CN112881822A - 一种风电场电压控制功能的检测方法及设备 - Google Patents

一种风电场电压控制功能的检测方法及设备 Download PDF

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Abstract

一种风电场电压控制功能的检测方法及设备，将电压控制***采集的并网点二次电压信号断开，连接到电压扰动发生装置，数据记录分析仪同时记录并网点电压、并网点电流和电压扰动发生装置产生的电压信号，通过电压扰动发生装置模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，通过数据记录分析仪分析并网点无功变化情况，利用无功功率变化与电压变化对应情况，计算电压控制响应时间、控制精度，验证风电场无功电压控制功能，保证风电场并网点稳定运行；解决了开展风电场电压控制功能检测会造成风电场损失电量，影响经济效益，损坏风电机组的问题。

Description

一种风电场电压控制功能的检测方法及设备
技术领域
本发明涉及风电场并网供电的电路装置技术领域，更具体地，涉及一种风电场电压控制功能的检测方法及设备。
背景技术
随着经济社会发展，能源生产和消费持续增长，光伏、风电等新能源不仅具备清洁高效、可再生的特点，而且储量丰富。我国倡导清洁能源的高效利用，进行能源结构转型，实现清洁替代。当大规模风电场并入电网后，给电网的调度运行带来一系列问题，尤其是风电场并网点的无功电压控制问题，是国内风电领域最重要研究热点之一。从整体上看，风电场的并网性能与风电场并网点(Point of Common Coupling，PCC)的电压稳定性密切相关，而风电场PCC电压的稳定性是由风电场的无功电压控制所决定。
现有技术中，根据风电场并网标准，为保证风电场并网点运行稳定，要求风电场配置风电场无功电压自动控制(Automatic Voltage Control，AVC)***。风电场AVC***的基本工作流程如下：AVC***接收调度主站下发的电压控制目标或无功控制目标，根据风机、包括SVC(Static Var Compensator)、SVG(Static Var Generator)、MCR(MagneticallyControlled Reactor)的无功补偿装置以及各类无功调节设备的运行工况，调节风机、无功补偿设备出力以实现风电场的高、低压侧母线电压的控制。
风电场无功电压控制功能是否满足需开展测试验证，NB/T 10317-2019《风电场功率控制***技术要求及测试方法》规定了风电场无功电压控制功能测试方法，包括恒电压模式测试方法、恒无功功率模式测试方法和恒功率因数模式测试方法。
恒无功功率模式测试和恒功率因数模式测试通过AVC***设置风电场为相应控制模式，对于额定容量为Pn的风电场，在30％Pn以下、90％Pn以上两种有功功率下，调节控制目标，根据采集到的三相电压和电流，计算无功功率控制响应时间、控制精度，上述测试易于实现。
恒电压模式测试方法如下：(1)风电场在30％Pn以下、90％Pn以上两种有功功率下，以风电场并网点电压为控制目标，设置不同电压控制目标值，根据采集到的三相电压和电流，计算电压控制响应时间、控制精度，并记录电压调整过程中风电场有功功率、无功功率。(2)风电场在30％Pn以下、90％Pn以上两种有功功率下，保持当前风电场并网点电压控制目标值，模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，根据采集到的三相电压和电流，计算电压控制响应时间、控制精度，并记录电压调整过程中风电场有功功率、无功功率。其中，同恒无功功率模式测试和恒功率因数模式测试一样，恒电压模式测试方法易于实现，但需要模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外时，通常采取切除集电线路方式产生电压波动，以验证AVC***能否将电压调回控制目标值，切除集电线路会造成风电场损失电量，影响经济效益，会损坏该条集电线路上的风电机组。急需一种用于检测风电场电压控制功能的方法及设备克服上述问题。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种风电场电压控制功能的检测方法及设备，无需切除集电线路，模拟风电场并网点电压扰动，使得电压从初始状态波动至电压控制死区之外，通过采集初始状态和扰动状态下的三相电压和电流，检测电压控制响应时间、控制精度，验证风电场无功电压控制功能，保证风电场并网点稳定运行。
本发明采用如下的技术方案。
一种风电场电压控制功能的检测方法，将电压扰动信号输入风电场电压控制***中，控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压、电压扰动状态下的三相电压，并基于风电场并网点的短时短路容量恒定，检测风电场电压控制功能的指标。
检测方法的步骤如下：
步骤1，预先获取风电场并网点的短时短路容量；
