專利名稱：基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)及方法。是結(jié)合虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)力發(fā)電電能質(zhì)量檢測裝置，可以解決大型風(fēng)電機(jī)組設(shè)備產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中的機(jī)組電能質(zhì)量測試及相應(yīng)的測試分析問題。
背景技術(shù)：
國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-21要求對閃變進(jìn)行測量的最終目的是評估風(fēng)電機(jī)組對電網(wǎng)的影響。衡量閃變的指標(biāo)有短時間閃變值和長時間閃變值。短時間閃變值是反映短時間閃變強(qiáng)弱的量值；長時間閃變值由短時間閃變值推出，是反映長時間閃變強(qiáng)弱的量值。閃變測量分為持續(xù)運(yùn)行和切入過程時兩種情況，切入過程又可分為在切入風(fēng)速時、在額定風(fēng)速時和大小發(fā)電機(jī)在最差條件下切換時的三種方式。并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組引起的電壓波動和閃變的根本原因是其輸出功率的波動。影響風(fēng)電機(jī)組輸出功率的因素有很多，例如空氣密度Q、葉輪轉(zhuǎn)速X、槳距角B和風(fēng)速V的變化，其中風(fēng)速的自然變化是主要因素。在并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組持續(xù)運(yùn)行過程中，由于受塔影效應(yīng)、偏航誤差和風(fēng)剪切等因素的影響，風(fēng)電機(jī)組在葉輪旋轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，而轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定將造成風(fēng)電機(jī)組輸出功率的波動。人對照度波動的最大察覺頻率范圍為O. 05 35Hz，風(fēng)電場電壓波動的頻率主要范圍在I 3Hz，位于這一頻率范圍內(nèi)。目前，對電壓波動閃變進(jìn)行檢測廣泛使用的方法是IEC推薦的IEC閃變檢測原理，是采用平方后濾波的方法，這種方法的最有效測試頻段在8. 8Hz附近，而對于低頻調(diào)幅波，這種方法的高通濾波器截止頻率很低，難以實(shí)現(xiàn)，往往誤差較大。針對上述問題，出現(xiàn)了工程計(jì)算和IEC閃變儀兩種方法對風(fēng)電機(jī)組閃變的測試方法，這兩種方法雖然可以解決現(xiàn)有風(fēng)電場閃變測試問題，然而，仍然存在工程計(jì)算繁瑣和閃變儀資金投入問題，并不能達(dá)到測試過程簡單、經(jīng)濟(jì)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有風(fēng)電機(jī)組閃變測試過程復(fù)雜、且無法進(jìn)行全面有效測試的不足，以及閃變儀直接測試帶來的過大誤差，本發(fā)明提供一種基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)及方法，它能夠通過虛擬電網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組電壓波動模擬，并能夠?qū)⒃撃M信號，作為輸入信號，輸入虛擬閃變儀系統(tǒng)，獲得瞬時閃變值，即閃變視感度變化曲線圖。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)，包括電流互感器、數(shù)據(jù)采集器及工控機(jī)或PC及進(jìn)行閃變儀模擬的仿真軟件Matlab或LabVIEW ；電流互感器輸出端口通過數(shù)據(jù)采集器和工控機(jī)數(shù)據(jù)接口相連接，電流信號(數(shù)字)在工控機(jī)搭建的虛擬電網(wǎng)中等效為可控電壓源，該電壓源經(jīng)過模擬測試儀處理為電壓的閃變值，并可相應(yīng)報(bào)表或圖形。
基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值，搭建虛擬電網(wǎng)，模擬風(fēng)電機(jī)組輸出端的電壓波動，排除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其它負(fù)荷的影響，獲得風(fēng)機(jī)出口電網(wǎng)波動值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字閃變測試儀進(jìn)行閃變值計(jì)算和分析。所述的搭建虛擬電網(wǎng)電源的電壓總畸變率小于2. 5% ;電壓波動應(yīng)不超過額定電壓的± I %。所述獲得風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值所需裝置包括電流互感器和限流電阻。所述的閃變測試儀遵循國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-15的計(jì)算方法。