一种新能源电站功率控制系统测试平台和方法

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，涉及一种新能源电站功率控制系统测试平台和方法。

背景技术

随着新能源发电接入电网的规模不断增大，新能源发电正在由补充性能源向替代性能源的角色转变，电网调度端对新能源电站功率控制快速性和准确性需求不断增加。但是目前新能源电站功率控制系统功能不完善，控制场景和应用需求复杂，整站的功率控制特性较差，导致整站功率控制与电压实时控制面临较大压力，且目前没有较好的手段对动态响应开展测试。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种新能源电站功率控制系统测试平台，包括：半实物仿真模块和功率外部模块；

所述半实物仿真模块搭建于仿真环境中，并和所述功率外部模块相连接；

其中半实物仿真模块，用于对新能源机组进行数字模拟并对所述功率外部模块发送的功率指令进行测试，还用于记录功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号并进行计算和评估新能源场站的控制能力；

其中功率外部模块，用于将功率指令发送到所述半实物仿真模块进行测试。

优选的，所述功率外部模块，包括：被测功率控制系统、新能源机组控制器和无功补偿装置控制器；

所述被测功率控制系统分别与所述半实物仿真模块、所述新能源机组控制器和所述无功补偿装置控制器通过通信的方式进行连接，所述新能源机组控制器和所述无功补偿装置控制器分别与所述半实物仿真模块通过通信的方式进行连接；

其中被测功率控制系统，用于下达功率指令至所述新能源机组控制器、所述无功补偿装置控制器和所述半实物仿真模块；所述功率指令包括有功功率第一或第二指令和无功功率指令；

其中新能源机组控制器，用于接收所述被测功率控制系统下达的有功功率第二指令和新能源电站并网点的电压和电流信号，还用于根据所述有功功率第二指令控制所述半实物仿真模块进行有功功率模拟；

其中无功补偿装置控制器，用于根据所述无功功率指令控制所述半实物仿真模块进行无功功率模拟。

优选的，所述功率外部模块，还包括：通信管理机；

所述通信管理机连接在所述被测功率控制系统与新能源机组控制器、无功补偿装置控制器和所述半实物仿真模块之间；

其中通信管理机，用于以通信协议方式接收所述被测功率控制系统的功率指令，还用于以通信协议方式下达功率指令发送至所述半实物仿真模块或所述无功补偿装置控制器。

优选的，所述半实物仿真模块，包括：新能源机组单元数字模型、无功补偿装置半实物仿真模型、新能源机组半实物仿真模型和电网模型；

所述新能源机组单元数字模型、所述无功补偿装置半实物仿真模型和所述新能源机组半实物仿真模型均在仿真环境中与所述电网模型连接；

所述新能源机组单元数字模型与所述通信管理机通过通信的连接方式相连；

所述无功补偿装置半实物仿真模型与所述无功补偿装置控制器通过通信的连接方式相连；

所述新能源机组半实物仿真模型与所述新能源机组控制器通过通信的连接方式相连；

其中新能源机组单元数字模型，用于对新能源机组和新能源机组对应的控制系统进行数字模拟，还用于接收所述被测功率控制系统下达的有功功率第一指令；

其中无功补偿装置半实物仿真模型，用于基于所述无功补偿装置控制器下发的无功功率指令，根据新能源场站拓扑结构与参数对无功功率进行模拟；

其中新能源机组半实物仿真模型，用于基于所述新能源机组控制器下发的有功功率第二指令，对所述有功功率进行模拟；

其中电网模型，用于模拟新能源电站并网点的频率、电压和电流信号。

优选的，所述半实物仿真模块，还包括：信号输入/输出模型；

所述信号输入/输出模型连接在所述无功补偿装置半实物仿真模型、所述新能源机组半实物仿真模型与所述功率外部模块之间；

其中信号输入/输出模型，用于接收所述功率外部模块的功率指令输入到所述无功补偿装置半实物仿真模型或者所述新能源机组半实物仿真模型，还用于传输所述无功补偿装置半实物仿真模型或所述新能源机组半实物仿真模型的模拟结果到所述功率外部模块。

