一种新能源场站调频装置防扰动测试方法
阅读说明：本技术 一种新能源场站调频装置防扰动测试方法 (New energy station frequency modulation device anti-disturbance testing method ) 是由 沐润志 吴水军 何廷一 张瑀明 吴桂鸿 于 2021-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种新能源场站调频装置防扰动测试方法,属于电力系统频率调整技术领域。本发明在新能源场站内增加一套调频装置,实现站级一次调频功能；采用频率信号发生器在调频装置的母线电压采集板上加入指定频率幅值及变化率的频率信号,以模拟电网频率变化；利用电量记录分析仪通过采集对应的新能源场站电压、电流信号以及频率信号发生器输出的频率信号,并进行分析,从而实现对调频装置的防频率扰动、防电压扰动、防电压+频率扰动三个方面的测试。该测试方法可提高新能源场站调频装置稳定性能,提高电网频率稳定性,改善电力系统的动态品质,且能够满足新能源场站运行要求,促进新能源与电网之间频率问题的友好、协调发展。(The invention relates to a disturbance-prevention testing method for a frequency modulation device of a new energy station, and belongs to the technical field of frequency adjustment of power systems. According to the invention, a set of frequency modulation device is added in the new energy station to realize the station-level primary frequency modulation function; adding a frequency signal with specified frequency amplitude and change rate to a bus voltage acquisition board of a frequency modulation device by using a frequency signal generator so as to simulate the frequency change of a power grid; the electricity quantity recording analyzer collects corresponding voltage and current signals of the new energy station and frequency signals output by the frequency signal generator and analyzes the signals, so that the frequency modulation device is tested in three aspects of frequency disturbance prevention, voltage and frequency disturbance prevention. The testing method can improve the stability of the frequency modulation device of the new energy station, improve the frequency stability of the power grid, improve the dynamic quality of the power system, meet the operation requirement of the new energy station and promote the friendly and coordinated development of the frequency problem between the new energy and the power grid.)
技术领域
本发明属于电力系统频率调整技术领域，具体涉及一种新能源场站调频装置防扰动测试方法。
背景技术
随着风电和光伏的大规模并网，以及传统机组的固有缺陷，调频容量不足的问题日益突出。随着光伏发电渗透率的不断提高，挤占了部分常规机组空间，降低了电网一次调频资源储备容量，削弱了电网调频能力，为提升电网频率安全水平，迫切需要研究新能源发电系统参与电网调频方法，以及相应的测试方法。
中国于2011年颁布的国家标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》中明确指出：风电场应配置有功功率控制系统，具备有功功率调节能力；风电场应能够接收并自动执行电力系统调度机构下达的有功功率及其变化的控制指令，风电场有功功率及其变化应与电力系统调度机构下达的给定值一致。南方电网2018年颁布的企业标准Q/CSG1211017-2018《风电场接入电网技术规范》中明确指出：当风电场有功功率在总额定出力的20%以上时，场内所有运行机组应能够实现有功功率的连续平滑调节，并能够参与系统有功功率控制。
新能源场站的电压、频率问题存在严重的问题；新能源场站完成快速频率响应功能改造后，不仅在场站并网点通过现场试验验证是否具备快速频率响应功能，还需测试其调频装置是否具有防扰动功能。
一次调频功能是并网运行发电机组基本特性之一，它能够有效抑制电网频率变化，提高系统抵御功率缺额扰动的能力。但是目前尚未有明确的防扰动测试标准或测试方法。
新能源场站调频功能的正确动作不仅指调频控制系统感受电网频率波动时，风电场出力相应变化，还是考虑电网电压、频率等方面的扰动闭锁调频功能。
因此如何克服现有技术的不足是目前电力系统频率调整
技术领域
亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种新能源场站调频装置防扰动测试方法，以解决电网内新能源占比日益增长所带来的频率稳定问题；可以提高调频系统的动作准确性、可靠性、稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新能源场站调频装置防扰动测试方法，具体是：
