高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法与流程

1.本发明涉及新能源发电机组控制器性能检测技术领域，特别是涉及一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法。


背景技术：

2.为了考核新能源发电机组控制器的性能，其中一项检测是通过故障电压发生装置模拟电网电源的电压故障情况，以检测新能源控制器的性能是否满足高电压穿越技术要求。故障电压发生装置是基于阻抗/阻容分压原理，在测试点产生满足测试要求规格故障电压的试验设备。
3.高电压故障发生装置原理图如图1所示。s1为等值电网，zs为等值阻抗；z
l
为限流阻抗，brk1为旁路开关；pcc并网点至cn点的支路为升压支路，brk2为短路开关，c
l
为升压支路的电容器，rd为升压支路的阻尼电阻。高电压故障模拟方法是这样的，分闸brk1关闭，新能源发电站经限流阻器串联接入外部电网，闭合短路开关brk2投入升压支路，可在pcc点产生要求的电压升高。通过调节升压支路的阻容值，实现pcc点电压升高幅值控制；通过控制brk2导通时间，实现控制并网点电压升高持续时间。
4.《gb/t 36995-2018风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》要求：短路开关应能精确控制所有三相或两相电路中升压阻容的投入和退出时间。模拟电压抬升和电压恢复时，电压阶跃时间应小于20ms。
5.现有的高电压故障发生装置主要应用于真实电压等级的测试环境，升压支路中的电容器组多采用机械投切电容器组或晶闸管投切电容器组，在投入电容器组时，因为并网点电压与电容器组的端电压之间存在电压差值，投入瞬间将会引起较大的短路电流和合闸涌流。因此实际中的升压支路如图2所示，不仅包含短路开关(brk2)、升压电容(c
l
)、阻尼电阻(rd)，还需装设有平波电抗器，用于限制电容器的短路电流和合闸涌流。
6.基于电力系统实时仿真器开展新能源发电机组的控制器硬件在环试验时，需在电力系统实时仿真器中完成升压支路的仿真建模与控制，目前存在以下不足之处：升压阻容支路中增加平波电抗器(l)会增加仿真建模节点数量，并且短路开关(brk2)合闸时刻具有随机性，升压阻容支路投入瞬间，将引起pcc点电压相位角发生较大幅值的突变，引起pcc点电压骤降振荡后过渡至高电压状态，如图7、图8所示。
7.pcc点电压骤降将导致两种恶劣工况：1)pcc点电压骤降，当基波正序电压有效值降低至低电压穿越门槛值以下时，新能源发电机组将进入低电压穿越运行状态，与高电压穿越测试目的不符；2)pcc点相位角发生突变，因为新能源控制器锁相环存在一定的响应时间，导致一段时间内，新能源变流器机端电压和pcc点存在电压差，进而引起新能源发电变流器桥臂电流攀升，触发过流保护并脱网，与期望的试验状态不符。并且当外部电网具有较大的短路容量时，即使串入平波电抗器也难以消除上述现象。
8.因此，针对现有技术不足，提供一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法以克服现有技术不足甚为必要。


