构网型变流器电压源特性测试装置及其测试、评估方法与流程

1.本发明涉及构网型变流器测试的技术领域，尤其是指一种构网型变流器电压源特性测试装置及其测试、评估方法，适用于采用全功率变流器并网的风力发电机组。


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，尤其电压源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，来评估其电压源特性的动态稳定性。


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电压源特性测试装置，可针对构网型变流器的电压源特性，验证其控制性能及保证系统稳定运行的能力，该装置的结构简单可靠，操作方便，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电压源特性测试装置的测试方法。
5.本发明的第三目的在于提供一种构网型变流器电压源特性测试装置的评估方法。
6.本发明的第一目的通过下述技术方案实现：构网型变流器电压源特性测试装置，包括：
7.可变工频负载load及其控制开关s
load
，该可变工频负载load用于模拟不同特性负载，其控制开关s
load
用于控制可变工频负载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用于为可变工频负载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gfc侧三相电压瞬时值(v
gfc,a
、v
gfc,b
、v
gfc,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和可变工频负载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可变工频负载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侧的信号采集点。
11.优选的，所述可变工频负载load模拟的特性负载为纯阻性负载、感性负载、容性负载之一或任意两种或三种的组合。
12.优选的，所述可变工频负载load的容量为构网型变流器gfc额定容量的0.25、0.5、0.75或1倍。
13.优选的，所述数据采集装置的采样频率不小于4khz。
14.本发明的第二目的通过下述技术方案实现：构网型变流器电压源特性测试装置的
测试方法，包括以下步骤：
15.1)设置可变工频负载load的特性及其容量；
16.2)依次闭合s
grid
、s
load
、s
gfc
，将可变工频负载load和构网型变流器gfc接入模拟电网grid；
17.3)开启数据采集装置，进行数据录波；
18.4)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
，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，此时，断开电网控制开关s
grid
，并记录该时刻为t
step
；
19.5)设置构网型变流器gfc的功率设定点p
gfc,set
＝0，待构网型变流器gfc完全停止运行后，停止数据采集装置，依次断开s
load
、s
gfc
；
20.6)数据分析；
21.7)判断可变工频负载load模拟的特性及其容量组合是否全部测试完成；若完成则结束测试，若未完成，则重复步骤1)-6)。
22.优选的，在步骤4)中，所述特定步长为0.25sn，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：构网型变流器电压源特性测试装置的评估方法，该方法是用于判定构网型变流器电压源特性的特征参数，即电压响应时间t
vr
，其定义为基波正序电压有效值最后一次进入新运行点误差带的时间t
set
与t
step
的差值，若t
set
与t
step
的差值在阈值以内，即可判定构网型变流器电压源特性满足要求；其中，t
step
为构网型变流器gfc的功率设定点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稳定运行后断开电网控制开关s
grid
的时刻。
24.优选的，所述构网型变流器电压源特性测试装置的评估方法，具体过程是：首先，根据数据采集装置采集的构网型变流器gfc侧三相相电压瞬时值(v
gfc
,a、v
gfc
,b、v
gfc
,c)，对其进行傅里叶变换，计算方式如下；
25.计算出一个基波周期内基波分量的傅里叶系数：
[0026][0027][0028]
式中：f1为基波频率；v
j,cos
为三相中某一相基波电压的余弦分量；v
j,sin
为三相中某一相基波电压的正弦分量；v
gfc，j
为三相中某一相电压瞬时值；j＝a,b,c；t为实际的时间序列；t为基波周期；
[0029]
计算基波正序电压分量，计算方式如下：
[0030][0031][0032]
式中：v
1+,cos
为基波正序电压的余弦分量；v
1+,sin
为基波正序电压的正弦分量；
[0033]
接着，根据v
1+,cos
和v
1+,sin
，并结合计算出基波正序电压有效值v
pos
，根据v
pos
在新运行点的稳态值，画出其误差带，判断t
set
的值，其中，t
set
确定后，在该时刻后续其正序电压值应均在误差带内，最后根据t
vr
＝t
set-t
step
计算出t
vr
的值。
[0034]
