風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統及其方法
2023-06-02 11:04:46 4
專利名稱：風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統及其方法
技術領域：
本發明涉及一種新能源發電、風電機組測試技術領域，具體涉及ー種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統及其方法。
背景技術：
近年來風電裝機容量飛速發展，風電在電網中的發電比重逐年増加，大規模風電併網對電カ系統的安全穩定運行已經造成不可忽視的影響。特別是2010年以來，「三北」地區多次發生由於風電機組不具備低電壓穿越能力造成的大規模風機脫網事故，對電網安全穩定運行產生嚴重影響。 風電機組的低電壓穿越(LVRT)功能要求電網故障造成機端電壓跌落時，風電機組能夠保持不脫網連續運行且有功功率和無功電流滿足風電併網導則的要求。國家電網企業標準Q/GDW 392-2009《風電場接入電網技術規定》和國家標準GB/T 19963-2011《風電場接入電カ系統技術規定》均對風電機組的低電壓穿越能力提出要求。同時，國家能源局於2010年12月發布《風電機組併網檢測管理暫行辦法》(國能新能〔2010〕433號)，要求風電機組應通過有資質機構的併網檢測方可併網運行，其中併網檢測中的重要ー項內容便是低電壓穿越特性檢測。風電機組是由機械系統和電氣部件等組成的複雜系統，研究發現，任意一項部件的變化都有可能影響到風電機組的低電壓穿越特性。為此，國家能源局國能新能〔2010〕433號文件中規定「發電機、變流器、主控制系統、變槳控制系統和葉片等影響併網性能的技術參數發生變化的風電機組視為不同型號，需要重新檢測」。然而國內風電機組的配置組合較多，總共有數百種的機型配置，無法對每ー種機型都進行電壓跌落現場測試。因此，考慮採用一致性評估的方法對部件變化後風電機組的低電壓穿越特性進行評估。風電機組的主控制系統對整機的LVRT特性有著至關重要的作用。主控制系統負責協調風電機組變槳、變流控制，完成遠程通信、槳距控制、溫度控制、偏航控制、功率控制等功能。一般而言，主控制系統的硬體變化、程序框架變化、軟體升級等都應視為主控制系統發生了變化，需要對主控制系統進行測試評估。目前ー些公司和研究機構搭建的主控制系統測試平臺，ー種是針對局部性能測試，如載荷計算、硬體測試、靜態測試等，另ー種是核心算法的全面動態測試。這兩種測試平臺第一種未針對LVRT功能的測試；另外一種測試平臺由於功能較多，不是專門針對LVRT功能的測試，測試平臺往往過於複雜，且實現難度相對較大。如何開發ー種適用於風電機組主控制系統LVRT功能的測試方法，用於判斷主控制系統的LVRT功能的一致性是迫切需要解決的問題。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統及其方法，該測試系統由硬體系統和軟體設置組成。按照本發明提供的測試方法，可對風電機組的主控制系統進行現場測試，測試結果可用於判斷主控的LVRT功能的一致性。本發明的目的是採用下述技術方案實現的一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其改進之處在於，所述測試系統包括可控直流電壓源用於製造虛擬的電壓跌落控制信號；數據採集儀用於記錄測試期間的測試數據；電壓互感器PT :用於測量風電機組三相電壓；電流互感器CT :用於測量風電機組三相電流；至少一路測試信號線用於傳送機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和 變流器測出的實際電磁轉矩。其中，所述可控直流電壓源與主控制系統的PLC之間通訊，作為低電壓穿越狀態的虛擬信號；所述可控直流電壓源與變流器的DSP之間通訊，用於控制在虛擬的電壓跌落期間主控轉矩指令的產生方式；所述可控直流電壓源與數據採集儀連接，用於控制測試數據記錄的觸發；所述測試數據包括三相電壓、三相電流、機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和變流器測出的實際電磁轉矩。其中，所述主控制系統的PLC通過主控轉矩指令測試信號線與所述數據採集儀連接;所述變流器的DSP通過實際電磁轉矩測試信號線與所述數據採集儀連接。其中，所述電壓互感器PT和電流互感器CT依次連接在風電機組出ロ變壓器的低壓側，分別用於測量風電機組三相電壓和三相電流；所述風電機組出ロ變壓器的高壓側接入電網中。其中，所述電壓互感器PT和電流互感器CT分別通過電壓測試信號線和電流測試信號線與數據採集儀連接。