步骤2，将电压扰动信号输入风电场电压控制***中；控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流；
步骤3，根据风电场并网点的短时短路容量恒定，利用步骤2中采集的电压和计算得到的无功功率，计算扰动电压对应的无功功率；
步骤4，风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外过程中，根据无功功率的变化数据，检测风电场电压控制功能的指标，即计算电压控制响应时间、电压控制精度。
优选地，
步骤1包括：
步骤1.1，采集风电场并网点三相电压和三相电流；
步骤1.2，对风电场电压控制***设置不同电压控制目标值，利用采集到的电压和电流，计算不同电压控制目标值对应的无功功率；
步骤1.3，以如下关系式计算风电场并网点的短时短路容量：
Figure BDA0002887628540000031
式中，
U1、U2分别表示风电场电压控制***设置的第一电压控制目标值和第二电压控制目标值；
Un表示风电场并网点额定电压；
Q1、Q2分别表示第一电压控制目标值和第二电压控制目标值对应的第一无功功率和第二无功功率。
优选地，
步骤1.1中，风电场并网点设置电压互感器和电流互感器；电压互感器采集风电场并网点三相电压，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；电流互感器采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；
步骤1.2中，在不同的电压控制目标值下，利用数据记录分析仪记录电场并网点三相电压和三相电流、并计算对应的无功功率。
优选地，
步骤2中，电压扰动信号由电压扰动信号发生装置产生；电压扰动信号输入至风电场电压控制***的同时，还输入至数据记录分析仪中。
优选地，
步骤2中，风电场并网点设置电压互感器和电流互感器；电压互感器采集风电场并网点三相电压，并输入至数据记录分析仪；电流互感器采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；电压扰动信号发生装置将电压扰动信号输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；
利用数据记录分析仪记录风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流，并计算初始状态下的无功功率。
优选地，
步骤4中，电压控制响应时间是无功功率由初始值变化至目标值所需时间；电压控制精度是无功功率由初始值变化至目标值后，进入稳态之后的平均值与目标值的误差。
一种风电场电压控制功能的检测方法的设备，包括风电场电压控制***、风电场并网点设置的电压互感器和电流互感器；还包括数据记录分析仪和电压扰动发生装置；数据记录分析仪的电压输入端连接电压互感器的二次侧、电流输入端连接电流互感器的二次侧。
优选地，
设备包括两种运行模式：
(1)风电场并网点电压波动与无功功率对应关系检测模式，此时，风电场电压控制***的电压输入端连接电压互感器的二次侧、电流输入端连接电流互感器的二次侧；
(2)风电场电压控制功能检测模式，此时，风电场电压控制***的电压输入端连接电压扰动发生装置的电压输出端、电流输入端连接电流互感器的二次侧；并且电压扰动发生装置的电压输出端连接数据记录分析仪的电压输入端。
优选地，
电压互感器和电流互感器的精度均不低于0.2级；
数据记录分析仪的采样频率不低于20kHz，带宽不小于2.5kHz。
电压扰动发生装置为三相四线式输出，电压输出范围大于0～135V，输出电压误差不超过±0.1％，相位输出范围为0～360°，相位输出误差不超过±0.1°，信号发生周期不超过100ms，具备电压曲线编辑功能。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、本发明公开的检测方法，通过电压扰动发生装置模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，通过数据记录分析仪分析并网点无功变化情况，利用无功功率变化与电压变化对应情况，够检测风电场电压控制响应时间、控制精度。检测操作简单、检测结果准确可靠。
2、本发明公开的检测方法，开展风电场电压控制功能检测时不会造成风电场损失电量，从而提升经济效益，有效避免损坏风电机组。
附图说明
图1为本发明一种风电场电压控制功能的检测方法的流程图；
图2为本发明优选实施例中风电场正常运行的接线示意图；
图3为本发明一种风电场电压控制功能的检测设备，在风电场并网点电压波动与无功功率对应关系检测模式下的接线示意图；
图4为本发明一种风电场电压控制功能的检测设备，在风电场电压控制功能检测模式下的接线示意图；
图5为本发明一种风电场电压控制功能的检测设备，在风电场并网点电压波动与无功功率对应关系检测模式下，数据记录分析仪的录波曲线图；
图6为本发明一种风电场电压控制功能的检测设备，在风电场电压控制功能检测模式下，数据记录分析仪的录波曲线图；
