一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法、装置及系统与流程

本发明涉及于虚拟同步发电机的测试技术领域，具体涉及一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法、装置及系统。

背景技术：

虚拟同步机模拟了真实同步发电机的特性，能够为电网提供频率和电压支撑，并具有主动调频功能。随着虚拟同步发电机在分布式发电领域的广泛应用，虚拟同步机与电网的交互影响日趋凸显。当电网电压跌落时，如果虚拟同步发电机不具备低电压穿越能力会导致相应区域的虚拟同步发电机退出运行，这会破坏电网的有功功率平衡，严重危及电网的安全稳定运行。因此，需要有效的测试系统对虚拟同步机的低电压穿越能力进行检测。传统低电压测试系统主要是基于电网模拟器的，其缺点缺乏灵活性与安全性，尤其是当虚拟同步机功率、电压等级较大时，需相应的提高用于测试的电网模拟器的功率及电压等级，会大幅提高测试的成本。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法、装置及系统，克服了现有技术中采用基于电网模拟器缺乏灵活性与安全性且成本高的缺陷。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法，所述虚拟同步机仿真模型包括：分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，所述电网仿真模型、虚拟同步机硬件电路仿真模型与虚拟同步机控制器依次连接；所述测试方法包括：接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将所述跌落深度参数输入所述电网仿真模型；获取所述虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应；根据所述响应测试所述虚拟同步机。

优选地，所述根据所述响应测试所述虚拟同步机的步骤，包括：根据所述响应生成所述虚拟同步机的低电压穿越特性曲线；将所述低电压穿越特性曲线与预设低电压穿越特性曲线做对比；根据对比结果判断所述虚拟同步机低电压的穿越特性是否合格。

根据第二方面，本发明实施例一种虚拟同步机低电压穿越特性测试装置，所述虚拟同步机仿真模型包括：分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，所述电网仿真模型、虚拟同步机硬件电路仿真模型与虚拟同步机控制器依次连接；所述测试装置包括：跌落深度参数设定模块，用于接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将所述跌落深度参数输入所述电网仿真模型；跌落深度响应获取模块，用于获取所述虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应；测试模块，用于根据所述响应测试所述虚拟同步机。

优选地，上述的基于虚拟同步机仿真模型的低电压穿越测试装置，所述测试模块包括：低电压穿越特性曲线生成子模块，用于根据所述响应生成所述虚拟同步机的低电压穿越特性曲线；曲线对比子模块，用于将所述低电压穿越特性曲线与预设低电压穿越特性曲线做对比；判断子模块，用于根据对比结果判断所述的虚拟同步机低电压穿越特性是否合格。

根据第三方面，一种虚拟同步机低电压穿越特性测试系统，包括：实时仿真机、虚拟同步机控制器及上述的测试装置，其中，所述实时仿真机用于分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，所述电网仿真模型、虚拟同步机硬件电路仿真模型与虚拟同步机控制器依次连接，根据用户输入的不同时刻的跌落深度参数运行所述虚拟同步机硬件电路仿真模型及电网仿真模型，输出模拟信号；所述虚拟同步机控制器根据所述实时仿真机输出模拟信号及根据预设调整策略，输出数字信号调节所述实时仿真机中所述虚拟同步机硬件电路模型的运行状态；所述测试装置根据实时仿真机中所述虚拟同步机硬件电路模型的运行状态的运行状态得到虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，并根据所述响应测试所述虚拟同步机。

优选地，上述的虚拟同步机低电压穿越特性测试系统，还包括：信号调理板，所述信号调理板分别与所述实时仿真机和虚拟同步机控制器相连接，用于根据所述虚拟同步机控制器的输入信号的大小范围，调整所述实时仿真机输出的模拟信号，并根据所述实时仿真机输入信号的大小范围，调整所述虚拟同步机控制器输出的数字信号。

优选地，所述实时仿真机运行所述电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，记录并显示电网三相电压、虚拟同步机端口三相电压、虚拟同步机端口三相电流、虚拟同步机三相滤波电容电压、虚拟同步机逆变侧三相电流以及直流侧电压中的至少之一。

优选地，所述实时仿真机还用于计算、记录并显示所述虚拟同步机硬件电路仿真模型的有功功率与无功功率中的至少之一。

优选地，所述虚拟同步机硬件电路仿真模型包括：直流电源模型、直流侧滤波电容模型、三相逆变桥模型以、lcl三相滤波器模型及三相并网开关模型中的至少之一。

优选地，所述电网仿真模型包括可编程的三相理想电压源模型和三相输电线路模型中的至少之一，其中，所述可编程的三相理想电压源模型的各相电压幅值设置为时间相关函数。

优选地，所述模拟信号包括：虚拟同步机端口三相电压、虚拟同步机端口三相电流、虚拟同步机三相滤波电容电压、虚拟同步机逆变侧三相电流以及直流侧电压中的至少之一。

优选地，所述数字信号包括：所述虚拟同步机控制器产生的脉冲宽度调制脉冲信号及并网开关控制信号，其中，所述脉冲宽度调制脉冲信号用于控制所述硬件仿真电路模型中开关管的通断；所述并网开关控制信号用于控制硬件仿真电路模型中并网开关的通断。

