本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)字仿真技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種風(fēng)電場中靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)電場建設(shè)規(guī)模的增大，裝機(jī)容量的大幅上升，其接入系統(tǒng)后對(duì)電網(wǎng)的影響也日益嚴(yán)重。風(fēng)電場的隨機(jī)波動(dòng)的負(fù)荷特性及所處于電網(wǎng)末端的特點(diǎn)，導(dǎo)致風(fēng)電場所在的系統(tǒng)質(zhì)量問題及系統(tǒng)穩(wěn)定性問題日益突出，而動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置在維持風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓平衡、維持電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、改善電能質(zhì)量等方面起著重要作用。靜止無功發(fā)生器SVG是無功補(bǔ)償領(lǐng)域的重要技術(shù)分支，它由于能適應(yīng)風(fēng)電場的快速補(bǔ)償要求，在國內(nèi)風(fēng)電場的應(yīng)用也逐步增多，隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，SVG的優(yōu)勢也越發(fā)明顯，在風(fēng)電場的設(shè)計(jì)中，無功補(bǔ)償裝置也越來越多的采用了SVG技術(shù)。

SVG控制器作為SVG系統(tǒng)的控制核心，隨著相關(guān)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范的出臺(tái)，電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電場環(huán)境下SVG的要求逐步提高，對(duì)SVG控制器的性能測試也提出了明確的性能要求。

對(duì)于應(yīng)用于風(fēng)電場的SVG系統(tǒng)，傳統(tǒng)的測試方法一般采用現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行，測試不同工況下SVG系統(tǒng)的控制性能，然而受現(xiàn)場部分試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法限制，一般難以開展試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所要求的所有動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)。相較于傳統(tǒng)的測試方法，隨著數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展，電磁暫態(tài)級(jí)別的硬件在環(huán)實(shí)時(shí)仿真技術(shù)以投入較少、仿真結(jié)果可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)整、工況易模擬等特點(diǎn)，而越來越受到大家的認(rèn)可。

實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS作為一種專門設(shè)計(jì)用于研究電力系統(tǒng)中電磁暫態(tài)現(xiàn)象的裝置，在國內(nèi)國外都已獲得廣泛認(rèn)可及應(yīng)用，并逐步替代傳統(tǒng)的物理模擬方式。根據(jù)建模的不同，在RTDS的小步長仿真中，步長可以到2us，在其大步長仿真中，步長約為50us，因此通過RTDS的實(shí)時(shí)仿真功能可以使用戶測試物理設(shè)備的實(shí)際性能，并更有效更快地完成許多基于實(shí)時(shí)仿真的研究。

在公開號(hào)為CN103558841A所述的專利中，描述了一種基于RTDS的低壓電容補(bǔ)償裝置控制器的仿真測試方法，提供了一種利用RTDS開展針對(duì)無功補(bǔ)償裝置的性能試驗(yàn)方案。然而，本方法沒有對(duì)無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用場合進(jìn)行進(jìn)一步描述 分析，無法模擬風(fēng)電場應(yīng)用背景下的各種應(yīng)用工況，因此本質(zhì)上只是針對(duì)無功補(bǔ)償裝置自身性能的測試，并不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試。

在公開號(hào)為CN102591319A所述的專利中，描述了一種用于靜止同步補(bǔ)償器STATCOM控制器的試驗(yàn)裝置及方法，所描述的試驗(yàn)裝置雖然能夠構(gòu)造各種電力系統(tǒng)故障工況，可以開展針對(duì)靜止同步補(bǔ)償器控制器的驗(yàn)證試驗(yàn)，但由于采用實(shí)物構(gòu)建了整個(gè)試驗(yàn)裝置，因此限定了被測對(duì)象的電壓及容量等級(jí)，存在被測對(duì)象單一、測試能力有限的問題，另外，該試驗(yàn)裝置同樣無法開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試。

綜上所述，本申請發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請實(shí)施例中發(fā)明技術(shù)方案的過程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法存在不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場中靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法，解決了現(xiàn)有的靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法存在不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用背景下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制性能進(jìn)行測試，仿真結(jié)果可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)整、工況易模擬，既能模擬各種復(fù)雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術(shù)效果。另外，利用RTDS建立電網(wǎng)、風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型，確保了該測試方法適用于不同電壓及容量等級(jí)的SVG系統(tǒng)。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實(shí)施例提供了一種基于RTDS的風(fēng)電場SVG控制器性能測試方法，其步驟是：

a)在RTDS中，根據(jù)風(fēng)電場的參數(shù)，包括風(fēng)電場容量、風(fēng)電場所包含的風(fēng)電機(jī)組臺(tái)數(shù)、風(fēng)電機(jī)組容量、額定風(fēng)速、切入及切出風(fēng)速、風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速功率曲線、發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)及電抗參數(shù)，通過如下步驟建立風(fēng)電場的全機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型。

首先，根據(jù)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的容量、額定風(fēng)速、切入及切出風(fēng)速、風(fēng)速功率曲線，完成RTDS中的rtds_sharc_ctl_WINDT模塊參數(shù)的輸入，在RTDS中完成對(duì) 每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)的建模。