技术实现要素：

9.本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，在开展新能源控制器硬件在环试验中的高电压故障模拟时，能够大大降低升压支路投入时刻的短路电流和涌流，消除并网点电压骤降振荡现象，确保pcc点电压平稳升高，并且不扩大仿真建模节点数量。
10.本发明的目的通过以下技术措施实现。
11.提供一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，控制器硬件在环测试过程中，基于分相检测短路开关两侧线电压差值原理，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。
12.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，设置有升压阻容支路柔性投切控制模块，pcc点的a相与cn点之间串联有短路开关brk2a、升压电容c
la
和阻尼电阻r
da
，pcc点的b相与cn点之间串联有短路开关brk2b、升压电容c
lb
和阻尼电阻r
db
，pcc点的c相与cn点之间串联有短路开关brk2c、升压电容c
lc
和阻尼电阻r
dc
；
13.pcc点a相和b相的线电压为ug
ab
，pcc点c相和a相的线电压为ug
ca
；uc
ab
为升压电容c
la
和升压c
lb
的线电压，uc
ca
为升压电容c
lc
和升压c
la
的线电压；
14.向所述升压阻容支路柔性投切控制模块输入ug
ab
、ug
ca
、uc
ab
和uc
ca
，所述升压阻容支路柔性投切控制模块的端口ctrla、ctrlb、ctrlc分别向短路开关brk2a、brk2b、brk2c输出分闸、合闸控制指令。
15.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，所述升压阻容支路柔性投切控制模块在pcc点对应两相之间的线电压以及对应两相升压电容之间的线电压均满足电压差阈值的情况下，分相控制对应的短路开关合闸，实现升压阻容支路的柔性投入，减少合闸期间的涌流，确保高电压故障模拟的顺利进行。
16.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，所述升压阻容支路柔性投切控制模块设置有触发模块、第一压差检测模块、第二压差检测模块、第一控制模块和第二控制模块；
17.所述触发模块设置有start触发按钮，当按下start触发按钮时生成一个窄脉冲信号，rising模块检测上升沿信号并展宽以hv信号输出；当输入信号有上升沿时，rising模块输出一特定脉宽的脉冲信号；
18.第一压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ab
、uc
ab
和电压差阈值，第一压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripa信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平；
19.第二压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ca
、uc
ca
和电压差阈值，第二压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripc信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平；
20.第一控制模块检测输入的hv信号和tripa信号的上升沿，在hv信号和tripa信号均出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
a”和“ctrl
b”使短路开关brk2a、短路开关brk2b分别闭闸；否则，输出使短路开关brk2a、短路开关brk2b分别分闸的信号；
21.第二控制模块检测输入的hv信号和tripc信号的上升沿，在hv信号和tripc信号均
出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
c”使得短路开关brk2c闭闸；否则，输出使短路开关brk2c分闸的信号。
22.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，第一控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。
23.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，第二控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。
24.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，第一控制模块的电压差阈值配置为100v。
25.优选的，上述高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，第二控制模块的电压差阈值配置为100v。
26.本发明的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，控制器硬件在环测试过程中，基于分相检测短路开关两侧线电压差值原理，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。在开展新能源控制器硬件在环试验中的高电压故障模拟时，能够大大降低升压支路投入时刻的短路电流和涌流，消除并网点电压骤降振荡现象，确保pcc点电压平稳升高，并且不扩大仿真建模节点数量。
27.说明书附图
28.利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
29.图1是高电压故障发生装置的原理图。
30.图2是现有技术中的升压支路的示意图。
31.图3是本发明一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制一次系统图。
32.图4是本发明控制方法使用的升压阻容支路柔性投切控制模块的原理图。
33.图5是采用本发明高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法的实验全程录波图。
34.图6是图5的局部录波图。
35.图7是采用现有技术中方法的实验全程录波图。
36.图8是图7的局部录波图。
具体实施方式
37.结合以下实施例对本发明作进一步说明。
38.实施例1。
39.一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，控制器硬件在环测试过程中，基于分相检测短路开关两侧线电压差值原理，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。
