LAB為例，可以在RT-LAB中搭建包括電網、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路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阻抗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。其中實時數字仿真模型包括小信號電壓源模型，用於設置阻抗測試條件。例如在實時數字仿真模型中可以設置特定的運行工況，通過設置用於阻抗測試的小信號電壓源，測試該雙饋風機阻抗硬體在環測試系統的電流響應情況，進而計算雙饋風機阻抗。
圖2為本發明實施例中基於RT-LAB的雙饋風機阻抗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電網，用於阻抗測量的小信號電壓源等設備的數字仿真模型，風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路、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、小信號電壓源、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為本發明實施例中雙饋風機阻抗硬體在環測試方法的示意圖，如圖3所示，該雙饋風機阻抗硬體在環測試方法可以包括：
步驟301、在電力電子實時仿真平臺搭建包括電網、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路的實時數字仿真模型；
步驟302、將實時數字仿真模型實時化後下載到電力電子實時仿真平臺的仿真機；
步驟303、將待測雙饋風機控制器通過仿真機的輸入輸出接口與實時數字仿真模型進行連接；
步驟304、設置小信號電壓源的幅值和頻率，測試雙饋風機電壓和電流信號，根據測試所得雙饋風機電壓和電流信號，計算該頻率下的雙饋風機阻抗；
步驟305、修改小信號電壓源的幅值和頻率，重複上述測試雙饋風機電壓和電流信號並計算該頻率下雙饋風機阻抗的過程。
如前所述，本發明實施例中雙饋風機阻抗硬體在環測試方法能夠將實際的雙饋風機控制器接入到上述雙饋風機阻抗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。該測試方法能夠對不同廠家控制器進行測試，便於計算雙饋風機的阻抗，並應用於電力系統的穩定性分析。
舉一例，雙饋風機阻抗的測試步驟可以如下：
①利用前文所述的雙饋風機阻抗硬體在環測試系統，接入待測雙饋風機控制器。
②設置小信號電壓源的幅值和頻率，幅值通常設置為基波電壓的百分之幾，頻率設置為所要計算的頻率值，通常計算範圍為10～100Hz。
③待雙饋風機阻抗硬體在環測試系統運行穩定後加入小信號電壓源，測試雙饋風機阻抗硬體在環測試系統的電流響應情況。
④根據測量得到的電壓和電流信號計算出該頻率下的阻抗值。
⑤修改小信號電壓源的幅值和頻率，並重複③～⑤。
具體實施時，電力電子實時仿真平臺可以包括RT-LAB等電力電子實時仿真平臺。
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。
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其中之一或任意組合。
舉一例，利用上述雙饋風機阻抗硬體在環測試系統，接入國內某主流變流器控制器廠家的2MW雙饋風機控制器，在額定工況下得到的阻抗計算結果如圖4所示，圖4中示出了測試結果的雙饋風機阻抗波形(電阻和電抗)，其中包括本發明實施例的控制器硬體在環仿真與現有技術中純數字仿真的結果對比。
綜上所述，在本發明實施例中，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阻抗硬體在環測試，與現有採用理論計算的方法計算雙饋風機阻抗的技術方案相比，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濾波支路等環節，可以使測試結果更加準確；
並且，在本發明實施例中，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阻抗相比，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。
再者，在本發明實施例中，在電力電子實時仿真平臺搭建包括電網、用於阻抗測試的小信號電壓源、風電機組的軸系、電機、變流器主電路、保護電路及濾波支路的實時數字仿真模型；利用實時數字仿真模型進行雙饋風機阻抗硬體在環測試，不必在實驗室搭建物理系統，實施難度小，操作簡便靈活。
本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或電腦程式產品。因此，本發明可採用完全硬體實施例、完全軟體實施例、或結合軟體和硬體方面的實施例的形式。而且，本發明可採用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限於磁碟存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的電腦程式產品的形式。
本發明是參照根據本發明實施例的方法、設備(系統)、和電腦程式產品的流程圖和/或方框圖來描述的。應理解可由電腦程式指令實現流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結合。可提供這些電腦程式指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數據處理設備的處理器以產生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數據處理設備的處理器執行的指令產生用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。
這些電腦程式指令也可存儲在能引導計算機或其他可編程數據處理設備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產生包括指令裝置的製造品，該指令裝置實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。
這些電腦程式指令也可裝載到計算機或其他可編程數據處理設備上，使得在計算機或其他可編程設備上執行一系列操作步驟以產生計算機實現的處理，從而在計算機或其他可編程設備上執行的指令提供用於實現在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、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，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。