所述的閃變測試儀輸入數(shù)據(jù)為風(fēng)電機(jī)組電壓波動信號，輸出為瞬時閃變視感度變化曲線圖，該曲線表示通過模擬人眼的頻率選擇特性和模擬人腦神經(jīng)對視覺反映、記憶效應(yīng)，可以得到瞬時閃變視感度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單可靠，實(shí)用性較強(qiáng)，為分析風(fēng)電接入電網(wǎng)系統(tǒng)安全性提供了測試依據(jù)，有利于降低風(fēng)電并網(wǎng)的對電網(wǎng)帶來的隱患。能夠通過仿真軟件模擬閃變儀計(jì)算風(fēng)電機(jī)組閃變值，減少現(xiàn)場實(shí)測過程中硬件接口及測試儀設(shè)備的投資，且測試過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適合推廣應(yīng)用。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例及測試結(jié)果對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施不限于此。


圖1是本發(fā)明測試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程圖；圖2是本發(fā)明虛擬電網(wǎng)的原理框圖；圖3是國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-15規(guī)范的閃變儀功能框圖；圖4是本發(fā)明電網(wǎng)不同阻抗角下風(fēng)電機(jī)組電壓閃變值Pst變化圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是一種基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)及方法，測試系統(tǒng)包括用電流互感器及數(shù)據(jù)采集器，用于得到模擬風(fēng)電機(jī)組電壓波動曲線和用于搭建虛擬電網(wǎng)的工控機(jī)或PC(personal computer)個人計(jì)算機(jī)及進(jìn)行閃變儀模擬的仿真軟件Matlab。電流互感器測量信號通過數(shù)據(jù)采集器與工控機(jī)接口相連，該電流信號等效為虛擬電網(wǎng)中的可控電流源，通過虛擬電網(wǎng)的等效，獲得風(fēng)電機(jī)組等效電壓源，該電壓源作為模擬測試儀的輸入信號，經(jīng)過濾波處理得到電壓閃變值。所述電流互感器為法國C. A公司生產(chǎn)的P01120507型柔性探頭，量程為3000A ;變比lmV/A ;準(zhǔn)確度1% ;相移0. 5所述閃變儀是由全軟件Matlab實(shí)現(xiàn)的，能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組波動電壓的檢波、濾波功能。本發(fā)明基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法是根據(jù)風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值，搭建虛擬電網(wǎng)，模擬風(fēng)電機(jī)組輸出端的電壓波動，排除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其它負(fù)荷的影響，獲得風(fēng)機(jī)出口電網(wǎng)波動值；采用符合IEC61000-4-15的閃變計(jì)算方法，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字閃變測試儀進(jìn)行閃變值計(jì)算和分析。
如圖1所示，在風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試中，以不低于5kHz的頻率采集風(fēng)電機(jī)組連續(xù)正常和切換運(yùn)行的電流i(t)，輸出功率從O至額定功率，以10%的額定功率為區(qū)間，每個功率區(qū)間、每相至少收集風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)5個IOmin時間序列瞬時電流值的測量值，功率為IOmin平均值。如圖2所示，通過虛擬電網(wǎng)對電壓波動模擬。使用P01120507型柔性探頭獲得的電流瞬時值；用虛擬電阻、虛擬電抗、電壓/電流采樣值計(jì)算電壓閃變值，虛擬電網(wǎng)電源參數(shù)為Un=690V，容量 Sk,fic=20*Sn=20*850kVA=17MVA，電網(wǎng)阻抗角 Ψ,分別為 30°，50°，70°和 85°。依據(jù)國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-21，所述的搭建虛擬電網(wǎng)電源的電壓總畸變率小于
2.5% ;電壓波動應(yīng)不超過額定電壓的±1%。
