构网型变流器谐波抑制能力测试系统及其测试、评估方法与流程

1.本发明涉及构网型变流器对电网谐波抑制的技术领域，尤其是指一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统及其测试、评估方法。


背景技术：

2.随着可再生能源发电的发展，电网中电力电子设备的占比逐步增大，电网整体呈现惯量减小、强度变弱等趋势。为保证电网的稳定和安全运行，电力电子变流器需要实现乃至替代传统同步电机的功能及作用，构网型变流器应运而生，逐渐成为主流发展趋势。但针对构网型变流器的动态特性，尤其对电网谐波抑制特性的准确定义和规范化并未达成一致。因此，需要拥有一套标准化的测试方法去界定其控制性能指标，比如评估其对电网谐波抑制特性的动态稳定性。


技术实现要素：

3.本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统，该系统结构简单可靠，操作方便，可大量节省测试时间及成本。
4.本发明的第二目的在于提供一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统的测试方法。
5.本发明的第三目的在于提供一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统的评估方法。
6.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统，包括：
7.非线性负载non-linear load及其控制开关s
load
，该非线性负载non-linear load用于提供不同频率特性的谐波，其控制开关s
load
用于控制非线性负载non-linear load并网或离网；
8.模拟电网grid及其控制开关s
grid
，该模拟电网grid用于为非线性负载non-linear load提供稳定电压，并模拟故障，其控制开关s
grid
用于控制模拟电网grid的状态；
9.数据采集装置，用于采集构网型变流器侧三相电流瞬时值(i
gfc,a
、i
gfc,b
、i
gfc,c
)、电网侧三相电压瞬时值(v
grid,a
、v
grid,b
、v
grid,c
)和三相电流瞬时值(i
grid,a
、i
grid,b
、i
grid,c
)及非线性负载侧三相电流瞬时值(i
load,a
、i
load,b
、i
load,c
)；
10.其中，所述构网型变流器gfc配置有用于控制自身并/离网状态的并网开关s
gfc
，所述构网型变流器gfc和非线性负载non-linear load通过电缆并联后与模拟电网grid通过电缆串联，所述构网型变流器gfc由于其电压源特性，能够在电网故障时为非线性负载non-linear load提供电压支撑，所述数据采集装置通过信号线连接于构网型变流器gfc侧、模拟电网侧、非线性负载侧的信号采集点。
11.优选的，所述非线性负载non-linear load由3个相同的单相整流器组成，每一个整流器由一个h4二极管桥、一个在直流侧的电阻器r
p
和电容器c通过电线并联后，再与一个
在交流侧的电阻器rs通过电线串联组成。
12.优选的，所述数据采集装置采样频率不低于10khz。
13.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：构网型变流器谐波抑制能力测试系统的测试方法，包括以下步骤：
14.1)s
grid
为常闭状态、s
load
为常开状态；
15.2)设置非线性负载non-linear load的特性和容量；
16.3)闭合s
gfc
，将构网型变流器gfc接入模拟电网grid，构网型变流器gfc功率设定值为0，保证与模拟电网grid同步并稳定运行；
17.4)闭合s
load
，将非线性负载non-linear load接入模拟电网grid；
18.5)开启数据采集装置，启动录波功能；
19.6)以特定步长逐步升高构网型变流器gfc的功率设定点p
gfc,set
，每个步长保持预设时间，直到功率设定点p
gfc,set
达到构网型变流器gfc的额定功率，且构网型变流器gfc在额定功率设定点pn稳定运行，保持预设时间；
20.7)断开s
gfc
，切出构网型变流器gfc；
21.8)停止数据采集装置，对采集到的数据进行分析，完成测试。
22.优选的，在步骤6)中，所述特定步长为25％sn，其中sn为构网型变流器gfc的额定视在功率。