优选的，所述半实物仿真模块，还包括：记录计算模块；

其中记录计算模块，用于记录有功/无功功率指令和动作、记录新能源电站并网点的电压和电流信号，并对所述电压和电流进行计算和评估新能源场站的控制能力，得到新能源电站有功/无功功率静态、动态响应特性。基于同一发明构思，本申请还提供了一种新能源电站功率控制系统测试方法，包括：

采集功率外部模块的功率指令和新能源电站并网点频率、电压和电流信号；

将所述采集的指令和信号发送到半实物仿真模块进行模拟测试，并在所述半实物仿真模块中对新能源机组进行数字模拟；

根据功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，计算和评估新能源场站的控制能力。

优选的，采集功率外部模块的功率指令，包括：

采集被测功率控制系统下达的有功功率第一指令通过通信管理机发送到新能源机组单元数字模型；

采集被测功率控制系统下达的有功功率第二指令通过通信管理机发送到新能源机组控制器；

采集被测功率控制系统下达的无功功率指令通过通信管理机发送到无功补偿装置控制器。

优选的，所述将所述采集的指令和信号发送到半实物仿真模块进行模拟测试，并在所述半实物仿真模块中对新能源机组进行数字模拟，包括：

将所述采集的有功功率第一指令和信号通过通信管理机发送到新能源机组单元数字模型中对新能源机组进行数字模拟；

将所述采集的有功功率第二指令和信号通过新能源机组控制器经过信号输入/输出模型发送到新能源机组半实物仿真模型进行测试；

将所述采集的无功功率指令和信号通过无功补偿装置控制器经过信号输入/输出模型发送到无功补偿装置半实物仿真模型进行模拟测试。

优选的，所述根据功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，评估新能源场站的控制能力，包括：

根据新能源机组半实物仿真模型中的有功功率第一和第二指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，在记录计算模块中评估新能源电站接收有功功率静态和动态响应特性；

根据无功补偿装置控制器中的无功功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，在记录计算模块中评估新能源电站接收无功功率静态和动态响应特性。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

1、本发明提供的一种新能源电站功率控制系统测试平台和方法，包括：半实物仿真模块和功率外部模块；所述半实物仿真模块搭建于仿真环境中，并和所述功率外部模块相连接；所述半实物仿真模块，用于对新能源机组进行数字模拟并对所述功率外部模块发送的功率指令进行测试，还用于记录功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号并进行计算和评估新能源场站的控制能力；所述功率外部模块，用于将功率指令发送到所述半实物仿真模块进行测试；本发明能够真实地反映现场新能源电站功率控制系统特性，在现场不具备测试条件的情况下，可基于半实物仿真手段开展新能源电站功率控制系统、新能源发电机组控制器在环的仿真测试方案，对新能源电站功率控制策略及一次调频、电压调差等开展功能测试，是现场测试的有效补充；

2、本发明将新能源发电机组控制器接入半实物仿真模块，能够真实模拟新能源发电机组的控制特性，提高发电机组在模拟环境下的准确率；

3、本发明将无功补偿装置控制器接入半实物仿真模块，能够真实反应模拟新无功补偿装置真实的无功响应特性；

4、本发明可对控制性能做出评估，还可以对功率控制系统的采样能力、通信能力做出评价，可以判断系统能力。

附图说明

图1为本发明提供的一种新能源电站功率控制系统测试平台框架示意图；

图2为本发明提供的一种配电物联网架构示意图；

图3为发明提供的一种新能源电站功率控制系统测试方法流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例的一种新能源电站功率控制系统测试平台，包括：

半实物仿真模块和功率外部模块；

所述半实物仿真模块搭建于仿真环境中，并和所述功率外部模块相连接；

所述半实物仿真模块，用于对新能源机组进行数字模拟并对所述功率外部模块发送的功率指令进行测试，还用于记录功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号并进行计算和评估新能源场站的控制能力；

所述功率外部模块，用于将功率指令发送到所述半实物仿真模块进行测试。

本发明提出一种新能源电站功率控制系统测试方法，能够在现场不具备测试条件的情况下，可基于半实物仿真手段开展新能源电站功率控制系统、新能源发电机组控制器在环的仿真测试方案，对新能源电站功率控制策略及一次调频、电压调差等开展功能测试。

