直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及測試及計量技術領域，尤其涉及一種直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿 真測試方法。
【背景技術】
[0002] 風電場規(guī)模和風力發(fā)電機單機容量不斷提高，風電滲透功率隨之不斷提升。自然 風的隨機性和間歇性對電網(wǎng)安全可靠運行的影響日益顯現(xiàn)；同時，風電機組并網(wǎng)運行改變 了原有系統(tǒng)結構和潮流分布，對繼電保護等電力二次設備性能提出了更高的要求。比如，風 電機組短路特性與常規(guī)能源機組的差別較大，在故障發(fā)生時，使得故障電流大小及流向發(fā) 生改變。因此，如何真實再現(xiàn)風電機組發(fā)電并網(wǎng)的動態(tài)特性，模擬低電壓穿越等特殊現(xiàn)象， 檢驗并改善風電機組動態(tài)特性以滿足系統(tǒng)安全可靠運行的需要，顯得尤為迫切、十分必要。
[0003] 國內外針對風電機組并網(wǎng)發(fā)電的研究主要是基于動模和仿真軟件進行。MATLAB/ Simulink、PSCAD/EMTDC等仿真工具提供了豐富的模型庫，用戶可以方便地進行模型搭建。 然而，離線仿真軟件存在共有的缺陷：一是計算速度慢，不能滿足實時計算的要求;二是不 具備與實際裝置交互的能力，無法開展電力自動化設備的閉環(huán)測試研究。目前國內風機變 流器測試主要是通過動模實現(xiàn)，存在的缺點主要有：1)國內用于風機測試的動模系統(tǒng)主要 針對雙饋式風機進行搭建，而一般雙饋式風機僅為1.5MW，故該系統(tǒng)無法滿足5MW級直驅風 機變流器的測試需要;2)動模系統(tǒng)一旦建立，很難根據(jù)實驗需要的變化進行調整，無法適應 模擬系統(tǒng)各種特殊工況的需要;3)動模系統(tǒng)建設和維護成本過高，導致實驗成本高、實驗周 期長。
[0004] 實時數(shù)字仿真儀(Real Time Digital Simulator，RTDS)依托其強大的硬件和軟 件設計，克服了上述仿真測試手段的缺點，在繼電保護裝置閉環(huán)測試、控制系統(tǒng)閉環(huán)測試、 大規(guī)模交直流電力系統(tǒng)動態(tài)行為仿真和分析等領域廣泛應用。RSCAD是電圖形用戶界面軟 件包，目前利用RTDS/RSCAD進行風力發(fā)電的仿真研究主要是針對風電機組變流器及控制系 統(tǒng)進行建模，以及在部分運行工況下搭建算例模型，尚未形成完備的風力發(fā)電系統(tǒng)的仿真 測試研究平臺，因而無法評估低電壓穿越等特殊工況對電網(wǎng)運行的影響，也不具備電力設 備的閉環(huán)測試研究的條件。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于，提供一種驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試 方法，通過接入待測試變流控制裝置，形成閉環(huán)測試條件，可以模擬低電壓穿越、并網(wǎng)電能 惡化等現(xiàn)象，進行實時仿真研究。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試 方法，包括：
[0007] 測試工作站建立永磁同步發(fā)電機及其變流器的仿真電路模型；
[0008] 測試工作站將所述仿真電路模型發(fā)送至RTDS仿真系統(tǒng)，并進行并行仿真計算；
[0009] RTDS仿真系統(tǒng)將仿真計算得到的各側電流電壓信息輸出到待測試變流控制裝置；
[0010] RTDS仿真系統(tǒng)將測試所需的斷路器和/或接觸器的位置信息輸出到待測試變流控 制裝置；
[0011] 待測試變流控制裝置根據(jù)所述各側電流電壓信息、以及所述斷路器和/或接觸器 的位置信息進行測試，并返回變流器控制脈沖信號至所述RTDS仿真系統(tǒng)；
[0012] 所述RTDS仿真系統(tǒng)根據(jù)返回的變流器控制脈沖信號實時改變仿真電路模型的拓 撲結構并進行新網(wǎng)絡的仿真計算。
[0013] 進一步的，所述測試工作站建立永磁同步發(fā)電機及其變流器的仿真電路模型，具 體包括：
[0014] 測試工作站采用仿真軟件RSCAD建立永磁同步發(fā)電機及其變流器的仿真電路模 型，其中，仿真步長為2.5us，仿真電路模型通過接口變壓器與電網(wǎng)系統(tǒng)的常規(guī)步長模型進 行連接，實現(xiàn)信息交互。
[0015] 進一步的，所述RTDS仿真系統(tǒng)將仿真計算得到的各側電流電壓信息輸出到待測試 變流控制裝置，具體包括：
[0016] RTDS仿真系統(tǒng)將仿真計算得到的各側電流電壓信息通過模擬量/數(shù)字量輸出板卡 輸出到待測試變流控制裝置，其中，所述各側電流電壓信息包括機側模塊電流、機側模塊電 壓、網(wǎng)側電壓、直流電壓、網(wǎng)側模塊電壓、轉子角度、有功給定和無功給定。
[0017] 進一步的，所述網(wǎng)側電壓和網(wǎng)側模塊電流是通過功率放大器放大后的電壓和電 流。
