基于分布參數(shù)電路的風(fēng)機諧波適應(yīng)性遠端檢測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機組并網(wǎng)檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于分布參數(shù)電路的 風(fēng)機諧波適應(yīng)性遠端檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，風(fēng)電發(fā)展十分迅速，據(jù)世界風(fēng)能理事會統(tǒng)計，在過去六年(2009-2014)中， 全球風(fēng)電市場規(guī)模擴大了約250GW，海上風(fēng)電也受到更多的關(guān)注，全球范圍內(nèi)海上風(fēng)電并網(wǎng) 規(guī)模不斷增加，對電網(wǎng)穩(wěn)定性影響日益突出。
[0003] 2011年，張北地區(qū)連續(xù)發(fā)生多起風(fēng)電機組大規(guī)模脫網(wǎng)事故，對電網(wǎng)安全運行和供 電造成嚴(yán)重的影響，使得風(fēng)電機組并網(wǎng)電網(wǎng)適應(yīng)性檢測重要性得到廣泛認可。為此，國家能 源局針對風(fēng)電并網(wǎng)檢測工作印發(fā)了《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電并網(wǎng)檢測管理暫行辦法》（以下簡稱 測試規(guī)程）。目前關(guān)于風(fēng)電機組并網(wǎng)檢測的研究基本針對于陸上，測試點靠近于風(fēng)機中壓出 口偵U。在進行電網(wǎng)諧波適應(yīng)性并網(wǎng)檢測時，擾動發(fā)生裝置可以按照測試規(guī)程要求產(chǎn)生相應(yīng) 的測試諧波，直接注入風(fēng)機側(cè)。
[0004] 與陸上風(fēng)電機組檢測不同的是，海上風(fēng)電機組基礎(chǔ)位于海水，海上風(fēng)浪情況比較 復(fù)雜，測試裝置往往難以抵達風(fēng)機電壓出口處進行測量，通常需要通過一定長度的海底電 纜進行測試連接。同時海底電纜含有大量的分布電容參數(shù)，會給檢測帶來一定的影響，尤其 是電網(wǎng)諧波適應(yīng)性檢測。在對風(fēng)電機組進行遠端測試時，如果仍然按照陸上檢測方法直接 在遠端注入規(guī)程要求測試諧波，經(jīng)過海纜的作用會產(chǎn)生一定的畸變，當(dāng)測試諧波到達風(fēng)機 側(cè)時，已經(jīng)和遠端有了一定不同，會嚴(yán)重影響檢測的可靠性，甚至引起諧振，危害待檢測風(fēng) 機以及擾動發(fā)生裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的就是為了消除風(fēng)電機組遠端檢測時長距離電纜的影響，解決諧波適 應(yīng)性遠端檢測問題，提出了一種基于分布參數(shù)電路的風(fēng)機諧波適應(yīng)性遠端檢測系統(tǒng)及方 法，該系統(tǒng)及方法不僅能夠根據(jù)測試時采用的電纜對測試諧波在遠端進行相應(yīng)的修正，以 保證實際注入風(fēng)機側(cè)的諧波符合測試規(guī)程要求，而且能夠有效避免諧波適應(yīng)性測試過程中 潛在的諧振問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：
[0007] -種基于分布參數(shù)電路的風(fēng)機諧波適應(yīng)性遠端檢測系統(tǒng)，包括:擾動發(fā)生裝置以 及與所述擾動發(fā)生裝置連接的測試電纜;所述測試電纜的另一端連接風(fēng)電機組;設(shè)定風(fēng)電 機組風(fēng)機箱變的出口端為風(fēng)機近端A點，遠端測試點作為風(fēng)機遠端B點；
[0008] 在風(fēng)機近端A點輸入測試規(guī)程要求的測試諧波，測試風(fēng)機遠端B點的諧波電壓幅 值，根據(jù)風(fēng)機近端A點相比于風(fēng)機遠端測試B點的各次諧波放大或衰減比例，確定諧振頻率。 [0009 ] -種基于分布參數(shù)電路的風(fēng)機諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，包括以下步驟：
[0010] S1:根據(jù)測試時所采用的測試電纜，建立分布參數(shù)電路模型;所述分布參數(shù)電路模 型包括單位長測試電纜的長度，以及每公里電纜的分布電容參數(shù)，電導(dǎo)參數(shù)，電阻參數(shù)以及 電抗參數(shù)；