具体如下：

(1)建立新能源电站功率控制系统测试平台，如图2所示，包括：测试平台包括被测功率控制系统、通信管理机、半实物仿真模块、新能源机组控制器和无功补偿装置控制器。

半实物仿真模块，包括仿真模型和信号输入输出模块。仿真模型为新能源电站详细模型，首先获取新能源电站拓扑结构与参数，建立无功补偿装置功率电路模型，通过信号输入/输出模块与无功补偿装置控制器相连；选择一台新能源发电机组，建立功率电路模型，通过信号输入/输出模块与新能源机组控制器相连；其余新能源发电机组，建立包含功率电路和控制系统的详细模型，且要求该数字模型与连接控制器的新能源发电机组功率外特性一致。

功率控制系统与通信管理机通过网线连接，以通信协议方式传输数据；通信管理机与各新能源发电机组、无功补偿装置通过网线连接，以通信协议方式下达有功功率第二控制指令和无功功率控制指令。

功率控制系统与通信管理机通过网线连接，以通信协议方式传输数据；通信管理机与多个新能源机组单元数字模型，以通信协议方式下达有功功率第一控制指令。

(2)被测功率控制系统工作在就地控制方式下，下达有功功率第一和第二指令，记录通信管理机接受指令、下发指令时间、新能源机组控制器接受指令时间和动作时间以及新能源电站并网点的电压电流信号，评估新能源电站接收有功功率静态、动态响应特性。

(3)被测功率控制系统工作在就地控制方式下，下达无功功率指令，记录通信管理机接受指令、下发指令时间、新能源机组控制器接受指令时间和动作时间、动态无功补偿装置控制器接受指令时间和动作时间以及新能源电站并网点的电压电流信号，评估新能源电站接收无功功率静态、动态响应特性。

(4)改变半实物仿真模块中电网模型频率，记录新能源电站并网点的电压电流信号，计算一次调频有功功率控制偏差及稳定时间，指标评估新能源电站快速一次调频能力。

(5)改变半实物仿真模块中电网模型电压幅值，记录新能源电站并网点的电压电流信号，计算电压调差无功功率控制偏差及稳定时间，指标评估新能源电站电压调差能力。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种新能源电站功率控制系统测试方法，由于这些系统解决技术问题的原理与一种新能源电站功率控制系统测试平台相似，重复之处不再赘述。如图3所示，包括：

步骤1：采集功率外部模块的功率指令和新能源电站并网点频率、电压和电流信号；

步骤2：将所述采集的指令和信号发送到半实物仿真模块进行模拟测试，并在所述半实物仿真模块中对新能源机组进行数字模拟；

步骤3：根据功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，计算和评估新能源场站的控制能力。

具体方法，如下：

采集功率外部模块的功率指令，包括：

采集被测功率控制系统下达的有功功率第一指令通过通信管理机发送到新能源机组单元数字模型；

采集被测功率控制系统下达的有功功率第二指令通过通信管理机发送到新能源机组控制器；

采集被测功率控制系统下达的无功功率指令通过通信管理机发送到无功补偿装置控制器。

所述将所述采集的指令和信号发送到半实物仿真模块进行模拟测试，并在所述半实物仿真模块中对新能源机组进行数字模拟，包括：

将所述采集的有功功率第一指令和信号通过通信管理机发送到新能源机组单元数字模型中对新能源机组进行数字模拟；

将所述采集的有功功率第二指令和信号通过新能源机组控制器经过信号输入/输出模型发送到新能源机组半实物仿真模型进行测试；

将所述采集的无功功率指令和信号通过无功补偿装置控制器经过信号输入/输出模型发送到无功补偿装置半实物仿真模型进行模拟测试。

所述根据功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，评估新能源场站的控制能力，包括：

根据新能源机组半实物仿真模型中的有功功率第一和第二指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，在记录计算模块中评估新能源电站接收有功功率静态和动态响应特性；

根据无功补偿装置控制器中的无功功率指令和动作、新能源电站并网点电压和电流信号，在记录计算模块中评估新能源电站接收无功功率静态和动态响应特性。

本发明还提出了一种基于硬件参数核查和半实物仿真试验手段开展的光伏逆变器一致性核查方法。在两台光伏逆变器硬件参数核查一致的基础上，基于半实物仿真手段对光伏逆变器控制器进行低电压穿越、高电压穿越和功率控制试验，并对试验数据进行对比，基于暂稳态区间误差评估两台光伏逆变器并网性能的一致性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。