一种风电场中静止无功发生器的控制器性能测试方法与流程

本发明涉及电力系统实时数字仿真技术领域，具体地，涉及一种风电场中静止无功发生器的控制器性能测试方法。

背景技术：

随着风电场建设规模的增大，装机容量的大幅上升，其接入系统后对电网的影响也日益严重。风电场的随机波动的负荷特性及所处于电网末端的特点，导致风电场所在的系统质量问题及系统稳定性问题日益突出，而动态无功补偿装置在维持风电场并网点电压平衡、维持电力系统暂态稳定、改善电能质量等方面起着重要作用。静止无功发生器SVG是无功补偿领域的重要技术分支，它由于能适应风电场的快速补偿要求，在国内风电场的应用也逐步增多，随着技术的发展和完善，SVG的优势也越发明显，在风电场的设计中，无功补偿装置也越来越多的采用了SVG技术。

SVG控制器作为SVG系统的控制核心，随着相关动态无功补偿装置的标准及规范的出台，电网对风电场环境下SVG的要求逐步提高，对SVG控制器的性能测试也提出了明确的性能要求。

对于应用于风电场的SVG系统，传统的测试方法一般采用现场试验进行，测试不同工况下SVG系统的控制性能，然而受现场部分试验条件和试验方法限制，一般难以开展试验标准所要求的所有动态性能试验。相较于传统的测试方法，随着数字仿真技术的发展，电磁暂态级别的硬件在环实时仿真技术以投入较少、仿真结果可重复、参数易调整、工况易模拟等特点，而越来越受到大家的认可。

实时数字仿真仪RTDS作为一种专门设计用于研究电力系统中电磁暂态现象的装置，在国内国外都已获得广泛认可及应用，并逐步替代传统的物理模拟方式。根据建模的不同，在RTDS的小步长仿真中，步长可以到2us，在其大步长仿真中，步长约为50us，因此通过RTDS的实时仿真功能可以使用户测试物理设备的实际性能，并更有效更快地完成许多基于实时仿真的研究。

在公开号为CN103558841A所述的专利中，描述了一种基于RTDS的低压电容补偿装置控制器的仿真测试方法，提供了一种利用RTDS开展针对无功补偿装置的性能试验方案。然而，本方法没有对无功补偿装置的应用场合进行进一步描述 分析，无法模拟风电场应用背景下的各种应用工况，因此本质上只是针对无功补偿装置自身性能的测试，并不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试。

在公开号为CN102591319A所述的专利中，描述了一种用于静止同步补偿器STATCOM控制器的试验装置及方法，所描述的试验装置虽然能够构造各种电力系统故障工况，可以开展针对静止同步补偿器控制器的验证试验，但由于采用实物构建了整个试验装置，因此限定了被测对象的电压及容量等级，存在被测对象单一、测试能力有限的问题，另外，该试验装置同样无法开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试。

综上所述，本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有的静止无功发生器的控制器性能测试方法存在不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试，测试效率较低，测试能力有限的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种风电场中静止无功发生器的控制器性能测试方法，解决了现有的静止无功发生器的控制器性能测试方法存在不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试，测试效率较低，测试能力有限的技术问题，实现了对风电场应用背景下的动态无功补偿装置的控制性能进行测试，仿真结果可重复、参数易调整、工况易模拟，既能模拟各种复杂工况，又能提高测试效率，降低测试成本的技术效果。另外，利用RTDS建立电网、风电场、SVG系统主回路的实时仿真模型，确保了该测试方法适用于不同电压及容量等级的SVG系统。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种基于RTDS的风电场SVG控制器性能测试方法，其步骤是：

a)在RTDS中，根据风电场的参数，包括风电场容量、风电场所包含的风电机组台数、风电机组容量、额定风速、切入及切出风速、风电机组的风速功率曲线、发电机的额定参数及电抗参数，通过如下步骤建立风电场的全机组实时仿真模型。