其中，與數據採集儀相連的測試信號線包括發電機轉速測試信號線、槳距角測試信號線和機艙風速測試信號線。本發明基於另一目的提供的一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其改進之處在幹，所述方法在進行測試前對主控制系統的接口和變流器的接ロ進行修改；所述方法包括下述步驟( I)對所述測試系統進行接線和配置；(2)確定模擬エ況(指不同的風況、電壓跌落的深度和持續時間)，在可控直流電壓源上設置模擬エ況對應的電壓跌落持續時間，同時根據不同的模擬エ況設置變流器在模擬電壓跌落期間的轉矩設定值；( 3 )對所述主控制系統進行測試並記錄測試數據，測試數據包括三相電壓、三相電流、機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和變流器測出的實際電磁轉矩；(4)根據採集的電壓、電流信號數據，計算風電機組出ロ處變壓器低壓側的有功功率ヽ無功功率;(5)按照步驟(I) - (4)測試另一個主控制系統的低電壓穿越功能；
(6)判斷不同主控制系統低電壓穿越功能是否一致，完成測試。其中，所述步驟(I)中，根據主控制系統和變流器接ロ程序的修改，對所述測試系統進行接線和配置。其中，所述步驟(3)中，通過可控直流電壓源觸發脈衝信號，對主控制系統進行模擬測試，同時由所述觸發脈衝信號觸發記錄測試數據。其中，所述步驟(6)中，比較不同主控制系統的主控轉矩和有功功率變化曲線，根據主控轉矩和有功功率變化曲線的異同，判斷不同主控制系統低電壓穿越功能是否一致，完成測試。其中，對主控制系統的接ロ進行修改包括在主控程序中屏蔽變流器發給主控制系統的低電壓穿越狀態握手信號，改為由可控制流電壓源產生的觸發脈衝信號輸入；對變流器的接ロ進行修改包括在假定的電壓故障期間，由所述可控直流電壓源 向變流器發一定時間(此時間參照GB/T 19963-2011《風電場接入電カ系統技術規定》對低電壓穿越要求根據模擬測試的エ況確定)長度的觸發脈衝信號；在觸發脈衝信號維持期間，主控轉矩指令由主控制系統給定變為變流器自行設定值；在觸發脈衝信號到來前和結束後，主控轉矩指令由主控制系統給定。與現有技術比，本發明達到的有益效果是I、本發明提供的測試系統專門針對風電機組主控制系統的低電壓穿越功能一致性評估，測試方法簡單且易於實現；2、本發明提供風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統非常便攜，非常適用於野外對多種型號的風電機組進行現場模擬測試，進而判定主控制系統LVRT功能一致性；3、通過本發明提供風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試，對主控制系統的LVRT功能進行測試，減少了由於主控制系統更換後風電機組的整機實際低電壓穿越測試造成的經濟和時間成本。
圖I是本發明提供的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統硬體結構圖；圖2是本發明提供的2次測試的測試風況示意圖；圖3是本發明提供的2個主控制系統模擬測試的有功功率比較示意圖；圖4是本發明提供的主控轉矩指令和實際電磁轉矩(#1主控制系統)示意圖；圖5是本發明提供的主控轉矩指令和實際電磁轉矩(#2主控制系統)示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進ー步的詳細說明。本發明提供的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統及其測試方法，在風電機組出口電壓未發生跌落的正常情況下，通過製造一個虛擬的電壓跌落控制信號，觸發主控進入低電壓穿越控制模式，進而表現出與真實的低電壓穿越特性相類似的特性，用於主控制系統的低電壓穿越功能一致性評估。
本發明提供的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統的硬體結構如圖I所示，測試系統包括可控直流電壓源用於製造虛擬的電壓跌落控制信號，可以是0-24V或0-10V等電壓脈衝信號，脈衝的時間寬度可以根據測試的エ況進行設定。可控直流電壓源與主控制系統的PLC建立通訊連接，作為低電壓穿越狀態的虛擬信號以取代變流器輸入的實際電壓跌落握手信號；可控直流電壓源與變流器的DSP建立通訊連接，用以控制在虛擬的電壓跌落期間轉矩指令的產生方式；同時，可控直流電壓源與數據採集儀相連接，用以控制數據記錄的觸發。；數據採集儀用於記錄測試期間的各項測試數據。為了保持與實際低電壓測試的一致性，採樣頻率的設置與實際低電壓穿越時的設置保持一致，應不低於5kHz。數據採集 儀的通道數應足夠用於所有測試數據量的採集和記錄。 