[0011] S2:按照測試規(guī)程要求所需采用的測試諧波，構(gòu)建風(fēng)機近端A點的諧波電壓數(shù)學(xué)模 型；
[0012] S3:根據(jù)不同的測試需求，對擾動發(fā)生裝置發(fā)出的各次諧波進行分組；
[0013] S4:利用構(gòu)建的諧波電壓數(shù)學(xué)模型，在MATLAB仿真平臺上，通過設(shè)置分布參數(shù)，計 算空載條件下，在風(fēng)機近端A點輸入測試規(guī)程要求的測試諧波時，對應(yīng)的風(fēng)機遠端B點相對 于風(fēng)機近端A點的諧波電壓幅值的變化；
[0014] S5:根據(jù)風(fēng)機遠端B點相對于風(fēng)機近端A點的諧波電壓幅值的變化，確定風(fēng)機近端A 點相比于風(fēng)機遠端測試B點的各次諧波放大或衰減比例；
[0015] 如果所述放大衰減比例超過設(shè)定倍數(shù)，則確定該測試諧波引起了諧振；
[0016] S6:根據(jù)步驟S5中確定的各次諧波放大或衰減比例，按照測試規(guī)程要求的測試諧 波作為風(fēng)機近端A點的數(shù)據(jù)，計算風(fēng)機遠端B點相應(yīng)諧波的幅值；
[0017] S7:根據(jù)步驟S6中的風(fēng)機遠端B點諧波幅值VB，同時去除諧振諧波，取VB作為實際測 試時，擾動發(fā)生裝置輸出設(shè)定值；
[0018] S8:將測試電纜連接待檢測風(fēng)電機組，按照測試規(guī)程要求，按照以上所得的風(fēng)機遠 端B點諧波幅值V B對擾動發(fā)生裝置進行調(diào)試，對所要求的測試諧波進行分組測試。
[0019] 所述步驟S1中，分布參數(shù)電路模型具體為： A ·
[0020] - ^(r + j\v,L)I dx ；：
[0021] - = (g+ /μ·, 〇r dx ，
[0022] 其中，f為線路的電壓電流;r為每公里電纜的電阻值，為諧波頻率對應(yīng)的弧 度值，為每公里電纜的電感值，g為每公里電纜的電導(dǎo)，C為每公里電纜的電容值。
[0023] 所述步驟S2中，風(fēng)機近端A點的諧波電壓數(shù)學(xué)模型具體為：
[0024] V - A cm{wt+ψ)+Bn c,m(nwt-,
[0025] 其中，A為基波幅值，Bn為第n次諧波的幅值，n為諧波次數(shù)，ne (2,25)，且沒有3k次 諧波；9為基波電壓的初相、A為第η次諧波電壓的初相、w為基波電壓角速度。
[0026] 所述步驟S3中，根據(jù)測試需求，按照以電壓總諧波畸變率考核、以奇次諧波含有率 考核、以偶次諧波含有率考核3種測試情況對擾動發(fā)生裝置發(fā)出的各次諧波進行分組。
[0027] 所述步驟S4中，風(fēng)機遠端Β點相對于風(fēng)機近端Α點的諧波電壓幅值的變化的確定方 法具體為：
[0028] VB=VAch γ x+lAZcnsh γ ηχ V
[0029] ΙΒ = ^^·+ I ,c!v/nx Φγχ (尺 + //m，|C)(r+ 戶川'丨乙）
[0030] 其中，對于η次諧波， -，不同頻率的諧波對應(yīng)的值不 Zcn^^(r + jnw,L)l(g + jnw,C) 同；VA和Ια分別為風(fēng)機近端A點的電壓和電流，VB和Ib分別為風(fēng)機遠端B點的電壓和電流;特 別地，當(dāng)空載時末端電流Ia=〇,則可根據(jù)末端電壓進行直接推算。諧波適應(yīng)性檢測時，末端 電壓即為規(guī)程所要求測試電壓。
[0031 ]所述步驟S6中，計算風(fēng)機遠端B點各次諧波相應(yīng)的幅值的方法具體為：
[0032] 對于第K次諧波，風(fēng)機近端、遠端對應(yīng)的諧波電壓分別為VAk和VBk;由步驟S5得出， 風(fēng)機近端A點相比于風(fēng)機遠端測試B點的諧波放大了 m倍，即VAk/VBk=m;
[0033] 因此，實際檢測時，對于第k次諧波，按照規(guī)程在近端A點的要求值VAk，除以m，可求 得遠端B點的電壓值V Bk。
[0034] 本發(fā)明的有益效果：
[0035] 第一，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，能夠 在測試裝置無法靠近待檢測風(fēng)機的情景下(如海上測試），順利實現(xiàn)接入測試電纜后的遠端 檢測。
[0036] 第二，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，能夠 根據(jù)實際測試所采用的電纜型號及長度不同，相應(yīng)調(diào)節(jié)仿真設(shè)置，具有較強的適應(yīng)性和調(diào) 節(jié)能力。