首先，根据每台风电机组的容量、额定风速、切入及切出风速、风速功率曲线，完成RTDS中的rtds_sharc_ctl_WINDT模块参数的输入，在RTDS中完成对 每台风电机组的风力机的建模。

然后，根据发电机的额定参数及电抗参数，完成RTDS中的rtds_vsc_PMSM或rtds_vsc_INDM模块参数的输入，在RTDS中完成对每台风电机组的发电机的建模。

通过上述两步，在RTDS中完成风电场中所有风电机组的建模，再根据风电场的实际电气连接关系，建立风电场的全机组实时仿真模型。

b)在RTDS中，根据SVG系统的主回路的拓扑参数，建立SVG系统主回路的实时仿真模型。选择RTDS中的Small_dt库提供的功率器件模型，按照实际的SVG系统主回路拓扑进行SVG系统主回路的建模，建立SVG系统主回路的实时仿真模型。

c)根据风电场、SVG系统的并网连接情况，在RTDS中通过变压器将风电场、SVG系统并入电网。

d)SVG控制器输出的功率开关管的驱动信号，通过RTDS的接口卡接入RTDS，作为SVG主回路实时仿真模型中的功率开关管的驱动信号。

e)SVG系统主回路、风电场以及电网反馈给SVG控制器的信号通过RTDS接口卡输出，接入SVG控制器对应的通道，作为SVG控制器完成SVG系统控制的控制参数。静止无功发生器控制器根据瞬时无功理论及解耦控制算法，实现静止无功发生器系统的控制策略。

进一步的，根据控制策略及主回路拓扑的不同，SVG系统主回路反馈给控制器的信号略有差异，但是至少包括三相SVG系统主回路输出电压及电流、直流侧电容电压。

进一步的，风电场反馈给SVG控制器的信号，至少包括风电场实时仿真模型输出的三相电压及电流。

更进一步的，电网反馈给SVG控制器的信号，至少包括电网的三相电压及电流。

通过上述步骤，实现SVG控制器与RTDS中搭建的风电场实时仿真模型、SVG主回路的实时仿真模型以及与电网连接的总模型的信号连接，进而形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统。

f)在“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统中，根据《Q/GDW 11064-2013风 电场无功补偿装置技术性能和测试规范》中的相关规定，可以对风电场应用下的SVG系统的开展系列技术性能试验：通过修改RTDS中的电网模型参数、风电场实时仿真模型参数以及SVG系统主回路的实时仿真模型参数，模拟开展各种电网扰动和风场运行工况下的系统级的性能试验，包括：动态响应特性试验、无功调节试验、电压调节试验、功率因数调节试验、控制模式切换试验、过负荷能力试验、谐波试验，完成对风电场应用下的SVG系统的无功补偿性能的评估试验。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于采用了实时仿真技术，通过实时数字仿真仪RTDS搭建“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统，有效解决了现有的静止无功发生器的控制器性能测试方法存在不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试，测试效率较低，测试能力有限的技术问题，进而实现了对风电场应用背景下的动态无功补偿装置的控制性能进行测试，仿真结果可重复、参数易调整、工况易模拟，既能模拟各种复杂工况，又能提高测试效率，降低测试成本的技术效果，另外，利用实时数字仿真仪RTDS建立电网、风电场、SVG系统主回路的实时仿真模型，确保了该测试方法适用于不同电压及容量等级的SVG系统。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定；

图1是本申请实施例中风电场中静止无功发生器的控制器性能测试示意图；

图2是本申请实施例中三相SVG系统的主回路示意图；

图3是本申请实施例中设定值为10Mvar下的SVG系统控制测试波形示意图；

图4是是本申请实施例中0Mvar阶跃到10Mvar工况下的SVG系统控制测试波形示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种风电场中静止无功发生器的控制器性能测试方法，解决了现有的静止无功发生器的控制器性能测试方法存在不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试，测试效率较低，测试能力有限的技术问题，实现了对风 电场应用背景下的动态无功补偿装置的控制性能进行测试，仿真结果可重复、参数易调整、工况易模拟，既能模拟各种复杂工况，又能提高测试效率，降低测试成本的技术效果。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