在新能源场站内增加一套调频装置，实现站级一次调频功能；
采用频率信号发生器在调频装置的母线电压采集板上加入指定频率幅值及变化率的频率信号，以模拟电网频率变化；利用电量记录分析仪通过采集对应的新能源场站电压、电流信号以及频率信号发生器输出的频率信号，并分析频率、全站功率响应曲线，从而实现对调频装置的防频率扰动、防电压扰动、防电压+频率扰动三个方面的测试。
进一步，优选的是，所述的指定频率幅值及变化率的频率信号是频率幅值为45~55Hz，变化率为-1.0~+1.0Hz/s的频率信号。
进一步，优选的是，防频率扰动测试分为频率变化量、频率变化率、频率变化量+频率变化率扰动三个方面的测试，具体为：
a）、设置电网频率变化量和频率变化率死区，分别为±0.05Hz和±0.05Hz/s；
b）、通过频率信号发生器加入频率变化量，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化量△f超过死区，调频装置才能动作；
c）、通过频率信号发生器加入频率变化率，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作；
d）、同时通过频率信号发生器加入频率变化量和频率变化率，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化量△f超过死区，且频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作。
这步属于调频装置设置，以及说明何时调频能动。
进一步，优选的是，防频率扰动测试还需分别开展测试电压单相、两相、三相的频率变化量、变化率、变化率+变化量扰动测试；在以上测试中仅三相的频率变化量、变化率、变化率+变化量扰动，且频率变化量△f和频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作。
进一步，优选的是，防电压扰动测试分为电压跌落、电压升高、电压连锁故障、谐波、PT断线、电压三相负序不平衡测试，具体为：
a）、分别进行单相电压跌落、两相电压跌落、三相电压跌落防扰动测试；
b）、分别进行单相电压升高、两相电压升高、三相电压升高防扰动测试；
c）、分别进行单相电压连锁故障、两相电压连锁故障、三相电压连锁故障穿越测试；
d）、分别进行单相电压、两相电压和三相电压的偶次谐波电压、奇次谐电压波和总谐波畸变超标测试；
e）、分别进行单相、两相、三相电压的PT断线测试；
f）、进行三相电压负序不平衡测试；
在以上测试中调频装置均不能动作。
进一步，优选的是，防电压扰动测试中电压对称或不对称跌落、升高或连锁故障时，在电压跌落和恢复时完成两次相移，每次相移≥60度；在在电压升高和恢复时完成两次相移，每次相移≥60度。
进一步，优选的是，防电压扰动测试中电压跌落、电压升高和电压连锁故障的电压分为：
a）、风电场的低电压跌落范围为20%Un~100%Un之间；光伏电站的低电压跌落范围为0%Un~100%Un之间；
b）、风电场和光伏电站的高电压升高范围为100%Un~130%Un之间；
c）、风电场的电压连锁故障范围为20%Un~130%Un之间；光伏电站的电压连锁故障范围为0%Un~130%Un之间。
进一步，优选的是，防电压+频率扰动测试分为电压范围内频率扰动测试和电压范围外频率扰动测试，具体为：
a）、调频装置设定调频动作电压范围为85%Un~115%Un；
b）、测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围内，电压跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；分别在单相电压和频率扰动、两相电压和频率扰动、三相电压和频率扰动情况下进行测试；
c）、测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围外，电压跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；分别在单相电压和频率扰动、两相电压和频率扰动、三相电压和频率扰动情况下进行测试；
仅在三相频率变化量△f和频率变化率df/dt超过死区，且测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围内，调频装置才能动作。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
（1）提高新能源场站调频的准确性、可靠性、稳定性，改善电力系统的动态品质。
（2）能够对新能源场站调频装置的调频能力全面测试，使一次调频系统功能更加完善，能够满足新能源场站的运行需求。
（3）适用于所有区域的新能源场站调频装置防扰动测试，具备良好的应用价值和应用前景。
（4）该测试方法必将有力推进并网风电、光伏电网一次调频能力测试与研究工作，也将进一步保障和促进大规模新能源接入电网后，新能源与电网之间频率问题的友好、协调发展。
（5）新能源装机容量逐渐增大，导致系统可用调频容量占比降低，进一步提高新能源场站的调频装置动作可靠性，能提高系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的新能源场站调频测试接线示意图；
图2为本发明实施例提供的新能源场站调频装置防扰动测试内容示意图；
图3为本发明应用实例a）中某风电场的测试结果图；
图4为本发明应用实例b）中某风电场的测试结果图；
图5为本发明应用实例c）中某风电场的测试结果图；
图6为本发明应用实例d）中某风电场的测试结果图；
图7为本发明应用实例e）中某风电场的测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
本发明实施例提供一种新能源场站调频装置防扰动测试方法，用于电力系统控制领域。参见图1和图2所示，所述的新能源场站调频装置防扰动测试方法，具体是：
在新能源场站内增加一套调频装置，实现站级一次调频功能；