40.如图3所示，高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法的一次系统图中，设置有升压阻容支路柔性投切控制模块，pcc点的a相与cn点之间串联有短路开关
brk2a、升压电容c
la
和阻尼电阻r
da
，pcc点的b相与cn点之间串联有短路开关brk2b、升压电容c
lb
和阻尼电阻r
db
，pcc点的c相与cn点之间串联有短路开关brk2c、升压电容c
lc
和阻尼电阻r
dc
。
41.pcc点a相和b相的线电压为ug
ab
，pcc点c相和a相的线电压为ug
ca
；uc
ab
为升压电容c
la
和升压c
lb
的线电压，uc
ca
为升压电容c
lc
和升压c
la
的线电压。
42.向升压阻容支路柔性投切控制模块输入ug
ab
、ug
ca
、uc
ab
和uc
ca
，升压阻容支路柔性投切控制模块的输出端口ctrla、ctrlb、ctrlc分别向短路开关brk2a、brk2b、brk2c输出分闸、合闸控制指令。
43.具体的，升压阻容支路柔性投切控制模块实时检测pcc点两相的线电压与对应两相升压电容的线电压的电压差值，当线电压差值的绝对值满足电压差阈值的情况下，依次分相控制对应的短路开关合闸，实现升压阻容支路的柔性投入，减少合闸期间的涌流，确保高电压故障模拟的顺利进行。
44.如图4所示，升压阻容支路柔性投切控制模块设置有触发模块、第一压差检测模块、第二压差检测模块、第一控制模块和第二控制模块。
45.触发模块设置有start触发按钮，当按下start触发按钮时生成一个窄脉冲信号，rising模块检测上升沿信号并展宽以hv信号输出；当输入信号有上升沿时，rising模块输出一特定脉宽的脉冲信号。
46.第一压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ab
、uc
ab
和电压差阈值，第一压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripa信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平。
47.第二压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ca
、uc
ca
和电压差阈值，第二压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripc信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平。
48.第一控制模块检测输入的hv信号和tripa信号的上升沿，在hv信号和tripa信号均出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
a”和“ctrl
b”使短路开关brk2a、短路开关brk2b分别合闸；否则，输出使短路开关brk2a、短路开关brk2b分别分闸的信号。第一控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。
49.第二控制模块检测输入的hv信号和tripc信号的上升沿，在hv信号和tripc信号均出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
c”使得短路开关brk2c合闸；否则，输出使短路开关brk2c分闸的信号。第二控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。电压差阈值可以根据适用场合设定，如设置为100v。
50.采用本发明的方法进行实验，图5所示为升压阻容支路柔性投切控制试验的全程录波图，图6为局部录波图。分析录波图可知，升压阻容支路投入瞬间，pcc点基波正序电压有效值跌落幅值较小，跌落至0.92pu，未进入低电压故障区间。分析图6的第1栏录波图可知，升压阻容支路投入时刻，pcc点电压ug_ab、ug_bc、ug_ca的幅值和相位角并未发生较大程度的突变。pcc点电压快速、平稳的进入高电压故障状态。
51.分析图6的第4栏录波图可知，tripa和tripc为压差检测模块的输出，该计算模块保持实时计算及判断。当使能升压阻容支路投入时，hv信号变为高电平。升压阻容支路柔性投切控制模块检测hv、tripa和tripc的电平信号，当满足一定逻辑后，相继触发ctrl_a和
ctrl_c为高电平，驱动短路开关(brk2)相继分相合闸，完成高电压故障的模拟。
52.图7、图8是使用现有技术图2中方法测试的结果图，图7是高电压穿越故障模拟全程录波图。定义a区间为高电压穿越故障前的稳态阶段、定义b区间为高电压穿越故障触发阶段，即升压阻容支路投入运行阶段、定义c区间为高电压穿越故障退出且升压电容器放电阶段、定义d区间为电容器电压放电结束阶段，该定义同样适用于图5。图7中的u1p_pu为pcc点基波正序电压有效值(标幺值)测量值，分析可知升压阻容支路投入时刻，u1p_pu电压值降低至0.82pu，低于低电压穿越门槛定值，将导致新能源控制器进入低电压穿越运行状态。图8为高电压穿越故障局部放大图，即升压阻容支路投入瞬间录波图。分析第1栏图可知，升压阻容支路随机投入时，pcc点与空载电容器短接，导致pcc点电压发生突变，升压电容器进入充电状态。图中ug_bc录波图中的圆形虚线框、正方形虚线框标识的地方，即为升压电容器投入前、投入后，ug_bc电压突变录波图。分析图7、图8可知，升压阻容支路随机投入，将不利于新能源控制器的稳定运行，与高电压故障模拟的目的不符。
53.综上分析，可见，本发明的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。在开展新能源控制器硬件在环试验中的高电压故障模拟时，能够大大降低升压支路投入时刻的短路电流和涌流，消除并网点电压骤降振荡现象，确保pcc点电压平稳升高，并且不扩大仿真建模节点数量。
54.实际中，申请人在开展储能变流器控制器硬件在环测试环节，需开展高电压穿越测试项目，结果验证采用本专利提出的升压阻容支路柔性控制方法，能够高效、准确的模拟高电压故障工况。
55.申请人还在开展光伏逆变器控制器硬件在环测试环节，需开展高电压穿越测试项目，结果验证采用本专利提出的升压阻容支路柔性控制方法，能够高效、准确的模拟高电压故障工况。
56.实施例2。
57.一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其他特征与实施例1相同，不同之处在于，还具有如下特征：对柔性投切控制逻辑进行集成化建模，设立输入信号、输出信号，触发高电压穿越故障时，只需按下“start”触发按钮，一键操作。操控方便，本发明的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。在开展新能源控制器硬件在环试验中的高电压故障模拟时，能够大大降低升压支路投入时刻的短路电流和涌流，消除并网点电压骤降振荡现象，确保pcc点电压平稳升高，并且不扩大仿真建模节点数量。
58.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