所述獲得風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值所需裝置包括電流互感器和限流電阻。如圖3所示，在Matlab中建立模擬式閃變儀的模型，首先用雙線性變換法對輸入的模擬電壓信號進(jìn)行A/D變換，得到電壓的數(shù)字信號。所述模擬式閃變儀模型包括輸入適配和自檢信號、平方檢測濾波器、O. 05 35Hz帶通濾波器、平方器、一階低通濾波器、閃變的統(tǒng)計(jì)評定等模塊。所述模擬式閃變儀平方運(yùn)算及帶通濾波模塊，能夠檢測出波動中的高頻分量且能較好地濾除該高頻分量。所述平方一階低通濾波模塊是用于模擬人腦神經(jīng)對視覺反應(yīng)和記憶效應(yīng)，作用是反映光照度暫態(tài)變化的能見度，增加開方濾波功能，輸出瞬時閃變視感度s (t)，反映人的視覺對電壓波動的瞬時閃變感覺水平，一階低通濾波時間常數(shù)為O. 3s。所述閃變的統(tǒng)計(jì)評定對平方一階低通濾波輸出的瞬時閃變值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出短時間閃變值Pst和閃變系數(shù)。如圖4所示是本發(fā)明測試儀計(jì)算出的電網(wǎng)阻抗角Fk分別為30°，50° ,70°和85°時的Pst值隨風(fēng)速變化圖。本發(fā)明所述的閃變測試系統(tǒng)遵循國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-15的計(jì)算方法。所述的閃變測試儀輸入數(shù)據(jù)為風(fēng)電機(jī)組電壓波動信號，輸出為瞬時閃變視感度變化曲線圖，該曲線表示通過模擬人眼的頻率選擇特性和模擬人腦神經(jīng)對視覺反映、記憶效應(yīng)，可以得到瞬時閃變視感度。
權(quán)利要求
1.基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)，其特征在于包括電流互感器、數(shù)據(jù)采集器及工控機(jī)或PC及進(jìn)行閃變儀模擬的仿真軟件Matlab或LabVIEW ；電流互感器輸出端口通過數(shù)據(jù)采集器和工控機(jī)數(shù)據(jù)接口相連接，電流信號(數(shù)字)在工控機(jī)搭建的虛擬電網(wǎng)中等效為可控電壓源，該電壓源經(jīng)過模擬測試儀處理為電壓的閃變值，并可相應(yīng)報(bào)表或圖形。
2.基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法，其特征在于根據(jù)風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值，搭建虛擬電網(wǎng)，模擬風(fēng)電機(jī)組輸出端的電壓波動，排除電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其它負(fù)荷的影響，獲得風(fēng)機(jī)出口電網(wǎng)波動值，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字閃變測試儀進(jìn)行閃變值計(jì)算和分析。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法，其特征在于所述的搭建虛擬電網(wǎng)電源的電壓總畸變率小于2. 5% ;電壓波動應(yīng)不超過額定電壓的± I %。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法，所述獲得風(fēng)電機(jī)組出口實(shí)測電流值所需裝置包括電流互感器和限流電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法，所述的閃變測試儀遵循國際電工標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-15的計(jì)算方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試方法，其特征在于所述的閃變測試儀輸入數(shù)據(jù)為風(fēng)電機(jī)組電壓波動信號，輸出為瞬時閃變視感度變化曲線圖，該曲線表示通過模擬人眼的頻率選擇特性和模擬人腦神經(jīng)對視覺反映、記憶效應(yīng)，可以得到瞬時閃變視感度。
全文摘要
本發(fā)明屬于新能源并網(wǎng)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬電網(wǎng)仿真的風(fēng)電機(jī)組閃變模擬測試系統(tǒng)及方法。本發(fā)明包括電流互感器、數(shù)據(jù)采集器及工控機(jī)或PC及進(jìn)行閃變儀模擬的仿真軟件Matlab或LabVIEW；電流互感器輸出端口通過數(shù)據(jù)采集器和工控機(jī)數(shù)據(jù)接口相連接，電流信號(數(shù)字)在工控機(jī)搭建的虛擬電網(wǎng)中等效為可控電壓源，該電壓源經(jīng)過模擬測試儀處理為電壓的閃變值，并可相應(yīng)報(bào)表或圖形。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單可靠，實(shí)用性強(qiáng)，有利于降低風(fēng)電并網(wǎng)的對電網(wǎng)帶來的隱患，減少設(shè)備投資，測試過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適合推廣應(yīng)用。
文檔編號G01R31/34GK102981082SQ201210514499
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者戈陽陽, 朱鈺, 劉勁松, 王剛, 李天懿, 張冠峰, 孫峰, 李勝輝, 謝賜戩 申請人:遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 東北電力科學(xué)研究院有限公司, 國家電網(wǎng)公司