基于分布参数电路的风机谐波适应性远端检测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风力发电机组并网检测技术领域，尤其涉及一种基于分布参数电路的 风机谐波适应性远端检测方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，风电发展十分迅速，据世界风能理事会统计，在过去六年(2009-2014)中， 全球风电市场规模扩大了约250GW，海上风电也受到更多的关注，全球范围内海上风电并网 规模不断增加，对电网稳定性影响日益突出。
[0003] 2011年，张北地区连续发生多起风电机组大规模脱网事故，对电网安全运行和供 电造成严重的影响，使得风电机组并网电网适应性检测重要性得到广泛认可。为此，国家能 源局针对风电并网检测工作印发了《国家电网公司风电并网检测管理暂行办法》（以下简称 测试规程）。目前关于风电机组并网检测的研究基本针对于陆上，测试点靠近于风机中压出 口侦U。在进行电网谐波适应性并网检测时，扰动发生装置可以按照测试规程要求产生相应 的测试谐波，直接注入风机侧。
[0004] 与陆上风电机组检测不同的是，海上风电机组基础位于海水，海上风浪情况比较 复杂，测试装置往往难以抵达风机电压出口处进行测量，通常需要通过一定长度的海底电 缆进行测试连接。同时海底电缆含有大量的分布电容参数，会给检测带来一定的影响，尤其 是电网谐波适应性检测。在对风电机组进行远端测试时，如果仍然按照陆上检测方法直接 在远端注入规程要求测试谐波，经过海缆的作用会产生一定的畸变，当测试谐波到达风机 侧时，已经和远端有了一定不同，会严重影响检测的可靠性，甚至引起谐振，危害待检测风 机以及扰动发生装置。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了消除风电机组远端检测时长距离电缆的影响，解决谐波适 应性远端检测问题，提出了一种基于分布参数电路的风机谐波适应性远端检测系统及方 法，该系统及方法不仅能够根据测试时采用的电缆对测试谐波在远端进行相应的修正，以 保证实际注入风机侧的谐波符合测试规程要求，而且能够有效避免谐波适应性测试过程中 潜在的谐振问题。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] -种基于分布参数电路的风机谐波适应性远端检测系统，包括:扰动发生装置以 及与所述扰动发生装置连接的测试电缆;所述测试电缆的另一端连接风电机组;设定风电 机组风机箱变的出口端为风机近端A点，远端测试点作为风机远端B点；
[0008] 在风机近端A点输入测试规程要求的测试谐波，测试风机远端B点的谐波电压幅 值，根据风机近端A点相比于风机远端测试B点的各次谐波放大或衰减比例，确定谐振频率。 [0009 ] -种基于分布参数电路的风机谐波适应性远端检测方法，包括以下步骤：
[0010] S1:根据测试时所采用的测试电缆，建立分布参数电路模型;所述分布参数电路模 型包括单位长测试电缆的长度，以及每公里电缆的分布电容参数，电导参数，电阻参数以及 电抗参数；
[0011] S2:按照测试规程要求所需采用的测试谐波，构建风机近端A点的谐波电压数学模 型；
[0012] S3:根据不同的测试需求，对扰动发生装置发出的各次谐波进行分组；
[0013] S4:利用构建的谐波电压数学模型，在MATLAB仿真平台上，通过设置分布参数，计 算空载条件下，在风机近端A点输入测试规程要求的测试谐波时，对应的风机远端B点相对 于风机近端A点的谐波电压幅值的变化；
[0014] S5:根据风机远端B点相对于风机近端A点的谐波电压幅值的变化，确定风机近端A 点相比于风机远端测试B点的各次谐波放大或衰减比例；
[0015] 如果所述放大衰减比例超过设定倍数，则确定该测试谐波引起了谐振；
[0016] S6:根据步骤S5中确定的各次谐波放大或衰减比例，按照测试规程要求的测试谐 波作为风机近端A点的数据，计算风机远端B点相应谐波的幅值；
[0017] S7:根据步骤S6中的风机远端B点谐波幅值VB，同时去除谐振谐波，取VB作为实际测 试时，扰动发生装置输出设定值；
[0018] S8:将测试电缆连接待检测风电机组，按照测试规程要求，按照以上所得的风机远 端B点谐波幅值V B对扰动发生装置进行调试，对所要求的测试谐波进行分组测试。
[0019] 所述步骤S1中，分布参数电路模型具体为： A ·
[0020] - ^(r + j\v,L)I dx ；：
[0021] - = (g+ /μ·, 〇r dx ，
[0022] 其中，f为线路的电压电流;r为每公里电缆的电阻值，为谐波频率对应的弧 度值，为每公里电缆的电感值，g为每公里电缆的电导，C为每公里电缆的电容值。
[0023] 所述步骤S2中，风机近端A点的谐波电压数学模型具体为：
[0024] V - A cm{wt+ψ)+Bn c,m(nwt-,
[0025] 其中，A为基波幅值，Bn为第n次谐波的幅值，n为谐波次数，ne (2,25)，且没有3k次 谐波；9为基波电压的初相、A为第η次谐波电压的初相、w为基波电压角速度。