23.本发明的第三目的通过下述技术方案实现：构网型变流器谐波抑制能力测试系统的评估方法，该方法是根据数据采集装置采集的数据：构网型变流器侧三相电流瞬时值(i
gfc,a
、i
gfc,b
、i
gfc,c
)、电网侧三相电压瞬时值(v
grid,a
、v
grid,b
、v
grid,c
)和三相电流瞬时值(i
grid,a
、i
grid,b
、i
grid,c
)及非线性负载侧三相电流瞬时值(i
load,a
、i
load,b
、i
load,c
)，通过对采集的数据进行快速傅里叶分析，得出每一相的每一阶次的电网谐波电压幅值电网谐波电流幅值变流器网侧谐波电流幅值非线性负载侧谐波电流幅值h代表第几阶次，h＝2,3,4,...,50；
24.为了确定构网型变流器gfc对电网谐波的影响，评估构网型变流器gfc能够补偿哪些谐波以及补偿到何种程度，需要对比分析构网型变流器gfc运行在不同功率与构网型变流器gfc切出时的，包含2-50阶次谐波即谐波频率100hz-2.5khz的电网电压总谐波畸变率thdv和电网电流总谐波畸变率thdi以及每一阶次电网电压谐波的含有量v’grid,h
；
[0025][0026][0027][0028]
式中，代表第一阶次的电网谐波电压幅值，代表第一阶次的电网谐波电流幅值；
[0029]
定义如果构网型变流器gfc降低了电网的thdv和thdi，即构网型变流器gfc切出时的电网的thdv和thdi减去构网型变流器gfc运行时的电网的thdv和thdi结果为正，那么它对现有的谐波作出了积极的反应，这种情况下，一旦构网型变流器gfc连入电网，连接处的谐波含量就会降低；
[0030]
另一方面，还需要评估构网型变流器gfc提供给非线性负载non-linear load和注入电网的谐波电流情况，需要对比分析构网型变流器gfc运行在不同功率时的，每一阶次来自电网的谐波电流贡献和来自构网型变流器gfc的谐波电流贡献
[0031][0032][0033]
每一阶次来自构网型变流器gfc与电网的谐波电流贡献总和大于或等于1；当大于1时，说明构网型变流器gfc与电网之间有功率交换，这是不利的行为；当等于1时，说明构网型变流器gfc没有向电网额外注入谐波电流，这是满意的结果。
[0034]
优选的，所述构网型变流器gfc运行在不同的功率有0、25％sn、50％sn、75％sn和100％sn，其中sn为构网型变流器gfc的额定视在功率。
[0035]
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0036]
1、本发明可有效针对构网型变流器的特性，验证其控制性能及保证系统稳定运行的能力，明确构网型变流器对电网谐波的抑制性能指标。
[0037]
2、系统结构简单可靠，操作方便，可大量节省测试时间及成本。
[0038]
3、本发明为构网型变流器测试及评估提供系统化思路，有助于构网型变流器乃至构网型新能源发电技术的迅速发展，同时，能增进以电力电子设备为主的新能源发电的电网友好型，增强电网系统稳定性。
附图说明
[0039]
图1为本发明系统的原理图。
[0040]
图2为单相整流器的电路图。
具体实施方式
[0041]
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0042]
如图1所示，本实施例提供了一种构网型变流器谐波抑制能力测试系统，包括：
[0043]
非线性负载non-linear load及其控制开关s
load
，该非线性负载non-linear load用于提供不同频率特性的谐波，其控制开关s
load
用于控制非线性负载non-linear load并网或离网；
[0044]
模拟电网grid及其控制开关s
grid
，该模拟电网grid用于为非线性负载non-linear load提供稳定电压，并模拟故障，其控制开关s
grid
用于控制模拟电网grid的状态；
[0045]
数据采集装置，用于采集构网型变流器侧三相电流瞬时值(i
gfc,a
、i
gfc,b
、i
gfc,c
)、电网侧三相电压瞬时值(v
grid,a
、v
grid,b
、v
grid,c
)和三相电流瞬时值(i
grid,a
、i
grid,b
、i
grid,c
)及非线性负载侧三相电流瞬时值(i
load,a
、i
load,b
、i
load,c
)；
[0046]
