双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统及方法，其中系统包括：电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、风电场设备、及双馈风机设备的实时数字仿真模型；所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中；待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接。本发明可以灵活简便地实现双馈风机次同步谐振硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确。
【专利说明】
双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电力技术领域，尤其涉及双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统及方法。
【背景技术】
[0002]风电已成为中国能源战略的重要组成部分。但由于我国相当一大部分风电集中在新疆、甘肃、内蒙古等西北地区，而我国能源负荷中心却集中在东南沿海地区，因此在进行电力输送时必须采取高电压、大容量的输电模式实现“西电东送”。考虑到新建输电线路所带来的工程造价、输电走廊占用等问题，提高现有交流线路的输送能力具有非常重要的意义。在输电线路中加入串补电容器可以减小线路电抗，提高输电系统静态稳定极限和输送能力。
[0003]随着输电系统的发展，串补电容器得到越来越多的应用，也取得了较好的经济效益。但是这种远距离、高串补度的输电方式可能会诱发风电系统的次同步谐振问题，从而影响大规模风电基地及外送系统的安全稳定运行。目前，仅是从学术上定性认识到风电系统通过串补输送时存在发生次同步谐振的风险，但却没有一套行之有效的定量测试方法和系统。
[0004]目前对风电次同步谐振的分析主要采用特征值计算和时域仿真的方法，特征值计算需要双馈机组详细的参数，往往难以获取;时域仿真通常采用经典的风机模型，并未考虑不同厂家的风机在次同步谐振时的不同表现，并且时域仿真与实际情况存在差异，与工程实际的一致性有待校核。因此，目前还缺乏一种贴近工程实际、切实可行的、能够考虑不同厂家产品差异性的次同步谐振测试方法和系统。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，用以灵活简便地实现双馈风机次同步谐振硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，该双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统包括:
[0006]电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、风电场设备、及双馈风机设备的实时数字仿真模型;所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中；
[0007]待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接。
[0008]—个实施例中，所述电网包括无穷大电压、输电线路、变压器及串补;所述风电场设备包括风电场的变压器及汇集线路;所述双馈风机设备包括风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路。
[0009]—个实施例中，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括:电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合；
[0010]所述实时数字仿真模型输出的数字量包括:网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。
[0011]一个实施例中，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括:网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号，网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。
[0012]一个实施例中，所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB。
[0013]本发明实施例还提供一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，用以灵活简便地实现双馈风机次同步谐振硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，该双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法包括:
[0014]在上述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统接入待测双馈风机控制器；
[0015]通过设置运行工况或双馈风机控制器的参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振；
[0016]提取所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的电压及电流信号，分析所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的次同步谐振特征；
[0017]改变运行工况或双馈风机控制器的参数，重复上述激发次同步谐振及分析次同步谐振特征的过程。
[0018]—个实施例中，通过设置运行工况，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括:
[0019]通过在所述实时数字仿真模型投入线路上的串联补偿电容，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。
[0020]一个实施例中，通过设置运行工况，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括:
[0021]通过降低仿真工况中的风速，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振；
[0022]或，改变仿真工况中的并网风机台数至并网风机台数在设定范围内时，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。
[0023]—个实施例中，通过设置双馈风机控制器的参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括:
[0024]通过设置机侧和网侧变流器内外环控制参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。
[0025]—个实施例中，通过设置机侧和网侧变流器内外环控制参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括:
[0026]通过设置机侧变流器电流内环比例系数超过设定值，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。
[0027]在本发明实施例中，通过在电力电子实时仿真平台搭建实时数字仿真模型进行双馈风机次同步谐振硬件在环测试，与现有采用特征值计算的方案相比，无需获取双馈机组详细的参数，即可利用电力电子实时仿真平台和所连接的待测双馈风机控制器进行实时仿真，分析双馈风机次同步谐振。
[0028]在本发明实施例中，将数字仿真与实际待测双馈风机控制器相结合，与现有采用时域仿真法测量双馈风机数字模型的次同步谐振相比，数字仿真模型可以根据不同厂家进行差异化设计，并且不但适用于经典的双馈风机模型，而且考虑实际存在的电网、风电场设备、及双馈风机设备等环节，可以使测试结果更加准确;并且考虑了实际双馈风机控制器的影响，可以使测试过程更接近工程实际，提升对工程实际的指导意义。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中:
