储能电站故障穿越测试方法和测试系统与流程

1.本发明实施例涉及储能电站测试技术领域，特别涉及一种储能电站故障穿越测试方法和测试系统。


背景技术：

2.依据gb/t 34133-2017《储能变流器检测技术规程》、gb/t 34120-2017《电化学储能系统储能变流器技术规范》、gb/t 36548-2018《电化学储能系统接入电网测试规范》的相关要求，一般对储能变流器的故障穿越能力采用实验室型式的手段进行检测，故障穿越能力包括低电压穿越能力和高电压穿越能力，检测时选取多个故障电压点，并按照标准规定曲线要求选取故障电压持续时间。
3.但是对于储能电站的故障穿越能力测试，由于储能电站容量大，无法采用实验室型式的手段进行检测。而在储能电站现场，通过调节变压器分接头方法进行故障穿越测试又无法改变电压超过额定电压的10％，从而使得储能电站无法进行低电压穿越或者高电压穿越能力的测试。而若采用人工短路试验使储能电站的并网点电压进入故障工况从而开展故障穿越测试，则又会使成本巨大，安全风险也极大。


技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的在于提供一种储能电站故障穿越测试方法和测试系统，通过在实时仿真服务器中构建储能电站测试模型并通过通信连接硬件在环接入储能电站控制器，针对不同的运行工况进行故障穿越测试，使得储能电站的故障穿越测试高安全、高效率和高准确度。
5.为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种储能电站故障穿越测试方法，包括：在实时仿真服务器中构建待测储能电站的储能电站测试模型，所述储能电站测试模型包括：电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型；通过储能电站控制器向所述实时仿真服务器中的储能电站测试模型发送不同的运行工况指令，控制所述储能电站测试模型进入不同的运行工况；在不同的运行工况下，通过控制故障穿越检测模型测试所述储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据所述并网点的电压值确定所述待测储能电站是否具备故障穿越能力。
6.本发明的实施方式还提供了一种储能电站故障穿越测试系统，包括：实时仿真服务器和储能电站控制器；所述实时仿真服务器中包含储能电站测试模型，所述储能电站测试模型包括：依次串联连接的电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型；
7.所述实时仿真服务器用于实时仿真运行待测储能电站的储能电站测试模型，并在不同的运行工况下，通过控制故障穿越检测模型测试所述储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据所述并网点的电压值确定所述待测储能电站是否具备故障穿越能力；
8.所述储能电站控制器用于向所述实时仿真服务器中的储能电站测试模型发送不
同的运行工况指令，控制所述储能电站测试模型进入不同的运行工况。
9.本技术提供的储能电站故障穿越测试方法和测试系统，通过构建包含故障穿越检测模型和电力电子设备模型的储能电站测试模型，通过相关通讯协议硬件在环接入储能电站控制器，针对不同运行工况下开展故障穿越硬件在环仿真测试，极大避免了目前人工短路试验的高压大电流高风险和高成本，且与现场储能电站实际运行场景和故障工况镜像程度高，能有效保证测试的高安全、高效率和高准确度。
10.另外，本发明实施方式提供的储能电站故障穿越测试方法，所述电力电子设备模型仅包括全数字仿真模型，或者，所述电力电子设备模型仅包括功率回路模型，或者，所述电力电子设备模型包括全数字仿真模型和功率回路模型；所述全数字仿真模型包括：由电力电子设备真实控制器的源码封装的动态链接库模型和功率回路模型。本技术提供了储能电站测试模型中电力电子设备模型的多种实现方式，全数字仿真模型会使储能电站的故障穿越测试数字化程度高、成本低，测试过程更加便捷。而当使用功率回路模型进行储能电站的故障穿越测试时，需要电力电子设备真实控制器协助完成，虽然会增加一定的成本，但测试准确度高。