根据第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的虚拟同步机低电压穿越特性测试方法。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法、装置及系统，通过硬件在环(hil)的测试方式实现对虚拟同步机低电压穿越性能的测试，通过接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将跌落深度参数输入电网仿真模型；获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，根据响应生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。本发明实施例提供的方法在测试过程中电压等级在十伏左右，不涉及强电，安全性高；通过实时仿真电网，使电网电压幅值灵活改变，便捷性高，无需真实的电网模拟器或可编程交流电压源，即可对不同电压、功率等级的虚拟同步机完成低电压穿越性能测试，成本低测试过程不会损坏虚拟同步机的实际硬件。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越测试方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试方法的另一个具体示例的流程图；

图3为本发明实施例提供的风电场的低电压穿越特性曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试装置的一个具体示例的示意图；

图5为本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试系统的一个具体示例的组成图；

图6为本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试系统的另一个具体示例的组成图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种虚拟同步机低电压穿越特性测试方法，所述测试方法基于虚拟同步机仿真模型进行，其虚拟同步机仿真模型包括：分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，电网仿真模型、虚拟同步机硬件电路仿真模型与虚拟同步机控制器依次连接；如图1所示，所述测试方法包括如下步骤：

步骤s1：接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将跌落深度参数输入电网仿真模型。

在本发明实施例中，可以将电路仿真模型的各相电压幅值独立设置为时间相关的函数，各相电压幅值可在任意时刻发生任意深度的跌落。

步骤s2：获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应。

在本发明实施例中，虚拟同步机控制器根据虚拟同步机仿真模型在不同的跌落深度运行所输出的相关模拟信号，以及虚拟同步机控制器内预设的调整策略，控制虚拟同步机仿真模型中虚拟同步机硬件电路仿真模型的运行状态，根据运行状态获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应。

步骤s3：根据响应测试虚拟同步机。

在本发明实施例中，根据上述虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，测试虚拟同步机的低电压穿越特性。

在一较佳实施例中，如图2所示，执行步骤s3具体包括：

步骤s4：根据响应生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。

在本发明实施例中，根据上述虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。

步骤s5：将低电压穿越特性曲线与预设低电压穿越特性曲线做对比。

本发明实施例中的预设低电压穿越特性曲线是指为了规范接入到电网中的发电设备，国家制定相应的标准来检测发电站的低电压穿越特性，低电压穿越是指并入电网的发电站，在电网电压跌落后，在规定的电压跌落的时间内发电站能不脱网继续运行，同时能够提供无功电流支撑电网。例如：针对风力发电制定的gb/t19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》，针对光伏发电制定的gb/t19964—2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》，这两个国标中都要求接入电网的发电站通过低电压穿越检测测试。具体地例如如图3所示的风电场的低电压穿越特性曲线。

本发明实施例中，通过测试获取的低电压穿越特性曲线与上述的预设低电压穿越特性曲线做对比，生成比对结果。

步骤s6：根据对比结果判断虚拟同步机的低电压穿越特性是否合格。

本发明实施例中，比对结果例如可以是：判断两个曲线的重合偏差是否在预设的偏差范围，若是在预设范围内则虚拟同步机低电压穿越特性符合要求，若是超出预设范围内则虚拟同步机不合格。例如将本发明实施例中获取的低电压穿越特性曲线与图3中的曲线做对比，如当电压跌至20％标称电压后，当虚拟同步机控制器发送的控制信号控制虚拟同步机响应，保证不脱网连续运行630ms，则虚拟同步机低电压穿越特性符合要求。

本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试方法，通过硬件在环(hil)的测试方式实现对虚拟同步机低电压穿越性能的测试，通过接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将跌落深度参数输入电网仿真模型；获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，根据响应生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。本发明实施例提供的方法在测试过程中电压等级在十伏左右，不涉及强电，安全性高；通过实时仿真电网，使电网电压幅值灵活改变，便捷性高，无需真实的电网模拟器或可编程交流电压源，即可对不同电压、功率等级的虚拟同步机完成低电压穿越性能测试，成本低且保证在测试过程不会损坏虚拟同步机的实际硬件。

实施例2

本发明实施例提供一种虚拟同步机低电压穿越特性测试装置，所述虚拟同步机仿真模型包括：分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，所述电网仿真模型、虚拟同步机硬件电路仿真模型与虚拟同步机控制器依次连接；如图4所示，所述测试装置包括：

跌落深度参数设定模块1，用于接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将所述跌落深度参数输入所述电网仿真模型。此模块执行实施例1中的步骤s1所描述的方法，在此不再赘述。

跌落深度响应获取模块2，用于获取所述虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应。此模块执行实施例1中的步骤s2的方法，在此不再赘述。