[0018] 進一步的，所述RTDS仿真系統(tǒng)將測試所需的斷路器和/或接觸器的位置信息輸出 到待測試變流控制裝置，具體包括：
[0019] RTDS仿真系統(tǒng)將測試所需的斷路器和/或接觸器的位置信息通過模擬量/數(shù)字量 輸出板卡輸出到待測試變流控制裝置。
[0020] 進一步的，所述待測試變流控制裝置根據(jù)所述各側電流電壓信息、以及所述斷路 器和/或接觸器的位置信息進行測試，具體包括：
[0021] 所述待測試變流控制裝置根據(jù)所述各側電流電壓信息、以及所述斷路器和/或接 觸器的位置信息進行低電壓穿越測試、并網(wǎng)適應性測試和電網(wǎng)適應性能力測試，其中
[0022] 所述低電壓穿越測試具體包括:通過限流電控和短路電抗的分壓，模擬并網(wǎng)點的 電壓跌落過程；
[0023]所述并網(wǎng)適應性測試項目主要包括：1.1倍過載能力測試，功率因數(shù)調節(jié)能力測 試，功率加載、降載階躍響應能力測試；
[0024] 所述電網(wǎng)適應性能力測試項目主要包括：電網(wǎng)電壓適應性能力測試，頻率適應性 能力測試和電壓不平衡測試。
[0025]進一步的，所述返回變流器控制脈沖信號至所述RTDS仿真系統(tǒng)，具體包括：
[0026]將變流器控制脈沖信號經(jīng)過光/電轉換板轉換成電信號，并從數(shù)字輸入接口 (GTDI)卡返回至所述RTDS系統(tǒng)。
[0027]進一步的，所述GTDI卡的64個通道被分拆成兩組，并隔離兩組之間的電氣連接，分 別采用+5/24V外接電源進行供電，并分別接入晶閘管脈沖信號和斷路器控制信號。
[0028]實施本發(fā)明，具有如下有益效果：
[0029] 1、通過接入待測試變流控制裝置，形成閉環(huán)測試條件，可以模擬低電壓穿越、并網(wǎng) 電能惡化等現(xiàn)象，進行實時仿真研究；
[0030] 2、通過對變流控制器的小步長建模，精確模擬了 IGBT晶閘管的高速開斷過程，顯 著提高了仿真精度；
[0031] 3、自定義了接口變壓器模型，同時實現(xiàn)了大-小步長系統(tǒng)的信息交互和升壓并網(wǎng) 的功能，既節(jié)省了處理器資源，又保證了仿真精度；
[0032] 4、通過設置短路故障的方式模擬低電壓穿越現(xiàn)象，解決了通過動模系統(tǒng)進行變流 器測試靈活性不足、試驗成本高昂的問題；
[0033] 5、根據(jù)實驗可知，進行低穿實驗時，限流阻抗與短路阻抗值與變流器容量有直接 聯(lián)系，本發(fā)明通過反復實驗確定了二者之間的關聯(lián)性，為不同容量的風機控制器測試提供 了仿真參數(shù)的整定依據(jù)；
[0034] 6、本發(fā)明解決了 GTDI卡與風電控制器輸出電平電壓不匹配的問題，建立了實時數(shù) 字仿真試驗平臺并在此基礎上開展了對三電平直驅風電控制器的閉環(huán)測試。
【附圖說明】
[0035] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036] 圖1是本發(fā)明實施例提供的直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試方法的流程示 意圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明實施例提供的直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試方法的數(shù)據(jù)流 向示意圖；
[0038] 圖3是GTDI卡的內部電路圖。
【具體實施方式】
[0039]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040]圖1是本發(fā)明實施例提供的直驅風機變流控制系統(tǒng)的實時仿真測試方法的流程示 意圖，如圖1所示，本發(fā)明實施例包括：
[0041 ] S101、測試工作站建立永磁同步發(fā)電機及其變流器的仿真電路模型。
[0042] 其中，S101具體包括步驟:測試工作站采用仿真軟件RSCAD建立永磁同步發(fā)電機及 其變流器的仿真電路模型，如圖2所示，其中，仿真步長為2.5us，仿真電路模型通過接口變 壓器與電網(wǎng)系統(tǒng)的常規(guī)步長模型進行連接，實現(xiàn)信息交互。圖2中，PMSM為permanent magnet synchronous motor，艮P永石茲同步電機。
[0043] 其中，由于三電平變流器采用IGBT管，開斷頻率達到數(shù)十KHz，常規(guī)仿真頻率無法 滿足要求，因此本發(fā)明實施例采用一種2.5us仿真步長的小步長仿真模式，
[0044] S102、測試工作站將所述仿真電路模型發(fā)送至RTDS仿真系統(tǒng)，并進行并行仿真計 算。
[0045]其中，測試工作站和RTDS仿真系統(tǒng)是通過以太網(wǎng)連接傳輸數(shù)據(jù)。
[0046] S103、RTDS仿真系統(tǒng)將仿真計算得到的各側電流電壓信息輸出到待測試變流控制 裝置。
[0047]具體的，所述S103具體包括步驟：
[0048] RTDS仿真系統(tǒng)將仿真計算得到的各側電流電壓信息通過模擬量/數(shù)字量輸出板卡 輸出到