构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法及装置与流程

本发明涉及新能源主动支撑电网，具体涉及一种构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法及装置。

背景技术：

1、当前，对于变流器及新能源发电单元的现场测试系统如图1所示，通过模拟电源中电力电子变流器的调制，产生不同的测试信号波形，以测试变流器的并网性能。

2、构网型变流器的有功调节不同于传统跟网逆变器的功率指令控制策略，也不依赖于pll跟踪电网电压相位，而是通过接入点频率的偏差自动产生相位角进行有功功率调节，可有效提升对频率异常事件的控制能力，被视为提高弱电网强度、支撑新能源高比例接入的可行解决方案。其相变有功控制框图如图2所示。图中， p eref、 p e分别为构网型变流器的输出功率参考值与实际值； ω0为额定角频率； j、 d分别为数字惯量与阻尼系数； ω v与δ ω v分别为变流器内部的实际角频率与角频率偏差； θ v、 θ g分别为变流器内部相位与网侧相位，δ θ为 θ v和 θ g两者的相位差； kp为电抗阻尼； s为微分算子。可以看出，当网侧相位发生跳变时，构网型变流器输出的有功与数字惯量、数字阻尼与电抗阻尼有关。

3、当前，构网型变流器通过模拟同步发电机的惯量与阻尼控制，被视为提高弱电网强度、支撑新能源高比例接入的可行解决方案。并可参照传统跟网型变流器的功率控制特性评估方法，对构网型变流器在电压/频率阶跃时的功率支撑能力进行评估。可是，在弱电网下，当电网阻抗发生变化或在故障条件下，变流器并网点处将发生明显相位跳变，此时如何定量评估构网型变流器的有功响应特性需开展进一步研究。

4、现有技术中，应用基于有源相位跳变发生装置的构网型变流器相变有功响应特性测试方案，通过预先设定相位跳变的幅值，再利用pwm波调制方法生成对应相位的电压波形，接入被测变流器，并根据测试波形对该变流器的相变有功响应特性进行定性分析。

5、然而，该方案的测试容量受限，独立使用时，一般只适用于强网中10mw以下的发电单元/单机现场测试，同时无法削弱测试过程中相变产生的励磁涌流影响、无法模拟电网强度与相为耦合变化的特性、无法对构网型变流器相变有功响应特性进行定量分析。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法及装置。

2、第一方面，提供一种构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法，所述构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法包括：

3、将待测构网型变流器的运行状态设置为测试状态；

4、调节预先构建的构网型变流器测试系统中无源相位跳变装置的档位，以使所述预先构建的构网型变流器测试系统产生预设次数次相位跳变；

5、获取所述预先构建的构网型变流器测试系统中测点的功率曲线，并基于所述功率曲线对待测构网型变流器进行相位跳变有功响应特性测试评估；

6、其中，所述预先构建的构网型变流器测试系统包括依次连接的无源相位跳变装置、箱式变压器、待测构网型变流器和储能电池。

7、优选的，所述将待测构网型变流器的运行状态设置为测试状态，包括：

8、设置待测构网型变流器工作在充电状态或放电状态，在50%的额定容量下运行，无功输出为零，且关闭所有附加的频率和有功控制。

9、优选的，所述无源相位跳变装置包括：电抗器l1、电抗器l2、电抗器l3、电抗器l4、电抗器l5、电抗器l6、挡位开关cb1、挡位开关cb2、挡位开关km1、挡位开关km2和电阻r；

10、所述电抗器l1、电抗器l2、电抗器l3、挡位开关km1依次串联后连接电阻r的一端；

11、所述电抗器l4、电抗器l5、电抗器l6、挡位开关cb2依次串联后连接电阻r的一端；

12、所述电抗器l2与电抗器l3之间的连接点连接挡位开关km2后连接电阻r的一端；

13、所述电阻r的另一端连接无源相位跳变装置的端侧连接点；

14、所述电抗器l1和电抗器l4分别连接无源相位跳变装置的网侧连接点；

15、所述无源相位跳变装置的网侧连接点与无源相位跳变装置的端侧连接点之间连接挡位开关cb1。

16、优选的，所述调节预先构建的构网型变流器测试系统中无源相位跳变装置的档位，以使所述预先构建的构网型变流器测试系统产生预设次数次相位跳变的过程中，每次相位跳变的幅值在预设范围内。

17、进一步的，所述预设次数为4，所述预设范围为10°至60°。

18、进一步的，所述相位跳变的幅值如下：

19、

20、上式中，δ θ为相位跳变的幅值， θ0、 θ1分别为相角跳变前后变流器内电势， rg、 xg分别为电网的内电阻与内电抗， rt、 xt分别为无源相位跳变发生装置的等效电阻与等效电抗， xin、 xtr分别为变流器的内电抗与箱变电抗。

21、进一步的，所述无源相位跳变发生装置的等效电抗如下：

22、

23、上式中，l1、l2、l3、l4、l5、l6为分别为所述无源相位跳变装置中电抗器l1、电抗器l2、电抗器l3、电抗器l4、电抗器l5、电抗器l6的电感量，ω为角频率，cb1、cb2、km1、km2均为所述无源相位跳变发生装置中档位开关的编号。