采用频率信号发生器在调频装置的母线电压采集板上加入指定频率幅值及变化率的频率信号，以模拟电网频率变化；利用电量记录分析仪通过采集对应的新能源场站电压、电流信号以及频率信号发生器输出的频率信号，并分析频率、全站功率响应曲线，从而实现对调频装置的防频率扰动、防电压扰动、防电压+频率扰动三个方面的测试。
优选，所述的指定频率幅值及变化率的频率信号是频率幅值为45~55Hz，变化率为-1.0~+1.0Hz/s的频率信号。
进一步，优选的是，防频率扰动测试分为频率变化量、频率变化率、频率变化量+频率变化率扰动三个方面的测试，具体为：
a）、设置电网频率变化量和频率变化率死区，分别为±0.05Hz和±0.05Hz/s；
b）、通过频率信号发生器加入频率变化量，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化量△f超过死区，调频装置才能动作；
c）、通过频率信号发生器加入频率变化率，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作；
d）、同时通过频率信号发生器加入频率变化量和频率变化率，电量记录分析仪进行采集分析，当频率变化量△f超过死区，且频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作。
优选，防频率扰动测试还需分别开展测试电压单相、两相、三相的频率变化量、变化率、变化率+变化量扰动测试；在以上测试中仅三相的频率变化量、变化率、变化率+变化量扰动，且频率变化量△f和频率变化率df/dt超过死区，调频装置才能动作。
优选，防电压扰动测试分为电压跌落、电压升高、电压连锁故障、谐波、PT断线、电压三相负序不平衡测试，具体为：
a）、分别进行单相电压跌落、两相电压跌落、三相电压跌落防扰动测试；
b）、分别进行单相电压升高、两相电压升高、三相电压升高防扰动测试；
c）、分别进行单相电压连锁故障、两相电压连锁故障、三相电压连锁故障穿越测试；
d）、分别进行单相电压、两相电压和三相电压的偶次谐波电压、奇次谐电压波和总谐波畸变超标测试；
e）、分别进行单相、两相、三相电压的PT断线测试；
f）、进行三相电压负序不平衡测试；
在以上测试中调频装置均不能动作。
优选，防电压扰动测试中电压对称或不对称跌落、升高或连锁故障时，在电压跌落和恢复时完成两次相移，每次相移≥60度；在在电压升高和恢复时完成两次相移，每次相移≥60度。
优选，防电压扰动测试中电压跌落、电压升高和电压连锁故障的电压分为：
a）、风电场的低电压跌落范围为20%Un~100%Un之间；光伏电站的低电压跌落范围为0%Un~100%Un之间；
b）、风电场和光伏电站的高电压升高范围为100%Un~130%Un之间；
c）、风电场的电压连锁故障范围为20%Un~130%Un之间；光伏电站的电压连锁故障范围为0%Un~130%Un之间。
具体地，防电压+频率扰动测试分为电压范围内频率扰动、电压范围外频率扰动，其中具体为：
a）、调频装置设定一定的调频动作电压范围；
b）、测试电压在设定的电压范围内跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；若一次调频动作，则说明调频装置防扰动功能正确；
c）、测试电压在设定的电压范围外跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；若一次调频动作，则说明调频装置防扰动功能不正确。
d）、分别在单相电压、两相电压、三相电压和单相频率、两相频率、三相频率扰动情况下开展测试。
优选，防电压+频率扰动测试分为电压范围内频率扰动测试和电压范围外频率扰动测试，具体为：
a）、调频装置设定调频动作电压范围为85%Un~115%Un；
b）、测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围内，电压跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；分别在单相电压和频率扰动、两相电压和频率扰动、三相电压和频率扰动情况下进行测试。
c）、测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围外，电压跌落或升高，以及电压跌落或升高期间频率扰动；分别在单相电压和频率扰动、两相电压和频率扰动、三相电压和频率扰动情况下进行测试。
仅在三相频率变化量△f和频率变化率df/dt超过死区，且测试电压在设定的85%Un~115%Un电压范围内，调频装置才能动作。
本发明在新能源场站内增加一套调频装置统，通过改造通讯网络以及新能源发电机组实现站级一次调频功能，并实现调频装置防扰动功能，新能源场站调频装置应具有防频率扰动、防电压扰动、防电压+频率扰动等功能。
应用实例
一种新能源场站调频装置防扰动测试方法，包括以下步骤：
a）、利用高精度频率信号发生器在某风电场的调频装置的母线电压采集板上加入三相81%Un电压且在电压跌落和恢复时完成两次相移，每次相移60度，从图3中有功功率看出，调频装置未动作，故调频装置防扰动功能正确；
b）、利用高精度频率信号发生器在某风电场的调频装置的母线电压采集板上加入三相81%Un电压且在电压跌落期间频率为50.15Hz，从图4中有功功率看出，调频装置动作，故调频装置防扰动功能正确；
c）、利用高精度频率信号发生器在某风电场的调频装置的母线电压采集板上加入三相79%Un电压且在在电压跌落期间频率为50.15Hz，从图5中有功功率看出，调频装置动作，故调频装置防扰动功能正确。
d）、利用高精度频率信号发生器在某风电场的调频装置的母线电压采集板上加入BC相额定电压、A相79%Un电压且在在电压跌落期间频率为50.15Hz，从图6中有功功率看出，调频装置未动作，故调频装置防扰动功能正确。
e）、利用高精度频率信号发生器在某风电场的调频装置的母线电压采集板上加入C相额定电压、AB相79%Un电压且在在电压跌落期间频率为50.15Hz，从图7中有功功率看出，调频装置未动作，故调频装置防扰动功能正确。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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