优选的，所述误差带的误差为
±
5％。
[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电压源特性，验证其控制性能及保证系统稳定运行的能力，明确构网型变流器电压源特性的控制性能指标。
[0037]
2、装置结构简单可靠，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为本发明装置的原理图。
[0040]
图2为本发明装置的测试流程图。
[0041]
图3为构网型变流器电压源特性响应时间判定示意图。
具体实施方式
[0042]
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。
[0043]
如图1所示，本实施例提供了一种构网型变流器电压源特性测试装置，包括：
[0044]
可变工频负载load及其控制开关s
load
，该可变工频负载load用于模拟不同特性负载，其控制开关s
load
用于控制可变工频负载load并网或离网；
[0045]
模拟电网grid及其控制开关s
grid
，该模拟电网grid用于为可变工频负载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；
[0046]
数据采集装置，用于采集构网型变流器gfc侧三相电压瞬时值(v
gfc,a
、v
gfc,b
、v
gfc,c
)；
[0047]
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和可变工频负载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可变工频负载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侧的信号采集点。
[0048]
优选的，所述可变工频负载load模拟的特性负载为纯阻性负载、感性负载、容性负载之一或任意两种或三种的组合。
[0049]
优选的，所述可变工频负载load的容量为构网型变流器gfc额定容量的0.25、0.5、0.75或1倍。
[0050]
优选的，所述数据采集装置的采样频率不小于4khz。
[0051]
如图2所示，本实施例提供了上述构网型变流器电压源特性测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0052]
1)设置可变工频负载load的特性及其容量；
[0053]
2)依次闭合s
grid
、s
load
、s
gfc
，将可变工频负载load和构网型变流器gfc接入模拟电网grid；
[0054]
3)开启数据采集装置，进行数据录波；
[0055]
4)以0.25sn(构网型变流器额定视在功率)的步长逐步升高构网型变流器gfc的功率设定点p
gfc,set
，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，此时，断开电网控制开关s
grid
，并记录该时刻为t
step
；
[0056]
5)设置构网型变流器gfc的功率设定点p
gfc,set
＝0，待构网型变流器gfc完全停止运行后，停止数据采集装置，依次断开s
load
、s
gfc
；
[0057]
6)数据分析；
[0058]
7)判断可变工频负载load模拟的特性及其容量组合(3种特性及4种容量等级共计12种组合方式)是否全部测试完成；若完成则结束测试，若未完成，则重复步骤1)-6)。
[0059]
进一步，本实施例提供了上述构网型变流器电压源特性测试装置的评估方法，该方法是用于判定构网型变流器电压源特性的特征参数，即电压响应时间t
vr
，其定义为基波正序电压有效值最后一次进入新运行点误差带(误差为
±
5％)的时间t
set
与t
step
(t
step
为构网型变流器gfc的功率设定点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稳定运行后断开电网控制开关s
grid
的时刻)的差值，若t
set
与t
step
的差值在阈值以内，即可判定构网型变流器电压源特性满足要求，具体操作如下：
[0060]
首先，根据数据采集装置采集的构网型变流器gfc侧三相相电压瞬时值(v
gfc,a
、v
gfc,b
、v
gfc,c
)，对其进行傅里叶变换，计算方式如下；
[0061]
计算出一个基波周期内基波分量的傅里叶系数：
[0062][0063][0064]
式中：f1为基波频率；v
j,cos
为三相中某一相基波电压的余弦分量；v
j,sin
为三相中某一相基波电压的正弦分量；v
gfc，j
为三相中某一相电压瞬时值；j＝a,b,c；t为实际的时间序列；t为基波周期；
[0065]
计算基波正序电压分量，计算方式如下：
[0066][0067][0068]
式中：v
1+,cos
为基波正序电压的余弦分量；v
1+,sin
为基波正序电压的正弦分量；
[0069]
接着，根据v
1+,cos
和v
1+,sin
，并结合计算出基波正序电压有效值v
pos
，根据v
pos
在新运行点的稳态值，画出其误差带，按照图3的判定方式，判断t
set
的值，其中，t
set
确定后，在该时刻后续其正序电压值应均在误差带内，最后根据t
vr
＝t
set-t
step
计
算出t
vr
的值。
[0070]
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。