然后，根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定參數(shù)及電抗參數(shù)，完成RTDS中的rtds_vsc_PMSM或rtds_vsc_INDM模塊參數(shù)的輸入，在RTDS中完成對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)的建模。

通過上述兩步，在RTDS中完成風(fēng)電場中所有風(fēng)電機(jī)組的建模，再根據(jù)風(fēng)電場的實(shí)際電氣連接關(guān)系，建立風(fēng)電場的全機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型。

b)在RTDS中，根據(jù)SVG系統(tǒng)的主回路的拓?fù)鋮?shù)，建立SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型。選擇RTDS中的Small_dt庫提供的功率器件模型，按照實(shí)際的SVG系統(tǒng)主回路拓?fù)溥M(jìn)行SVG系統(tǒng)主回路的建模，建立SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型。

c)根據(jù)風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)的并網(wǎng)連接情況，在RTDS中通過變壓器將風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)并入電網(wǎng)。

d)SVG控制器輸出的功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過RTDS的接口卡接入RTDS，作為SVG主回路實(shí)時(shí)仿真模型中的功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

e)SVG系統(tǒng)主回路、風(fēng)電場以及電網(wǎng)反饋給SVG控制器的信號(hào)通過RTDS接口卡輸出，接入SVG控制器對(duì)應(yīng)的通道，作為SVG控制器完成SVG系統(tǒng)控制的控制參數(shù)。靜止無功發(fā)生器控制器根據(jù)瞬時(shí)無功理論及解耦控制算法，實(shí)現(xiàn)靜止無功發(fā)生器系統(tǒng)的控制策略。

進(jìn)一步的，根據(jù)控制策略及主回路拓?fù)涞牟煌?，SVG系統(tǒng)主回路反饋給控制器的信號(hào)略有差異，但是至少包括三相SVG系統(tǒng)主回路輸出電壓及電流、直流側(cè)電容電壓。

進(jìn)一步的，風(fēng)電場反饋給SVG控制器的信號(hào)，至少包括風(fēng)電場實(shí)時(shí)仿真模型輸出的三相電壓及電流。

更進(jìn)一步的，電網(wǎng)反饋給SVG控制器的信號(hào)，至少包括電網(wǎng)的三相電壓及電流。

通過上述步驟，實(shí)現(xiàn)SVG控制器與RTDS中搭建的風(fēng)電場實(shí)時(shí)仿真模型、SVG主回路的實(shí)時(shí)仿真模型以及與電網(wǎng)連接的總模型的信號(hào)連接，進(jìn)而形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)。

f)在“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)中，根據(jù)《Q/GDW 11064-2013風(fēng) 電場無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能和測試規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，可以對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用下的SVG系統(tǒng)的開展系列技術(shù)性能試驗(yàn)：通過修改RTDS中的電網(wǎng)模型參數(shù)、風(fēng)電場實(shí)時(shí)仿真模型參數(shù)以及SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型參數(shù)，模擬開展各種電網(wǎng)擾動(dòng)和風(fēng)場運(yùn)行工況下的系統(tǒng)級(jí)的性能試驗(yàn)，包括：動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性試驗(yàn)、無功調(diào)節(jié)試驗(yàn)、電壓調(diào)節(jié)試驗(yàn)、功率因數(shù)調(diào)節(jié)試驗(yàn)、控制模式切換試驗(yàn)、過負(fù)荷能力試驗(yàn)、諧波試驗(yàn)，完成對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用下的SVG系統(tǒng)的無功補(bǔ)償性能的評(píng)估試驗(yàn)。

本申請實(shí)施例中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于采用了實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS搭建“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)，有效解決了現(xiàn)有的靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法存在不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術(shù)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用背景下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制性能進(jìn)行測試，仿真結(jié)果可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)整、工況易模擬，既能模擬各種復(fù)雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術(shù)效果，另外，利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS建立電網(wǎng)、風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型，確保了該測試方法適用于不同電壓及容量等級(jí)的SVG系統(tǒng)。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是本申請實(shí)施例中風(fēng)電場中靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試示意圖；

圖2是本申請實(shí)施例中三相SVG系統(tǒng)的主回路示意圖；

圖3是本申請實(shí)施例中設(shè)定值為10Mvar下的SVG系統(tǒng)控制測試波形示意圖；

圖4是是本申請實(shí)施例中0Mvar階躍到10Mvar工況下的SVG系統(tǒng)控制測試波形示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種風(fēng)電場中靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法，解決了現(xiàn)有的靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法存在不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試，測試效率較低，測試能力有限的技術(shù)問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng) 電場應(yīng)用背景下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制性能進(jìn)行測試，仿真結(jié)果可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)整、工況易模擬，既能模擬各種復(fù)雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術(shù)效果。

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對(duì)上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一：

請參考圖1-圖4，本申請?zhí)峁┝艘环N風(fēng)電場中靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法，包括：

首先，在RTDS中，根據(jù)風(fēng)電場的參數(shù)，建立風(fēng)電場的全機(jī)組實(shí)時(shí)仿真模型。

其次，在RTDS中，根據(jù)SVG系統(tǒng)的主回路的拓?fù)鋮?shù)，建立SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型。