[0037]第三，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，首先 對待檢測的系統(tǒng)進行MATLAB仿真建模分析，能夠準(zhǔn)確確定待檢測系統(tǒng)的諧振頻率，可有效 避免實際測試時測試諧波的注入。
[0038] 第四，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，在實 際2~25次諧波測試時，提出分組測試的方法，即降低了對測試裝置諧波畸變輸出精度的要 求，又能保證對各次的諧波的完整檢測。
[0039] 第五，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，相比 于已有的近端測試系統(tǒng)，未增加其他的裝置，能夠有效的控制測試系統(tǒng)的成本。
[0040] 第六，本發(fā)明設(shè)計的基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，其中 涉及的主要仿真模型是基于MATLAB平臺開發(fā)，具有很強的可操作性和廣泛的使用范圍。
【附圖說明】
[0041] 圖1(a)為諧波適應(yīng)性遠端檢測測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 圖1(b)為圖1(a)對應(yīng)的諧波適應(yīng)性遠端檢測測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等值模型；
[0043] 圖2(a)為空載條件下諧波適應(yīng)性遠端檢測測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044] 圖2(b)為圖2(a)對應(yīng)的空載條件下諧波適應(yīng)性遠端檢測測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等值電路 豐旲型；
[0045] 圖3為基于分布參數(shù)電路風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法流程圖。
【具體實施方式】：
[0046] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明：
[0047] 如圖1(a)及圖1(b)所示，本發(fā)明提供一種風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測裝置，實 際完整的測試系統(tǒng)包括諧波擾動發(fā)生裝置，長距離測試電纜，以及待檢測風(fēng)機。測試電纜一 端與諧波擾動發(fā)生裝置連接，另一端與待檢測風(fēng)機連接。
[0048] 圖1(b)為圖1(a)對應(yīng)的諧波適應(yīng)性遠端檢測測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等值模型，其中Xc，Rc 為測試裝置的等效阻抗，A點為風(fēng)機箱變出口端，B為遠端檢測點。AB段為海纜的分布參數(shù)等 值電路，Xt為海上風(fēng)電機組箱變等值阻抗，Xwt為風(fēng)機的等值阻抗。電導(dǎo)g的值很小，一般可 以忽略。
[0049] 如圖2(a)及圖2(b)所示，是基于空載條件下近端檢測，對含有長距離電纜的系統(tǒng) 進行遠端修正，以使得在遠端B點輸入一定的測試諧波，能夠在近端A點獲得測試規(guī)程所要 求的諧波適應(yīng)性測試條件。如圖2(b)所示，空載測試系統(tǒng)含有電感及電容元素，在特定的諧 波下能夠產(chǎn)生諧振。本發(fā)明的風(fēng)電機組諧波適應(yīng)性遠端檢測方法，通過分布參數(shù)電路和諧 波擾動發(fā)生裝置模型，可有效確定系統(tǒng)諧振頻率。
[0050] 如圖3所示為諧波適應(yīng)性遠端檢測流程圖，具體步驟如下：
[0051] S1:根據(jù)測試時所采用的電纜，建立實用的分布參數(shù)電路模型。主要包括單位長電 纜的長度，以及每公里電纜的分布電容參數(shù)，電導(dǎo)參數(shù)，電阻參數(shù)以及電抗參數(shù)。 d V ·
[0052] 本步驟中，所采用的分布參數(shù)電路，由如下表達式?jīng)Q定：(1) d I · αχ
[0053] 其中r為每公里電纜的電阻值，wf為諧波頻率對應(yīng)的弧度值，L為每公里電纜