[0026] 所述步骤S3中，根据测试需求，按照以电压总谐波畸变率考核、以奇次谐波含有率 考核、以偶次谐波含有率考核3种测试情况对扰动发生装置发出的各次谐波进行分组。
[0027] 所述步骤S4中，风机远端Β点相对于风机近端Α点的谐波电压幅值的变化的确定方 法具体为：
[0028] VB=VAch γ x+lAZcnsh γ ηχ V
[0029] ΙΒ = ^^·+ I ,c!v/nx Φγχ (尺 + //m，|C)(r+ 户川'丨乙）
[0030] 其中，对于η次谐波， -，不同频率的谐波对应的值不 Zcn^^(r + jnw,L)l(g + jnw,C) 同；VA和Ια分别为风机近端A点的电压和电流，VB和Ib分别为风机远端B点的电压和电流;特 别地，当空载时末端电流Ia=〇,则可根据末端电压进行直接推算。谐波适应性检测时，末端 电压即为规程所要求测试电压。
[0031 ]所述步骤S6中，计算风机远端B点各次谐波相应的幅值的方法具体为：
[0032] 对于第K次谐波，风机近端、远端对应的谐波电压分别为VAk和VBk;由步骤S5得出， 风机近端A点相比于风机远端测试B点的谐波放大了 m倍，即VAk/VBk=m;
[0033] 因此，实际检测时，对于第k次谐波，按照规程在近端A点的要求值VAk，除以m，可求 得远端B点的电压值V Bk。
[0034] 本发明的有益效果：
[0035] 第一，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，能够 在测试装置无法靠近待检测风机的情景下(如海上测试），顺利实现接入测试电缆后的远端 检测。
[0036] 第二，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，能够 根据实际测试所采用的电缆型号及长度不同，相应调节仿真设置，具有较强的适应性和调 节能力。
[0037]第三，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，首先 对待检测的系统进行MATLAB仿真建模分析，能够准确确定待检测系统的谐振频率，可有效 避免实际测试时测试谐波的注入。
[0038] 第四，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，在实 际2~25次谐波测试时，提出分组测试的方法，即降低了对测试装置谐波畸变输出精度的要 求，又能保证对各次的谐波的完整检测。
[0039] 第五，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，相比 于已有的近端测试系统，未增加其他的装置，能够有效的控制测试系统的成本。
[0040] 第六，本发明设计的基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法，其中 涉及的主要仿真模型是基于MATLAB平台开发，具有很强的可操作性和广泛的使用范围。
【附图说明】
[0041] 图1(a)为谐波适应性远端检测测试系统结构示意图；
[0042] 图1(b)为图1(a)对应的谐波适应性远端检测测试系统结构等值模型；
[0043] 图2(a)为空载条件下谐波适应性远端检测测试系统结构示意图；
[0044] 图2(b)为图2(a)对应的空载条件下谐波适应性远端检测测试系统结构等值电路 丰旲型；
[0045] 图3为基于分布参数电路风电机组谐波适应性远端检测方法流程图。
【具体实施方式】：
[0046] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0047] 如图1(a)及图1(b)所示，本发明提供一种风电机组谐波适应性远端检测装置，实 际完整的测试系统包括谐波扰动发生装置，长距离测试电缆，以及待检测风机。测试电缆一 端与谐波扰动发生装置连接，另一端与待检测风机连接。
[0048] 图1(b)为图1(a)对应的谐波适应性远端检测测试系统结构等值模型，其中Xc，Rc 为测试装置的等效阻抗，A点为风机箱变出口端，B为远端检测点。AB段为海缆的分布参数等 值电路，Xt为海上风电机组箱变等值阻抗，Xwt为风机的等值阻抗。电导g的值很小，一般可 以忽略。
[0049] 如图2(a)及图2(b)所示，是基于空载条件下近端检测，对含有长距离电缆的系统 进行远端修正，以使得在远端B点输入一定的测试谐波，能够在近端A点获得测试规程所要 求的谐波适应性测试条件。如图2(b)所示，空载测试系统含有电感及电容元素，在特定的谐 波下能够产生谐振。本发明的风电机组谐波适应性远端检测方法，通过分布参数电路和谐 波扰动发生装置模型，可有效确定系统谐振频率。
[0050] 如图3所示为谐波适应性远端检测流程图，具体步骤如下：
[0051] S1:根据测试时所采用的电缆，建立实用的分布参数电路模型。主要包括单位长电 缆的长度，以及每公里电缆的分布电容参数，电导参数，电阻参数以及电抗参数。 d V ·
[0052] 本步骤中，所采用的分布参数电路，由如下表达式决定：(1) d I · αχ
[0053] 其中r为每公里电缆的电阻值，wf为谐波频率对应的弧度值，L为每公里电缆