测试模块3，用于根据所述测试所述虚拟同步机。此模块执行实施例1中的步骤s3所描述的方法，在此不再赘述。

在一较佳实施例中，所述测试模块3具体包括：

低电压穿越特性曲线生成子模块31，用于根据所述响应生成所述虚拟同步机的低电压穿越特性曲线；此模块执行实施例1中的步骤s4所描述的方法，在此不再赘述。

曲线对比子模块32，用于将所述低电压穿越特性曲线与预设低电压穿越特性曲线做对比。此模块执行实施例1中的步骤s5所描述的方法，在此不再赘述。

判断子模块33，用于根据对比结果判断所述虚拟同步机的低电压穿越特性是否合格。此模块执行实施例1中的步骤s6所描述的方法，在此不再赘述。

本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试装置，通过硬件在环(hil)的测试方式实现对虚拟同步机低电压穿越性能的测试，通过接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将跌落深度参数输入电网仿真模型；获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，根据响应生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。本发明实施例提供的系统，在测试过程中电压等级在十伏左右，不涉及强电，安全性高；通过实时仿真电网，使电网电压幅值灵活改变，便捷性高，无需真实的电网模拟器或可编程交流电压源，即可对不同电压、功率等级的虚拟同步机完成低电压穿越性能测试，成本低且保证在测试过程不会损坏虚拟同步机的实际硬件。

实施例3

本发明实施例中提供一种虚拟同步机低电压穿越特性测试系统，如图5所示，包括：实时仿真机11、虚拟同步机控制器12及测试装置13，其中：

本发明实施例中，该测试装置13可以例如是上述实施例2所述的测试装置及其实现的功能。

本发明实施例中，如图6所示，实时仿真机11用于分别根据电网系统及虚拟同步机的电路结构构建的电网仿真模型111及虚拟同步机硬件电路仿真模型112，电网仿真模型111、虚拟同步机硬件电路仿真模型112与虚拟同步机控制器12依次连接，根据用户输入的不同时刻的跌落深度参数运行虚拟同步机硬件电路仿真模型112及电网仿真模型111，输出模拟信号。

本发明实施例中，实时仿真机11可选的有rt-lab、rtds、niveristand、dspace,或者typhoon，但是并不以此为限。在一较佳实施例中，上述的模拟信号可以为虚拟同步机端口三相电压、虚拟同步机端口三相电流、虚拟同步机三相滤波电容电压、虚拟同步机逆变侧三相电流以及直流侧电压中的至少之一。

虚拟同步机控制器12根据实时仿真机输出模拟信号及根据预设调整策略，输出数字信号调节实时仿真机11中虚拟同步机硬件电路模型的运行状态，测试装置13根据实时仿真机中虚拟同步机硬件电路模型的运行状态的运行状态得到虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应。

在一较佳实施例中，上述的数字信号包括所述虚拟同步机控制器产生的脉冲宽度调制脉冲信号及并网开关控制信号，其中，脉冲宽度调制脉冲信号用于控制所述硬件仿真电路模型中开关管(图6中的g)的通断；并网开关控制信号用于控制硬件仿真电路模型中并网开关(图6中的s)的通断。

在一较佳实施例中，如图6所示，上述的虚拟同步机低电压穿越特性测试系统，还包括：信号调理板14，信号调理板14通过数据连接线线分别与实时仿真机11和虚拟同步机控制器12相连接，用于根据虚拟同步机控制器12的输入信号的大小范围，调整实时仿真机11输出的模拟信号，并根据实时仿真机11输入信号的大小范围，调整所述虚拟同步机控制器12输出的数字信号。

在一较佳实施例中，实时仿真机11运行电网仿真模型及虚拟同步机硬件电路仿真模型，记录并显示电网三相电压、虚拟同步机端口三相电压、虚拟同步机端口三相电流、虚拟同步机三相滤波电容电压、虚拟同步机逆变侧三相电流以及直流侧电压中的至少之一，还用于计算、记录并显示所述虚拟同步机硬件电路仿真模型的有功功率与无功功率中的至少之一。

在一较佳实施例中，虚拟同步机硬件电路仿真模型包括：直流电源模型、直流侧滤波电容模型、三相逆变桥模型以、lcl三相滤波器模型及三相并网开关模型中的至少之一。

在一较佳实施例中，电网仿真模型包括可编程的三相理想电压源模型和三相输电线路模型中的至少之一，其中，所述可编程的三相理想电压源模型的各相电压幅值设置为时间相关函数。

本发明实施例提供了一种本发明实施例提供的虚拟同步机低电压穿越特性测试系统，通过硬件在环(hil)的测试方式实现对虚拟同步机低电压穿越性能的测试，通过接收用户输入的不同时刻的跌落深度参数，将跌落深度参数输入电网仿真模型；获取虚拟同步机硬件电路仿真模型在不同的跌落深度下的响应，根据响应生成虚拟同步机的低电压穿越特性曲线。本发明实施例提供的方法在测试过程中电压等级在十伏左右，不涉及强电，安全性高；通过实时仿真电网，使电网电压幅值灵活改变，便捷性高，无需真实的电网模拟器或可编程交流电压源，即可对不同电压、功率等级的虚拟同步机完成低电压穿越性能测试，成本低且保证在测试过程不会损坏虚拟同步机的实际硬件。

实施例4

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意方法实施例1中的虚拟同步机低电压穿越特性测试方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。