11.另外，本发明实施方式提供的储能电站故障穿越测试方法，当所述电力电子设备模型仅包括全数字仿真模型时，通过储能电站控制器直接向所述全数字仿真模型发送不同的运行工况指令；当所述电力电子设备模型仅包括功率回路模型时，通过储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同的运行工况指令，以使所述电力电子设备真实控制器基于所述实时仿真服务器的i/o板卡与所述功率回路模型进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪；当所述电力电子设备模型包括功率回路模型和全数字仿真模型时，通过储能电站控制器直接向所述全数字仿真模型和电力电子设备真实控制器发送不同的运行工况指令，以使所述电力电子设备真实控制器基于所述实时仿真服务器的i/o板卡与所述功率回路模型进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪。本技术中的全数字仿真模型通过直接接收储能电站控制器发送的运行工况指令，进入对应的运行工况，即储能电站控制器通过相关通信协议硬件在环接入；而功率回路模型通过实时仿真服务器中的i/o板卡与电力电子设备真实控制器进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪，进入对应的运行工况，即电力电子设备真实控制器通过i/o板卡硬件在环接入，使得储能电站测试模型与待测储能电站实际运行场景和故障工况镜像程度更高。
附图说明
12.一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
13.图1是本发明的实施方式提供的储能电站故障穿越测试方法的流程图；
14.图2是本发明的实施方式提供的电力电子设备真实控制器测试系统结构示意图；
15.图3是本发明的实施方式提供的全数字仿真模型测试系统结构示意图；
16.图4是本发明的实施方式提供的一种储能电站测试模型的结构示意图；
17.图5是本发明的实施方式提供的低电压穿越检测模型结构示意图；
18.图6是本发明的实施方式提供的高电压穿越检测模型结构示意图；
19.图7是本发明的实施方式提供的储能电站故障穿越测试系统结构示意图一；
20.图8是本发明的实施方式提供的储能电站故障穿越测试系统结构示意图二。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
22.本发明的实施方式涉及一种储能电站故障穿越测试方法，具体流程如图1所示，包括：
23.步骤101，在实时仿真服务器中构建待测储能电站的储能电站测试模型，储能电站测试模型包括：电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型。
24.具体地说，构建待测储能电站的储能电站测试模型具体过程包括：获取待测储能电站的网络拓扑数据、待测储能电站系统数据和储能电站负荷设备的电气参数等等，比如：待测储能电站中电力电子设备的数量、型号、待测储能电站所连接电网的电压等级、电网的等效电抗参数和变压器的数量等等各种仿真所需的数据，根据待测储能电站的各种数据在上位机中构建与待测储能电站镜像的储能电站测试模型，将储能电站测试模型编译下载到实时仿真服务器中，完成储能电站测试模型的构建。
25.本实施例中储能电站测试模型包括依次串联的电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型，变压器模型可以包含多个变压器，具体变压器的数量和连接关系与待测储能电站的实际情况相同，电力电子设备模型中可以包含多个电力电子设备，多个电力电子设备可以是同一型号的，也可以是不同型号的，具体电力电子设备的数量、型号和连接关系与待测储能电站的实际情况相同。
26.步骤102，通过储能电站控制器向实时仿真服务器中的储能电站测试模型发送不同的运行工况指令，控制储能电站测试模型进入不同的运行工况。
27.具体地说，储能电站控制器包括储能电站自动发电控制器、储能电站自动电压控制器和储能电站快速频率响应控制器。储能电站控制器通过相关通讯协议和以太网交换机与实时仿真服务器进行信息交互。
28.在一实施例中，电力电子设备模型仅包括全数字仿真模型，或者，电力电子设备模型仅包括功率回路模型，或者，电力电子设备模型包括全数字仿真模型和功率回路模型；全数字仿真模型包括：由电力电子设备真实控制器的源码封装的动态链接库模型和功率回路模型。
