專利名稱：基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于新能源并網檢測系統設計及應用技術領域，尤其涉及一種基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統。是結合虛擬電網仿真的風力發電電能質量檢測裝置，可以解決大型風電機組設備產業化進程中的機組電能質量測試及相應的測試分析問題。
背景技術：
國際電工標準IEC61400-21要求對閃變進行測量的最終目的是評估風電機組對電網的影響。衡量閃變的指標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弱的量值。閃變測量分為持續運行和切入過程時兩種情況，切入過程又可分為在切入風速時、在額定風速時和大小發電機在最差條件下切換時的三種方式。并網風電機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。影響風電機組輸出功率的因素有很多，例如空氣密度Q、葉輪轉速X、槳距角B和風速V的變化，其中風速的自然變化是主要因素。在并網風電機組持續運行過程中，由于受塔影效應、偏航誤差和風剪切等因素的影響，風電機組在葉輪旋轉過程中會產生轉矩不穩定，而轉矩不穩定將造成風電機組輸出功率的波動。人對照度波動的最大察覺頻率范圍為0.05 35Hz，風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。目前，對電壓波動閃變進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，而對于低頻調幅波，這種方法的高通濾波器截止頻率很低，難以實現，往往誤差較大。
針對上述問題，出現了工程計算和IEC閃變儀兩種方法對風電機組閃變的測試方法，這兩種方法雖然可以解決現有風電場閃變測試問題，然而，仍然存在工程計算繁瑣和閃變儀資金投入問題，并不能達到測試過程簡單、經濟的要求。

實用新型內容為了克服現有風電機組閃變測試過程復雜、且無法進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，本實用新型提供一種基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統，它能夠通過虛擬電網進行風電機組電壓波動模擬，并能夠將該模擬信號，作為輸入信號，輸入虛擬閃變儀系統，獲得瞬時閃變值，即閃變視感度變化曲線圖。本實用新型解決其技術問題采用的技術方案是:基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統，包括電流互感器、數據采集器及工控機或PC及進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據采集器和工控機數據接口相連接，電流信號(數字)在工控機搭建的虛擬電網中等效為可控電壓源，該電壓源經過模擬測試儀處理為電壓的閃變值，并可相應報表或圖形。[0009]本實用新型的有益效果是:本實用新型測試系統結構簡單可靠，實用性較強，為分析風電接入電網系統安全性提供了測試依據，有利于降低風電并網的對電網帶來的隱患。能夠通過仿真軟件模擬閃變儀計算風電機組閃變值，減少現場實測過程中硬件接口及測試儀設備的投資，且測試過程簡單，易于實現，適合推廣應用。
以下結合附圖和具體實施例及測試結果對本實用新型作進一步詳細的描述，但本實用新型的實施不限于此。

圖1是本實用新型測試系統的實現流程圖；圖2是本實用新型虛擬電網的原理框圖；圖3是國際電工標準IEC61000-4-15規范的閃變儀功能框圖；圖4是本實用新型電網不同阻抗角下風電機組電壓閃變值Pst變化圖。
具體實施方式
:本實用新型是一種基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統，包括用電流互感器及數據采集器，用于得到模擬風電機組電壓波動曲線和用于搭建虛擬電網的工控機或PC(personal computer)個人計算機及進行閃變儀模擬的仿真軟件Matlab。電流互感器測量信號通過數據采集器與工控機接口相連，該電流信號等效為虛擬電網中的可控電流源，通過虛擬電網的等效，獲 得風電機組等效電壓源，該電壓源作為模擬測試儀的輸入信號，經過濾波處理得到電壓閃變值。所述電流互感器為法國C.A公司生產的P01120507型柔性探頭，量程為3000A ;變比:lmV/A ;準確度:1% ;相移:0.5所述閃變儀是由全軟件Matlab實現的，能夠實現對風電機組波動電壓的檢波、濾波功能。本實用新型基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統的測試方法是:根據風電機組出口實測電流值，搭建虛擬電網，模擬風電機組輸出端的電壓波動，排除電網結構及其它負荷的影響，獲得風機出口電網波動值；采用符合IEC61000-4-15的閃變計算方法，根據標準化數字閃變測試儀進行閃變值計算和分析。如圖1所示，在風電機組閃變模擬測試中，以不低于5kHz的頻率采集風電機組連續正常和切換運行的電流i(t)，輸出功率從O至額定功率，以10%的額定功率為區間，每個功率區間、每相至少收集風電場并網點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/電流采樣值計算電壓閃變值，虛擬電網電源參數為:Un=690V，容量 Sk,fic=20*Sn=20*850kVA=17MVA，電網阻抗角'分別為 30°，50°，70°和 85°。依據國際電工標準IEC61400-21，所述的搭建虛擬電網電源的電壓總畸變率小于
2.5% ;電壓波動應不超過額定電壓的±1%。[0023]所述獲得風電機組出口實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行A/D變換，得到電壓的數字信號。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、0.05 35Hz帶通濾波器、平方器、一階低通濾波器、閃變的統計評定等模塊。所述模擬式閃變儀平方運算及帶通濾波模塊，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對視覺反應和記憶效應，作用是反映光照度暫態變化的能見度，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為0.3s。所述閃變的統計評定對平方一階低通濾波輸出的瞬時閃變值進行統計分析，得出短時間閃變值Pst和閃變系數。如圖4所示是本實用新型測試儀計算出的電網阻抗角Ψ,分別為30°，50°，70°和85°時的Pst值隨風速變化圖。本實用新型所述的閃變測試系統遵循國際電工標準IEC61000-4-15的計算方法。所述的閃變測試儀輸入數據為風電機組電壓波動信號，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對視覺反映、記憶效應，可以得到瞬時閃變 視感度。
權利要求1.基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統，其特征在于:包括電流互感器、數據采集器及工控機或PC;電流互感器輸出端口通過數據采集器和工控機數據接口相連接，電流信號在工控機搭建的虛擬電網中等效為可控電壓源，該電壓源經過模擬測試儀處理為電壓的閃 變值。
專利摘要本實用新型屬于新能源并網檢測系統設計及應用技術領域，尤其涉及一種基于虛擬電網仿真的風電機組閃變模擬測試系統。本實用新型包括電流互感器、數據采集器及工控機或PC及進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據采集器和工控機數據接口相連接，電流信號(數字)在工控機搭建的虛擬電網中等效為可控電壓源，該電壓源經過模擬測試儀處理為電壓的閃變值，并可相應報表或圖形。本實用新型結構簡單可靠，實用性強，有利于降低風電并網的對電網帶來的隱患，減少設備投資，測試過程簡單，易于實現，適合推廣應用。
文檔編號G01R31/00GK203101538SQ201220660968
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月4日 優先權日2012年12月4日
發明者戈陽陽, 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研究院, 東北電力科學研究院有限公司, 國家電網公司