技术特征：
1.一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。2.根据权利要求1所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：设置有升压阻容支路柔性投切控制模块，pcc点的a相与c
n
点之间串联有短路开关brk2
a
、升压电容c
la
和阻尼电阻r
da
，pcc点的b相与c
n
点之间串联有短路开关brk2
b
、升压电容c
lb
和阻尼电阻r
db
，pcc点的c相与c
n
点之间串联有短路开关brk2
c
、升压电容c
lc
和阻尼电阻r
dc
；pcc点a相和b相的线电压为ug
ab
，pcc点c相和a相的线电压为ug
ca
；uc
ab
为升压电容c
la
和升压c
lb
的线电压，uc
ca
为升压电容c
lc
和升压c
la
的线电压；向所述升压阻容支路柔性投切控制模块输入ug
ab
、ug
ca
、uc
ab
和uc
ca
，所述升压阻容支路柔性投切控制模块的端口ctrl
a
、ctrl
b
、ctrl
c
分别向短路开关brk2
a
、brk2
b
、brk2
c
输出分闸、合闸控制指令。3.根据权利要求2所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：所述升压阻容支路柔性投切控制模块在pcc点对应两相之间的线电压以及对应两相升压电容之间的线电压均满足电压差阈值的情况下，分相控制对应的短路开关合闸，实现升压阻容支路的柔性投入。4.根据权利要求3所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：所述升压阻容支路柔性投切控制模块设置有触发模块、第一压差检测模块、第二压差检测模块、第一控制模块和第二控制模块；所述触发模块设置有start触发按钮，当按下start触发按钮时生成一个窄脉冲信号，rising模块检测上升沿信号并展宽以hv信号输出；当输入信号有上升沿时，rising模块输出一特定脉宽的脉冲信号；第一压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ab
、uc
ab
和电压差阈值，第一压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripa信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平；第二压差检测模块的a端、b端、v端分别接ug
ca
、uc
ca
和电压差阈值，第二压差检测模块的t端为压差检测满足标志位，输出tripc信号；当a端、b端输入差值的绝对值不大于电压差阈值时，t端输出一窄脉冲的高电平信号，反之则为低电平；第一控制模块检测输入的hv信号和tripa信号的上升沿，在hv信号和tripa信号均出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
a”和“ctrl
b”使短路开关brk2
a
、短路开关brk2
b
分别合闸；否则，输出使短路开关brk2
a
、短路开关brk2
b
分别分闸的信号；第二控制模块检测输入的hv信号和tripc信号的上升沿，在hv信号和tripc信号均出现上升沿的情况下，输出短路开关的控制信号“ctrl
c”使得短路开关brk2
c
合闸；否则，输出使短路开关brk2
c
分闸的信号。5.根据权利要求4所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：第一控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。6.根据权利要求4所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：第二控制模块通过与门和sr触发器进行逻辑运算。7.根据权利要求4至6任意一项所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切
控制方法，其特征在于：第一控制模块的电压差阈值设定为100v。8.根据权利要求7所述的高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，其特征在于：第二控制模块电压差阈值设定为100v。

技术总结
一种高电压故障发生装置的升压阻容支路柔性投切控制方法，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。设置有升压阻容支路柔性投切控制模块，升压阻容支路柔性投切控制模块实时检测PCC点两相的线电压和对应两相升压电容的线电压的电压差值，当线电压差值的绝对值满足电压差阈值的情况下，分相控制对应的短路开关合闸，实现升压阻容支路的柔性投入。本发明的方法，在不增加平波电抗器，不增加晶闸管控制回路的前提下，分相控制短路开关的分闸、合闸操作，实现高电压故障模拟装置的升压阻容支路的柔性投切控制。支路的柔性投切控制。支路的柔性投切控制。


技术研发人员：姚致清 王伟 李志勇 张彦兵 周鹏鹏 陈朋 傅润炜 贾德峰 李蕾 李丹阳 胡卫东 王铮夏
受保护的技术使用者：许昌开普检测研究院股份有限公司
技术研发日：2023.05.22
技术公布日：2023/7/22