下面结合具体实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

请参考图1-图4，本申请提供了一种风电场中静止无功发生器的控制器性能测试方法，包括：

首先，在RTDS中，根据风电场的参数，建立风电场的全机组实时仿真模型。

其次，在RTDS中，根据SVG系统的主回路的拓扑参数，建立SVG系统主回路的实时仿真模型。

图2是三相SVG系统的主回路示意图。三相SVG系统主回路由三部分组成：功率开关管1、直流侧电容2、滤波电路3。根据SVG工作电压等级及实际的SVG系统主回路拓扑，可以确定串联的功率开关管1的个数n、串联的直流侧电容2的个数m、滤波电路3的L_f及C_f参数。

再次，根据风电场、SVG系统的并网连接情况，在RTDS中通过变压器将风电场、SVG系统并入电网；

第四，SVG控制器输出的功率开关管的驱动信号，通过RTDS的接口卡接入RTDS中的SVG主回路实时仿真模型，作为SVG主回路实时仿真模型中的功率开关管的驱动信号。

第五，SVG系统主回路、风电场以及电网反馈给SVG控制器的信号通过RTDS接口卡输出，接入SVG控制器对应的通道，作为SVG控制器完成SVG系统控制的控制参数，应用与SVG控制器进行SVG系统的控制。

根据上述五个步骤，形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统。

最后，在“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统中，通过修改RTDS中的电网模型、风电场实时仿真模型以及SVG系统主回路的实时仿真模型的参数，模拟各种工况，对风电场应用下的SVG控制器的性能开展系列测试，根据试验 标准及规范，评估SVG系统的无功补偿性能。

下面举例进行介绍：

将本发明的方法应用于某风电场的SVG系统的控制器测试中，所应用的风电场共包含19台2MW的风电机组，拟配备的SVG系统的容量为10Mvar、额定线电压为6kV。

利用本发明的方法形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统后，根据《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》中的相关规定，开展风电场应用下的SVG系统的系列性能试验，以下给出两种试验工况下的试验结果作为参考。

图3是根据《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》，开展“无功调节试验”，测试SVG在系统恒无功模式下SVG控制器的调节性能，对应SVG系统额定输出工况时候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG输出三相电压，IA/IB/IC表示SVG输出三相电流，IRMS表示SVG输出A相电流有效值。由于SVG系统额定线电压6KV，额定容量10Mvar，额定电流962A，在设定值为10Mvar的情况下，结合图3中的波形可以看出，满足《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》中要求的“恒无功运行模式且系统稳态下，无功输出和设定值之间的偏差的绝对值不大于设定值的5％”。

图4是根据《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》，开展“动态响应特性试验”中的“恒无功阶跃试验”，测试SVG系统的动态响应特性，对应SVG系统由0Mvar阶跃到额定输出工况时候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG输出三相电压，IA/IB/IC表示SVG输出三相电流，IQ表示dq坐标系下，SVG输出A相电流的q轴电流。结合图4中的波形可以看出，从0Mvar阶跃到10Mvar额定输出工况时候，满足“无功补偿装置系统响应时间≤30ms”的动态性能要求。

上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

由于采用了实时仿真技术，通过实时数字仿真仪RTDS搭建“RTDS+SVG控制器”的硬件在环系统，有效解决了现有的静止无功发生器的控制器性能测试方法存在不能开展风电场应用背景下的无功补偿性能的测试，测试效率较低，测试 能力有限的技术问题，进而实现了对风电场应用背景下的动态无功补偿装置的控制性能进行测试，仿真结果可重复、参数易调整、工况易模拟，既能模拟各种复杂工况，又能提高测试效率，降低测试成本的技术效果，另外，利用实时数字仿真仪RTDS建立电网、风电场、SVG系统主回路的实时仿真模型，确保了该测试方法适用于不同电压及容量等级的SVG系统。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。