24、进一步的，所述电网的内电阻与内电抗如下：

25、

26、上式中， i0为相角跳变前的网侧电流幅值， ug0为相角跳变前的网侧电压， α为相角跳变前的网侧相角差。

27、优选的，所述测点包括：所述无源相位跳变装置与箱式变压器之间的网侧测点和所述箱式变压器与待测构网型变流器之间的端侧测点。

28、优选的，所述基于所述功率曲线对待测构网型变流器进行相位跳变有功响应特性测试评估，包括：

29、基于所述功率曲线确定待测构网型变流器的相位跳变有功响应特性指标值；

30、若待测构网型变流器的相位跳变有功响应特性指标值满足预设约束条件，则待测构网型变流器的相位跳变有功响应能力合格，否则，待测构网型变流器的相位跳变有功响应能力不合格。

31、进一步的，所述待测构网型变流器的相位跳变有功响应特性指标值包括下述中的至少一种：待测构网型变流器的相变有功控制偏差、超调量、响应时间、调节时间。

32、进一步的，所述待测构网型变流器的相变有功控制偏差为相变有功控制的理论极值与所述功率曲线的极值之差；

33、所述待测构网型变流器的超调量为所述功率曲线的最大值与待测构网型变流器的有功初始值之差；

34、所述待测构网型变流器的响应时间为自相位跳变时刻开始至相变有功调节量达到相变有功控制的理论极值与待测构网型变流器的有功初始值之差的90％所需时间；

35、所述待测构网型变流器的调节时间为自相位跳变时刻开始至待测构网型变流器的有功功率波动不超过其额定出力±1％的最短时间。

36、进一步的，所述相变有功控制的理论极值如下：

37、

38、上式中， iea、 ieb、 iec分别为a、b、c三相的箱变励磁涌流在极值点时刻的幅值，δ pt1为相变有功控制的理论极值， e1为相角跳变后变流器内电势， θ0、 θ1分别为相角跳变前后变流器内电势， ug1为相位跳变后的网侧电压幅值， rg为电网的内电阻， rt为无源相位跳变发生装置的等效电阻， xt为无源相位跳变发生装置的等效电抗， xin、 xtr分别为变流器的内电抗与箱变电抗。

39、进一步的，所述a、b、c三相的箱变励磁涌流在极值点时刻为a、b、c三相的箱变磁通的最大值所对应的时刻，所述a、b、c三相的箱变磁通对应曲线表达式如下：

40、

41、上式中，φa、φb、φc分别为a、b、c三相的箱变磁通，φsy为箱变的剩磁， β为相角跳变幅值， ug1m为网侧电压的幅值，ω为角频率，t为当前时刻。

42、进一步的，所述预设约束条件包括下述中的至少一种：所述待测构网型变流器的相变有功控制偏差不大于10%，所述待测构网型变流器的超调量不大于20%，所述待测构网型变流器的响应时间不大于20ms所述待测构网型变流器的调节时间不大于150ms。

43、第二方面，提供一种构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估装置，所述构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估装置包括：

44、设置模块，用于将待测构网型变流器的运行状态设置为测试状态；

45、调节模块，用于调节预先构建的构网型变流器测试系统中无源相位跳变装置的档位，以使所述预先构建的构网型变流器测试系统产生预设次数次相位跳变；

46、测试模块，用于获取所述预先构建的构网型变流器测试系统中测点的功率曲线，并基于所述功率曲线对待测构网型变流器进行相位跳变有功响应特性测试评估；

47、其中，所述预先构建的构网型变流器测试系统包括依次连接的无源相位跳变装置、箱式变压器、待测构网型变流器和储能电池。

48、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

49、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

50、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法。

51、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法。

52、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

53、本发明提供了一种构网型变流器相位跳变有功响应特性测试评估方法及装置，包括：将待测构网型变流器的运行状态设置为测试状态；调节预先构建的构网型变流器测试系统中无源相位跳变装置的档位，以使所述预先构建的构网型变流器测试系统产生预设次数次相位跳变；获取所述预先构建的构网型变流器测试系统中测点的功率曲线，并基于所述功率曲线对待测构网型变流器进行相位跳变有功响应特性测试评估；本发明提供的技术方案，可以准确有效的定量评估构网型变流器的相变有功支撑能力，在证明构网型控制有功支撑能力的同时，为制造厂商的产品型式试验、变流器现场检测提供可参考的构网相变有功支撑能力测试评估方法，具体的：

54、本发明的无源相位跳变发生装置，通过设置不同的电抗挡位产生满足测试需求的相位跳变幅度；通过设置电阻来加快测试过程中所产生的励磁涌流的衰减，减少其对测试结果的影响；同时，该装置具备模拟电网强度与相位耦合变化特性的能力。

55、本发明的构网型变流器相位跳变有功支响应特性评估方法，通过相变有功控制偏差、超调量、响应时间与调节时间来定量评估变流器相位有功支撑能力的同时，对于测试过程中产生的励磁涌流，提出了一种含补偿励磁涌流的有功支撑理论值计算方法。