[0030]图1为本发明实施例中双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的示意图；
[0031]图2为本发明实施例中基于RT-LAB的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统实例图；
[0032]图3为本发明实施例中双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法的示意图；
[0033]图4为本发明实施例中双馈风机次同步谐振硬件在环测试结果次同步谐振波形实例图。
【具体实施方式】
[0034]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0035]为了灵活简便地实现双馈风机次同步谐振硬件在环测试，并接近工程实际，使测试结果更加准确，本发明实施例提供一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，如图1所示，该双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统可以包括:
[0036]电力电子实时仿真平台I，电力电子实时仿真平台I搭建有包括电网、风电场设备、及双馈风机设备的实时数字仿真模型11;实时数字仿真模型11经实时化后下载至电力电子实时仿真平台I的仿真机12中；
[0037]待测双馈风机控制器2，通过仿真机12的输入输出接口121，与实时数字仿真模型11进行连接。
[0038]可以得知，本发明实施例的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，能够实现双馈风机控制器的硬件在环测试，在实时数字仿真模型中能够灵活设置测试条件和运行工况，操作简便灵活，而且采用物理控制器，较之现有技术中完全采用数字仿真的方案更接近工程实际。该测试系统能够考虑实际控制器的影响，实现对不同厂家双馈风机的次同步谐振测量。
[0039]实施例中该双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，可以在实时数字仿真模型中设置不同的运行工况或修改控制器参数等，测试不同的测试条件下是否会发生次同步谐振以及根据双馈风机的响应情况等分析不同测试条件下的次同步谐振特征，从而通过仿真测试对双馈风机次同步谐振特性进行全面的分析。
[0040]具体实施时，可以采用多种电力电子实时仿真平台实现双馈风机次同步谐振硬件在环测试。例如可以基于RT-LAB等电力电子实时仿真平台进行双馈风机次同步谐振硬件在环测试。以RT-LAB为例，可以在RT-LAB中搭建包括电网、风电场设备、及双馈风机设备等的实时数字仿真模型，将某厂家的双馈风机控制器通过RT-LAB仿真机的1接口与在RT-LAB搭建的实时数字仿真模型相连，从而实现用于双馈风机次同步谐振测试的硬件在环仿真系统，该系统采用双馈风机变流器控制器实物与数字仿真模型构成一闭环系统。
[0041]具体实施时，实时数字仿真模型中的电网可以包括无穷大电压、输电线路、变压器及串补等;风电场设备可以包括风电场的变压器及汇集线路等;双馈风机设备可以包括风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路等。在实时数字仿真模型中可以设置特定的运行工况，激发次同步谐振进行分析。
[0042]图2为本发明实施例中基于RT-LAB的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统实例图。如图2所示，在RT-LAB搭建的实时数字仿真模型包括代表大电网的无穷大电压，所研究电网的输电线路、变压器及串补等，风电场的变压器及汇集线路等设备，风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路等的数字模型。实时数字仿真模型经实时化后可以编译成C代码，并下载到RT-LAB仿真机中。图2中与实时数字仿真模型相连接的是双馈风机控制器实物，可以采用不同厂家已经市场化的产品，与现场运行的双馈风机中安装的控制器一致;也可以采用正在研制中的产品进行测试。控制器实物与实时数字仿真模型通过RT-LAB仿真机上的1接口进行连接。图2中示出了数字仿真模型上的传输线路、电压源、风机汇集线、风电机组控制器实物等，还示出了仿真机1接口输出或输入的220KV电压信号、机端电压信号、机端电流信号及风机控制信号。
[0043]具体实施时，实时数字仿真模型输出的模拟量可以包括:电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速等其中之一或任意组合。具体实施时，实时数字仿真模型输出的数字量可以包括:网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号等。具体实施时，实时数字仿真模型输入的数字量可以包括:网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号，网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号等其中之一或任意组合。
[0044]图3为本发明实施例中双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法的示意图，如图3所示，该双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法可以包括:
[0045]步骤301、在上述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统接入待测双馈风机控制器；
[0046]步骤302、通过设置运行工况或双馈风机控制器的参数，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振；
[0047]步骤303、提取双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的电压及电流信号，分析双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的次同步谐振特征；
[0048]步骤304、改变运行工况或双馈风机控制器的参数，重复上述激发次同步谐振及分析次同步谐振特征的过程。
[0049]如前所述，本发明实施例中双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法能够将实际的双馈风机控制器接入到上述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统中，使测试结果与工程实际更为接近，又避免了现场测试的局限性。该测试方法能够对不同厂家控制器在次同步谐振情况下的响应情况进行测试，便于评估其次同步谐振的风险，划定次同步谐振稳定边界。
[0050]举一例，双馈风机次同步谐振的测试步骤可以如下:
[0051]①利用前文的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，接入待测双馈风机控制器。
[0052]②通过设置特定的运行工况或控制器参数等，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统次同步谐振。
[0053]③提取电压、电流等电气量，分析次同步谐振特征。
[0054]④改变仿真工况或控制器参数等，测试双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统在不同条件下是否会发生次同步谐振以及不同条件下的次同步谐振特征。通过仿真测试对双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的次同步谐振特性进行全面的分析。