图7为本发明一种风电场电压控制功能的检测设备，关于电压控制响应时间、控制精度的数据记录分析仪的录波曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
本发明公开了一种风电场电压控制功能的检测方法，将电压扰动信号输入风电场电压控制***中，控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压、电压扰动状态下的三相电压，并基于风电场并网点的短时短路容量恒定，检测风电场电压控制功能的指标。
如图1，一种风电场电压控制功能的检测方法的步骤如下：
步骤1，预先获取风电场并网点的短时短路容量。
具体地，
步骤1包括：
步骤1.1，采集风电场并网点三相电压和三相电流；
步骤1.2，对风电场AVC***设置不同电压控制目标值，利用采集到的电压和电流，计算不同电压控制目标值对应的无功功率；
步骤1.3，以如下关系式计算风电场并网点的短时短路容量：
Figure BDA0002887628540000061
式中，
U1、U2分别表示风电场电压控制***设置的第一电压控制目标值和第二电压控制目标值；
Un表示风电场并网点额定电压；
Q1、Q2分别表示第一电压控制目标值和第二电压控制目标值对应的第一无功功率和第二无功功率。
步骤1.1中，正常运行状态下，如图2，风电场并网点设置电压互感器PT和电流互感器CT；电压互感器采集风电场并网点三相电压，并输入至风电场AVC***和数据记录分析仪；电流互感器采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪。
步骤1.2中，在不同的电压控制目标值下，利用数据记录分析仪记录电场并网点三相电压和三相电流、并计算对应的无功功率。
步骤1.2实际是对电压波动与无功功率的对应关系进行检测，在该检测模式下，如图3，电压互感器PT采集风电场并网点三相电压，并输入至风电场AVC***和数据记录分析仪；电流互感器CT采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场AVC***和数据记录分析仪。
本优选实施例中，风电场AVC***设置的第一电压控制目标值为231.50kV、第二电压控制目标值为230.50kV，如图5中下方曲线所示；在60s时刻，当电压控制目标值发生变化时，无功功率下降，如图5中上方曲线所示；数据记录分析仪根据输入的三相电压和电流，计算得到无功功率从1.2MVar变化到-18.5MVar。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据实际应用情况采取不同类型的设备以实现电压、电流和无功功率的记录、计算与波形显示。本发明优选实施例中采用数据记录分析仪以实现电压、电流和无功功率的记录、计算与波形显示，是一种非限制性的较优选择。
步骤1.3中，根据电力***某一点在一定的短时间内短路容量为固定值，本优选实施例中，经计算，得到风电场并网点的短时短路容量为4344MVA。
步骤2，将电压扰动信号输入风电场AVC***中；控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流。
具体地，
如图4，步骤2中，电压扰动信号由电压扰动信号发生装置产生；电压扰动信号输入至风电场AVC***的同时，还输入至数据记录分析仪中。
风电场并网点设置电压互感器PT和电流互感器CT；电压互感器PT采集风电场并网点三相电压，并输入至数据记录分析仪；电流互感器CT采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场AVC***和数据记录分析仪；电压扰动信号发生装置将电压扰动信号输入至风电场AVC***和数据记录分析仪。
现有技术常采取切除集电线路方式使风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，以验证AVC***能否将电压调回控制目标值。而本发明中，在风电场电压控制功能测试模式下，风电场AVC***不再采集并网点二次电压信号，此时完全由电压扰动信号发生装置提供电压信号，因此能够在不切除集电线路的情况下，模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外的运行过程。从而，有效解决了开展风电场电压控制功能检测会造成风电场损失电量、影响经济效益、损坏风电机组的问题。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据实际应用需要采取不同类型的设备以实现电压波动。本发明优选实施例中采用电压扰动信号发生装置以实现电压波动，是一种非限制性的较优选择。
利用数据记录分析仪记录风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流，并计算初始状态下的无功功率。
本优选实施例中，如图6所示，通过电压扰动发生装置模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，并网点的电压由228.50kV波动到229.60kV，如图6中下方曲线所示；数据记录分析仪根据输入的三相电压和电流，计算并分析并网点无功功率的变化情况，经计算，得到并网点的电压为228.50kV时所对应的无功功率初始值为-41MVar。