電壓互感器PT和電流互感器CT :電壓互感器PT和電流互感器CT依次連接在風電機組出ロ變壓器的低壓側，分別用於測量風電機組三相電壓和三相電流；風電機組出ロ變壓器的高壓側接入電網中。電壓互感器PT和電流互感器CT分別通過電壓測試信號線和電流測試信號線與數據採集儀連接。電壓互感器PT和電流互感器CT的量程和精度應滿足測試的需要，通過對電壓和電流測試量進行計算分析，可得出風電機組出口處變壓器低壓側的有功功率/無功功率、有功電流/無功電流的低電壓跌落響應特性。主控制系統的PLC通過主控轉矩指令測試信號線與所述數據採集儀連接；變流器的DSP通過實際電磁轉矩測試信號線與所述數據採集儀連接。至少一條的測試信號線包括主控轉矩指令測試信號線、實際電磁轉矩測試信號線、電壓測試信號線、電流測試信號線、發電機轉速測試信號線、槳距角測試信號線和機艙風速測試信號線，這些測試信號線均與數據採集儀相連。風カ機、齒輪箱、發電機-變流器系統和電流互感器CT依次連接，發電機-變流器系統包括依次串聯的發電機和變流器。在進行風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試前，對接ロ進行修改，接ロ的修改主要涉及主控制系統的接ロ修改和變流器的接ロ修改，可以通過軟體的方式實現，也可以通過硬接線的方式實現。實現方法如下A、主控制系統的接ロ修改在主控程序中屏蔽變流器發給主控的低電壓穿越狀態握手信號，並將其改為由可控制流電壓源產生的信號輸入；B、變流器的接ロ修改在假定的電壓故障期間，由可控直流電壓源向變流器發ー定時間長度的脈衝信號(0-24V或0-10V等)。在脈衝信號維持期間，轉矩指令由主控給定變為變流器自行設定值(實際測試時根據具體エ況確定)；在脈衝信號到來前和結束後，轉矩指令由主控給定。本發明提供的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法包括下述步驟(I)按照接ロ的修改方法修改主控制系統和變流器的接ロ程序，並按照圖I所示測試系統配置對測試系統進行接線和配置；(2)確定模擬エ況，在可控直流電壓源上設置模擬エ況對應的電壓跌落持續時間，同時根據不同的模擬エ況設置變流器在模擬電壓跌落期間的轉矩設定值；(3)通過可控直流電壓源觸發脈衝信號，正式開始模擬測試，同時由脈衝信號觸發記錄測試數據；(4)根據採集的電壓、電流信號數據，計算有功功率、無功功率；(5)按照以上步驟測試另ー個主控制系統的LVRT功能；(6)測試比較採用不同主控制系統之後的轉矩和有功功率變化曲線，判斷不同的主控制系統LVRT功能是否一致，完成測試，其中機艙風速、發電機、槳距角等數據用於參考以排除風速等不同運行エ況的影響。實施例 按照本發明所提供的測試方法對某風電機組製造商的2颱風電機組進行模擬低電壓穿越測試，此2颱風電機組採用不同的主控制系統，其他部件完全相同。測試時測試風況均為(5-10)m/s，如圖2所示。為了模擬電壓跌落至35%Un的低電壓穿越測試，將觸發脈衝信號的時間設定為920ms。同時，在模擬電壓跌落期間的變流器轉矩設定為額定轉矩的10%。圖3所示為測試期間的有功功率。由於小功率時測試風速波動(如圖2所示)導致2次測試的有功功率不完全相等，但是2次測試表現出來的功率恢復波動特性較為一致。圖4、圖5分別為2次模擬測試時的主控轉矩指令和變流器實測電磁轉矩。同樣，由於風速原因這2個圖中的轉矩大小不相等，但是轉矩特性較為一致(I) 「故障」前，主控的轉矩指令較為平穩，變流器跟隨主控的轉矩指令進行控制；
(2) 「故障」期間，主控的轉矩指令開始震蕩，而變流器跟隨自行設定的10%額定轉矩進行控制；(3)「故障」後，主控的的轉矩指令在一段時間內繼續震蕩，變流器跟隨主控的轉矩指令進行控制開始波動。因此，根據有功功率和主控轉矩特性的綜合判斷，此風電機組製造商的兩種主控制系統的LVRT特性功能一致。最後應當說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的具體實施方式
進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述測試系統包括 可控直流電壓源用於製造虛擬的電壓跌落控制信號； 數據採集儀用於記錄測試期間的測試數據； 電壓互感器PT :用於測量風電機組三相電壓； 電流互感器CT :用於測量風電機組三相電流； 至少一路測試信號線用於傳送機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和變流器測出的實際電磁轉矩。