[0055]具体实施时，通过设置运行工况，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振可以采用多种方法，例如，可以通过在实时数字仿真模型投入线路上的串联补偿电容，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。实施例中可以首先将实时数字仿真模型中的串补短路，将双馈风机接到不包含串补的实时数字仿真模型，待运行稳定后，投入串补，激发次同步谐振。又如，可以通过降低仿真工况中的风速，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。或者，可以改变仿真工况中的并网风机台数至并网风机台数在设定范围内时，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。当并网风机台数在某一特定范围内时，系统阻尼最差，最容易发生次同步谐振。
[0056]具体实施时，通过设置双馈风机控制器的参数，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振也可以采用多种方法，例如，通过设置机侧和网侧变流器内外环控制参数，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。例如，通过设置机侧变流器电流内环比例系数超过设定值，激发双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。在机侧变流器电流内环比例系数较大时，双馈风机负阻尼绝对值较大，更容易发生次同步谐振。
[0057]举一例，利用上述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，接入国内某主流变流器控制器厂家的2MW双馈风机控制器，在特定工况下得到的次同步谐振波形如图4所示。
[0058]综上所述，在本发明实施例中，通过在电力电子实时仿真平台搭建实时数字仿真模型进行双馈风机次同步谐振硬件在环测试，与现有采用特征值计算的方案相比，无需获取双馈机组详细的参数，即可利用电力电子实时仿真平台和所连接的待测双馈风机控制器进行实时仿真，分析双馈风机次同步谐振；
[0059]在本发明实施例中，将数字仿真与实际待测双馈风机控制器相结合，与现有采用时域仿真法测量双馈风机数字模型的次同步谐振相比，数字仿真模型可以根据不同厂家进行差异化设计，并且不但适用于经典的双馈风机模型，而且考虑实际存在的电网、风电场设备、及双馈风机设备等环节，可以使测试结果更加准确;并且考虑了实际双馈风机控制器的影响，可以使测试过程更接近工程实际，提升对工程实际的指导意义。
[0060]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0061]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0062]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0063]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0064]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，其特征在于，包括: 电力电子实时仿真平台，所述电力电子实时仿真平台搭建有包括电网、风电场设备、及双馈风机设备的实时数字仿真模型;所述实时数字仿真模型经实时化后下载至所述电力电子实时仿真平台的仿真机中； 待测双馈风机控制器，通过所述仿真机的输入输出接口，与所述实时数字仿真模型进行连接。2.如权利要求1所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，其特征在于，所述电网包括无穷大电压、输电线路、变压器及串补;所述风电场设备包括风电场的变压器及汇集线路;所述双馈风机设备包括风电机组的轴系、电机、变流器主电路、保护电路及滤波支路。3.如权利要求1所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真模型输出的模拟量包括:电网电压、电网电流、定子电压、定子电流、网侧电压、网侧模块电流、机侧电压、机侧模块电流、直流母线电压、Crowbar电压及转子转速其中之一或任意组合； 所述实时数字仿真模型输出的数字量包括:网侧接触器合闸信号和/或励磁接触器合闸信号。4.如权利要求1所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，其特征在于，所述实时数字仿真模型输入的数字量包括:网侧变流器IGBT脉冲信号、机侧变流器IGBT脉冲信号，网侧接触器合闸信号及励磁接触器合闸信号其中之一或任意组合。5.如权利要求1至4任一项所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统，其特征在于，所述电力电子实时仿真平台包括RT-LAB。6.一种双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，其特征在于，包括: 在权利要求1至5任一所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统接入待测双馈风机控制器； 通过设置运行工况或双馈风机控制器的参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振； 提取所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的电压及电流信号，分析所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统的次同步谐振特征； 改变运行工况或双馈风机控制器的参数，重复上述激发次同步谐振及分析次同步谐振特征的过程。7.如权利要求6所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，其特征在于，通过设置运行工况，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括: 通过在所述实时数字仿真模型投入线路上的串联补偿电容，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。8.如权利要求6所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，其特征在于，通过设置运行工况，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括: 通过降低仿真工况中的风速，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振； 或，改变仿真工况中的并网风机台数至并网风机台数在设定范围内时，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。9.如权利要求6所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，其特征在于，通过设置双馈风机控制器的参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括: 通过设置机侧和网侧变流器内外环控制参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。10.如权利要求9所述的双馈风机次同步谐振硬件在环测试方法，其特征在于，通过设置机侧和网侧变流器内外环控制参数，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振，包括: 通过设置机侧变流器电流内环比例系统超过设定值，激发所述双馈风机次同步谐振硬件在环测试系统发生次同步谐振。
【文档编号】G05B23/02GK106020168SQ201610509546
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】李蕴红, 刘辉, 宁文元, 李 雨, 江浩, 吴林林, 徐海翔
【申请人】华北电力科学研究院有限责任公司, 国家电网公司, 国网冀北电力有限公司电力科学研究院, 国网冀北电力有限公司