步骤3，根据风电场并网点的短时短路容量恒定，利用步骤2中采集的电压和计算得到的无功功率，计算扰动电压对应的无功功率。
具体地，
以如下关系式计算控制死区之外下扰动电压对应的无功功率：
Figure BDA0002887628540000081
式中，
U1、U2分别表示风电场AVC***设置的第一电压控制目标值和第二电压控制目标值；
U、U0分别表示扰动电压以及初始电压；
Q1、Q2分别表示第一电压控制目标值和第二电压控制目标值对应的第一无功功率和第二无功功率；
Q、Q0分别表示扰动电压以及初始电压对应的无功功率。
本优选实施例中，根据风电场并网点的短时短路容量为固定值，计算电压由228.50kV变化到229.60kV，扰动电压为229.60kV时所对应的无功功率为-19.33MVar。
步骤4，风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外过程中，根据无功功率的变化数据，检测风电场电压控制功能的指标，即计算电压控制响应时间、电压控制精度。
具体地，
步骤4中，
电压控制响应时间是无功功率由初始值变化至目标值所需时间；
本优选实施例中，如图7所示，无功功率由-41MVar变化到-19.33Mvar所需的时间为1.18s，即电压控制响应时间为1.18s。
具体地，
电压控制精度是无功功率由初始值变化至目标值后，进入稳态之后的平均值与目标值的误差；
本优选实施例中，如图7所示，无功功率的初始值是-41MVar，其变化到-19.33MVar后逐渐进入稳态，此时平均值与目标值之间的误差为4.24％，即电压控制精度为4.24％。
如图3和4，一种风电场电压控制功能的检测设备，包括风电场AVC***、风电场并网点设置的电压互感器PT和电流互感器CT；
检测设备还包括数据记录分析仪和电压扰动发生装置；数据记录分析仪的电压输入端连接电压互感器PT的二次侧、电流输入端连接电流互感器CT的二次侧。
具体地，
检测设备包括两种运行模式：
(1)风电场并网点电压波动与无功功率对应关系检测模式，此时，如图3，风电场AVC***的电压输入端连接电压互感器PT的二次侧、电流输入端连接电流互感器CT的二次侧；
该运行模式下，风电场电压控制功能的检测设备中，数据记录分析仪记录、计算分析和显示的电压数据、无功功率数据就是风电场AVC***的各项数据，从而实现了正常运行状态下，风电场并网点的电压波动与无功功率对应关系检测，检测操作便捷、装置简单，检测准确度高。
(2)风电场电压控制功能检测模式，此时，如图4，风电场电压控制***的电压输入端连接电压扰动发生装置的电压输出端、电流输入端连接电流互感器CT的二次侧；并且电压扰动发生装置的电压输出端连接数据记录分析仪的电压输入端。
该运行模式下，风电场电压控制功能的检测设备中，数据记录分析仪记录、计算分析和显示的电压数据、无功功率数据还是风电场AVC***的各项数据，并且能够直接记录和分析扰动电压；因此，不仅验证了风电场AVC***能否将电压调回控制目标值，而且还能有效记录和分析电压扰动时的相关数据，从而利用扰动状态下的无功功率变化与电压变化对应情况，计算出风电场AVC***的电压控制响应时间、电压控制精度，对控制***运行和控制***设计提供有效的数据支撑；同时，该模式下，实现风电场电压控制功能检测的操作便捷、装置简单，检测准确度高。
具体地，
电压互感器和电流互感器的精度均不低于0.2级。
数据记录分析仪的采样频率不低于20kHz，带宽不小于2.5kHz。
电压扰动发生装置为三相四线式输出，电压输出范围大于0～135V，输出电压误差不超过±0.1％，相位输出范围为0～360°，相位输出误差不超过±0.1°，信号发生周期不超过100ms，具备电压曲线编辑功能。
值得注意的是，所属领域技术人员可以根据工程实际应用需要选择电压互感器、电流互感器、数据记录分析仪以及电压扰动发生装置的参数，本发明有效实施例中的参数选择是一种非限制性的较优选择。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1、本发明公开的检测方法，通过电压扰动发生装置模拟风电场并网点电压波动至电压控制死区之外，通过数据记录分析仪分析并网点无功变化情况，利用无功功率变化与电压变化对应情况，够检测风电场电压控制响应时间、控制精度。检测操作简单、检测结果准确可靠。
2、本发明公开的检测方法，开展风电场电压控制功能检测时不会造成风电场损失电量，从而提升经济效益，有效避免损坏风电机组。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
所述检测方法，将电压扰动信号输入风电场电压控制***中，控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压、电压扰动状态下的三相电压，并基于风电场并网点的短时短路容量恒定，检测风电场电压控制功能的指标。