2.如權利要求I所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述可控直流電壓源與主控制系統的PLC之間通訊，作為低電壓穿越狀態的虛擬信號； 所述可控直流電壓源與變流器的DSP之間通訊，用於控制在虛擬的電壓跌落期間主控轉矩指令的產生方式； 所述可控直流電壓源與數據採集儀連接，用於控制測試數據記錄的觸發； 所述測試數據包括三相電壓、三相電流、機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和變流器測出的實際電磁轉矩。
3.如權利要求I所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述主控制系統的PLC通過主控轉矩指令測試信號線與所述數據採集儀連接； 所述變流器的DSP通過實際電磁轉矩測試信號線與所述數據採集儀連接。
4.如權利要求I所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述電壓互感器PT和電流互感器CT依次連接在風電機組出ロ變壓器的低壓側，分別用於測量風電機組三相電壓和三相電流； 所述風電機組出ロ變壓器的高壓側接入電網中。
5.如權利要求4所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述電壓互感器PT和電流互感器CT分別通過電壓測試信號線和電流測試信號線與數據採集儀連接。
6.如權利要求3-5中任一項所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，與數據採集儀相連的測試信號線包括發電機轉速測試信號線、槳距角測試信號線和機艙風速測試信號線。
7.一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其特徵在於，所述方法在進行測試前對主控制系統的接口和變流器的接ロ進行修改；所述方法包括下述步驟 (1)對所述測試系統進行接線和配置； (2)確定模擬エ況，在可控直流電壓源上設置模擬エ況對應的電壓跌落持續時間，同時根據不同的模擬エ況設置變流器在模擬電壓跌落期間的轉矩設定值； (3)對所述主控制系統進行測試並記錄測試數據； (4)根據採集的電壓、電流信號數據，計算風電機組出口處變壓器低壓側的有功功率、無功功率； (5)按照步驟(I)- (4)測試另一個主控制系統的低電壓穿越功能； (6)判斷不同主控制系統低電壓穿越功能是否一致，完成測試。
8.如權利要求7所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其特徵在於，所述步驟(I)中，根據主控制系統和變流器接ロ程序的修改，對所述測試系統進行接線和配置。
9.如權利要求7所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其特徵在於，所述步驟(3)中，通過可控直流電壓源觸發脈衝信號，對主控制系統進行模擬測試，同時由所述觸發脈衝信號觸發記錄測試數據。
10.如權利要求7所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其特徵在於，所述步驟(6)中，比較不同主控制系統的主控轉矩和有功功率變化曲線，根據主控轉矩和有功功率變化曲線的異同，判斷不同主控制系統低電壓穿越功能是否一致，完成測試。
11.如權利要求7所述的風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試方法，其特徵在幹，對主控制系統的接ロ進行修改包括在主控程序中屏蔽變流器發給主控制系統的低電壓穿越狀態握手信號，改為由可控制流電壓源產生的觸發脈衝信號輸入； 對變流器的接ロ進行修改包括在假定的電壓故障期間，由所述可控直流電壓源向變流器發一定時間長度的觸發脈衝信號；在觸發脈衝信號維持期間，主控轉矩指令由主控制系統給定變為變流器自行設定值；在觸發脈衝信號到來前和結束後，主控轉矩指令由主控制系統給定。
全文摘要
本發明涉及一種風電機組主控制系統低電壓穿越一致性測試系統，其特徵在於，所述測試系統包括可控直流電壓源用於製造虛擬的電壓跌落控制信號；數據採集儀用於記錄測試期間的測試數據；電壓互感器PT用於測量風電機組三相電壓；電流互感器CT用於測量風電機組三相電流；至少一路測試信號線用於傳送機艙風速、發電機轉速、槳距角、主控轉矩指令和變流器測出的實際電磁轉矩。本發明提供的方案專門針對風電機組主控制系統的低電壓穿越功能一致性評估，測試方法簡單且易於實現。
文檔編號G05B23/02GK102830692SQ20121028001
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月8日 優先權日2012年8月8日
發明者邵文昌, 李慶, 秦世耀, 賀敬, 王瑩瑩, 張梅, 張元棟, 張利 申請人:中國電力科學研究院, 中電普瑞張北風電研究檢測有限公司, 國家電網公司