其中，所述构网型变流器gfc配置有用于控制自身并/离网状态的并网开关s
gfc
，所述构网型变流器gfc和非线性负载non-linear load通过电缆并联后与模拟电网grid通过电缆串联，所述构网型变流器gfc由于其电压源特性，能够在电网故障时为非线性负载non-linear load提供电压支撑，所述数据采集装置通过信号线连接于构网型变流器gfc侧、模拟电网侧、非线性负载侧的信号采集点。
[0047]
优选的，所述非线性负载non-linear load由3个相同的单相整流器组成，如图2所示，每一个整流器由一个h4二极管桥、一个在直流侧的电阻器r
p
和电容器c通过电线并联后，再与一个在交流侧的电阻器rs通过电线串联组成。
[0048]
优选的，所述数据采集装置采样频率不低于10khz。
[0049]
本实施例提供了上述构网型变流器谐波抑制能力测试系统的测试方法，包括以下步骤：
[0050]
1)s
grid
为常闭状态、s
load
为常开状态；
[0051]
2)设置非线性负载non-linear load的特性和容量；
[0052]
3)闭合s
gfc
，将构网型变流器gfc接入模拟电网grid，构网型变流器gfc功率设定值为0，保证与模拟电网grid同步并稳定运行；
[0053]
4)闭合s
load
，将非线性负载non-linear load接入模拟电网grid；
[0054]
5)开启数据采集装置，启动录波功能；
[0055]
6)以25％sn(sn为构网型变流器gfc的额定视在功率)步长逐步升高构网型变流器gfc的功率设定点p
gfc,set
，每个步长保持预设时间，直到功率设定点p
gfc,set
达到构网型变流器gfc的额定功率，且构网型变流器gfc在额定功率设定点pn稳定运行，保持预设时间；
[0056]
7)断开s
gfc
，切出构网型变流器gfc；
[0057]
8)停止数据采集装置，对采集到的数据进行分析，完成测试。
[0058]
本实施例也提供了上述构网型变流器谐波抑制能力测试系统的评估方法，其特征在于，该方法是根据数据采集装置采集的数据：构网型变流器侧三相电流瞬时值(i
gfc,a
、i
gfc,b
、i
gfc,c
)、电网侧三相电压瞬时值(v
grid,a
、v
grid,b
、v
grid,c
)和三相电流瞬时值(i
grid,a
、i
grid,b
、i
grid,c
)及非线性负载侧三相电流瞬时值(i
load,a
、i
load,b
、i
load,c
)，通过对采集的数据进行快速傅里叶分析，得出每一相的每一阶次的电网谐波电压幅值电网谐波电流幅值变流器网侧谐波电流幅值非线性负载侧谐波电流幅值h代表第几阶次，h＝2,3,4,...,50；
[0059]
为了确定构网型变流器gfc对电网谐波的影响，评估构网型变流器gfc能够补偿哪些谐波以及补偿到何种程度，需要对比分析构网型变流器gfc运行在不同功率(即0、25％sn、50％sn、75％sn、100％sn)与构网型变流器gfc切出时的，包含2-50阶次谐波即谐波频率100hz-2.5khz的电网电压总谐波畸变率thdv和电网电流总谐波畸变率thdi以及每一阶次电网电压谐波的含有量v’grid,h
；
[0060][0061][0062][0063]
式中，代表第一阶次的电网谐波电压幅值，代表第一阶次的电网谐波电流幅值；
[0064]
定义如果构网型变流器gfc降低了电网的thdv和thdi，即构网型变流器gfc切出时的电网的thdv和thdi减去构网型变流器gfc运行时的电网的thdv和thdi结果为正，那么它对现有的谐波作出了积极的反应，这种情况下，一旦构网型变流器gfc连入电网，连接处的谐波含量就会降低；
[0065]
另一方面，还需要评估构网型变流器gfc提供给非线性负载non-linear load和注入电网的谐波电流情况，需要对比分析构网型变流器gfc运行在不同功率(即0、25％sn、50％sn、75％sn、100％sn)时的，每一阶次来自电网的谐波电流贡献和来自构网型变流器gfc的谐波电流贡献
[0066][0067][0068]
每一阶次来自构网型变流器gfc与电网的谐波电流贡献总和大于或等于1；当大于1时，说明构网型变流器gfc与电网之间有功率交换，这是不利的行为；当等于1时，说明构网型变流器gfc没有向电网额外注入谐波电流，这是满意的结果。
[0069]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。