2.根据权利要求1所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
所述检测方法的步骤如下：
步骤1，预先获取风电场并网点的短时短路容量；
步骤2，将电压扰动信号输入风电场电压控制***中；控制电压扰动信号，使得风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外；采集风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流；
步骤3，根据风电场并网点的短时短路容量恒定，利用步骤2中采集的电压和计算得到的无功功率，计算扰动电压对应的无功功率；
步骤4，风电场并网点电压从初始状态波动至电压控制死区之外过程中，根据无功功率的变化数据，检测风电场电压控制功能的指标，即计算电压控制响应时间、电压控制精度。
3.根据权利要求1和2所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
步骤1包括：
步骤1.1，采集风电场并网点三相电压和三相电流；
步骤1.2，对风电场电压控制***设置不同电压控制目标值，利用采集到的电压和电流，计算不同电压控制目标值对应的无功功率；
步骤1.3，以如下关系式计算风电场并网点的短时短路容量：
Figure FDA0002887628530000011
式中，
U1、U2分别表示风电场电压控制***设置的第一电压控制目标值和第二电压控制目标值；
Un表示风电场并网点额定电压；
Q1、Q2分别表示第一电压控制目标值和第二电压控制目标值对应的第一无功功率和第二无功功率。
4.根据权利要求3所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
步骤1.1中，风电场并网点设置电压互感器和电流互感器；电压互感器采集风电场并网点三相电压，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；电流互感器采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；
步骤1.2中，在不同的电压控制目标值下，利用数据记录分析仪记录电场并网点三相电压和三相电流、并计算对应的无功功率。
5.根据权利要求1和2所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
步骤2中，电压扰动信号由电压扰动信号发生装置产生；电压扰动信号输入至风电场电压控制***的同时，还输入至数据记录分析仪中。
6.根据权利要求1和2所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
步骤2中，风电场并网点设置电压互感器和电流互感器；电压互感器采集风电场并网点三相电压，并输入至数据记录分析仪；电流互感器采集风电场并网点三相电流，并输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；电压扰动信号发生装置将电压扰动信号输入至风电场电压控制***和数据记录分析仪；
利用数据记录分析仪记录风电场并网点的初始状态下的三相电压和三相电流、电压扰动状态下的三相电压和三相电流，并计算初始状态下的无功功率。
7.根据权利要求1和2所述的一种风电场电压控制功能的检测方法，其特征在于，
步骤4中，电压控制响应时间是无功功率由初始值变化至目标值所需时间；电压控制精度是无功功率由初始值变化至目标值后，进入稳态之后的平均值与目标值的误差。
8.利用权利要求1至7所述的一种风电场电压控制功能的检测方法的设备，包括风电场电压控制***、风电场并网点设置的电压互感器和电流互感器，其特征在于，
所述设备还包括数据记录分析仪和电压扰动发生装置；所述数据记录分析仪的电压输入端连接所述电压互感器的二次侧、电流输入端连接所述电流互感器的二次侧。
9.根据权利要求8所述的一种风电场电压控制功能的检测设备，其特征在于，
所述设备包括两种运行模式：
(1)风电场并网点电压波动与无功功率对应关系检测模式，此时，所述风电场电压控制***的电压输入端连接所述电压互感器的二次侧、电流输入端连接所述电流互感器的二次侧；
(2)风电场电压控制功能检测模式，此时，所述风电场电压控制***的电压输入端连接所述电压扰动发生装置的电压输出端、电流输入端连接所述电流互感器的二次侧；并且所述电压扰动发生装置的电压输出端连接数据记录分析仪的电压输入端。
10.根据权利要求8所述的一种风电场电压控制功能的检测设备，其特征在于，
所述电压互感器和电流互感器的精度均不低于0.2级；
所述数据记录分析仪的采样频率不低于20kHz，带宽不小于2.5kHz。
所述电压扰动发生装置为三相四线式输出，电压输出范围大于0～135V，输出电压误差不超过±0.1％，相位输出范围为0～360°，相位输出误差不超过±0.1°，信号发生周期不超过100ms，具备电压曲线编辑功能。
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