圖2是三相SVG系統(tǒng)的主回路示意圖。三相SVG系統(tǒng)主回路由三部分組成：功率開關(guān)管1、直流側(cè)電容2、濾波電路3。根據(jù)SVG工作電壓等級(jí)及實(shí)際的SVG系統(tǒng)主回路拓?fù)?，可以確定串聯(lián)的功率開關(guān)管1的個(gè)數(shù)n、串聯(lián)的直流側(cè)電容2的個(gè)數(shù)m、濾波電路3的L_f及C_f參數(shù)。

再次，根據(jù)風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)的并網(wǎng)連接情況，在RTDS中通過變壓器將風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)并入電網(wǎng)；

第四，SVG控制器輸出的功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過RTDS的接口卡接入RTDS中的SVG主回路實(shí)時(shí)仿真模型，作為SVG主回路實(shí)時(shí)仿真模型中的功率開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

第五，SVG系統(tǒng)主回路、風(fēng)電場以及電網(wǎng)反饋給SVG控制器的信號(hào)通過RTDS接口卡輸出，接入SVG控制器對(duì)應(yīng)的通道，作為SVG控制器完成SVG系統(tǒng)控制的控制參數(shù)，應(yīng)用與SVG控制器進(jìn)行SVG系統(tǒng)的控制。

根據(jù)上述五個(gè)步驟，形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)。

最后，在“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)中，通過修改RTDS中的電網(wǎng)模型、風(fēng)電場實(shí)時(shí)仿真模型以及SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型的參數(shù)，模擬各種工況，對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用下的SVG控制器的性能開展系列測試，根據(jù)試驗(yàn) 標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，評(píng)估SVG系統(tǒng)的無功補(bǔ)償性能。

下面舉例進(jìn)行介紹：

將本發(fā)明的方法應(yīng)用于某風(fēng)電場的SVG系統(tǒng)的控制器測試中，所應(yīng)用的風(fēng)電場共包含19臺(tái)2MW的風(fēng)電機(jī)組，擬配備的SVG系統(tǒng)的容量為10Mvar、額定線電壓為6kV。

利用本發(fā)明的方法形成“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)后，根據(jù)《Q/GDW 11064-2013風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能和測試規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，開展風(fēng)電場應(yīng)用下的SVG系統(tǒng)的系列性能試驗(yàn)，以下給出兩種試驗(yàn)工況下的試驗(yàn)結(jié)果作為參考。

圖3是根據(jù)《Q/GDW 11064-2013風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能和測試規(guī)范》，開展“無功調(diào)節(jié)試驗(yàn)”，測試SVG在系統(tǒng)恒無功模式下SVG控制器的調(diào)節(jié)性能，對(duì)應(yīng)SVG系統(tǒng)額定輸出工況時(shí)候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG輸出三相電壓，IA/IB/IC表示SVG輸出三相電流，IRMS表示SVG輸出A相電流有效值。由于SVG系統(tǒng)額定線電壓6KV，額定容量10Mvar，額定電流962A，在設(shè)定值為10Mvar的情況下，結(jié)合圖3中的波形可以看出，滿足《Q/GDW 11064-2013風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能和測試規(guī)范》中要求的“恒無功運(yùn)行模式且系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下，無功輸出和設(shè)定值之間的偏差的絕對(duì)值不大于設(shè)定值的5％”。

圖4是根據(jù)《Q/GDW 11064-2013風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置技術(shù)性能和測試規(guī)范》，開展“動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性試驗(yàn)”中的“恒無功階躍試驗(yàn)”，測試SVG系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，對(duì)應(yīng)SVG系統(tǒng)由0Mvar階躍到額定輸出工況時(shí)候的波形，其中：VA/VB/VC表示SVG輸出三相電壓，IA/IB/IC表示SVG輸出三相電流，IQ表示dq坐標(biāo)系下，SVG輸出A相電流的q軸電流。結(jié)合圖4中的波形可以看出，從0Mvar階躍到10Mvar額定輸出工況時(shí)候，滿足“無功補(bǔ)償裝置系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤30ms”的動(dòng)態(tài)性能要求。

上述本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于采用了實(shí)時(shí)仿真技術(shù)，通過實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS搭建“RTDS+SVG控制器”的硬件在環(huán)系統(tǒng)，有效解決了現(xiàn)有的靜止無功發(fā)生器的控制器性能測試方法存在不能開展風(fēng)電場應(yīng)用背景下的無功補(bǔ)償性能的測試，測試效率較低，測試 能力有限的技術(shù)問題，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電場應(yīng)用背景下的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的控制性能進(jìn)行測試，仿真結(jié)果可重復(fù)、參數(shù)易調(diào)整、工況易模擬，既能模擬各種復(fù)雜工況，又能提高測試效率，降低測試成本的技術(shù)效果，另外，利用實(shí)時(shí)數(shù)字仿真儀RTDS建立電網(wǎng)、風(fēng)電場、SVG系統(tǒng)主回路的實(shí)時(shí)仿真模型，確保了該測試方法適用于不同電壓及容量等級(jí)的SVG系統(tǒng)。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。