29.具体地说，全数字仿真模型包括由电力电子设备真实控制器的源码封装的动态链接库模型和功率回路模型。全数字仿真模型中的动态链接库模型为经过测试验证的有效的动态链接库模型，具体获取动态链接库模型步骤包括：(1)在实时仿真服务器中将功率回路
模型和等效电压源模型串联，电力电子设备真实控制器通过实时仿真服务器中的i/o板卡与功率回路模型进行交互。即构建电力电子设备真实控制器测试系统，如图2所示，其中功率回路模型和等效电压源模型之间的连接点为第一测试点pcc1。(2)获取电力电子设备真实控制器的源码，通过dll建模方法得到电力电子设备真实控制器源码封装的动态链接库模型。(3)根据功率回路模型和电力电子设备真实控制器源码封装的动态链接库模型，在实时仿真服务器中构建全数字仿真模型，全数字仿真模型中的功率回路模型与等效电压源模型连接，其连接点为第二测试点pcc2，即构建全数字仿真模型测试系统，如图3所示。(4)对电力电子设备真实控制器测试系统和全数字仿真模型测试系统分别在不同的运行工况下(比如：轻载(10％-50％额定功率)、半载(50％额定功率)和重载(50％-100％额定功率))测试单相接地故障、两相接地故障、相间接地故障或三相接地故障时第一测试点pcc1和第二测试点pcc2的响应结果(如：电压、电流等数据)。(5)对不同运行工况下的单相接地故障、两相接地故障、相间接地故障或三相接地故障的pcc1和pcc2的响应结果进行对比分析，若两者最大偏差都不超过预设阈值，则确定动态链接库模型为有效的动态链接库模型。该有效的动态链接库模型为构建储能电站测试模型中全数字模型所需的。
30.在一实施例中，当电力电子设备模型仅包括全数字仿真模型时，通过储能电站控制器直接向全数字仿真模型发送不同的运行工况指令；当电力电子设备模型仅包括功率回路模型时，通过储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同的运行工况指令，以使电力电子设备真实控制器基于实时仿真服务器的i/o板卡与功率回路模型进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪；当电力电子设备模型包括功率回路模型和全数字仿真模型时，通过储能电站控制器直接向全数字仿真模型和电力电子设备真实控制器发送不同的运行工况指令，以使电力电子设备真实控制器基于实时仿真服务器的i/o板卡与功率回路模型进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪。
31.如图4所示为一种实施例中的储能电站测试模型，其包括电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型。具体地，电网模型可以是等效三相电网模型，故障穿越检测模型可以是低电压穿越检测模型或高电压穿越检测模型，变压器模型包括：主变压器模型和副变压器模型，主变压器模型和副变压器模型之间通过电站汇集母线和多条馈线连接，副变压器模型与电力电子设备模型连接。
32.图4中的电力电子设备模型包括功率回路模型和全数字仿真模型，需要说明的是，图4只是一种可能的实施例，电力电子设备模型可以仅包括功率回路模型，也可以仅包括全数字仿真模型，电力电子设备模型中功率回路模型或全数字仿真模型的数量可以根据待测储能电站的实际情况、测试成本和测试效果等多因素综合考虑设置。当电力电子设备模型中有功率回路模型时，需要与功率回路模型型号相同的电力电子设备真实控制器协助完成测试，会增加一定的成本，但测试准确率会得到保证。当电力电子设备模型中没有功率回路模型，只包含全数字仿真模型时，只需储能电站控制器配合完成测试即可，测试过程全数字化，不受实际测试环境限制，成本低，但测试准确率方面会受到一定影响。另外，本实施例中的功率回路模型可以理解为电力电子开关及并网开关的模型化表示。
33.步骤103，在不同的运行工况下，通过控制故障穿越检测模型测试所述储能电站测
试模型中并网点的电压值，并根据所述并网点的电压值确定所述待测储能电站是否具备故障穿越能力。
34.具体地说，不同的运行工况指的是储能电站不同的负载状态。比如：测试时可以预先规定3个运行工况：轻载(10％-50％额定功率)、半载(50％额定功率)和重载(50％-100％额定功率)，而故障穿越测试包括低电压穿越测试和高电压穿越测试，在检测储能电站的低电压穿越能力时，只有当储能电站测试模型在3个运行工况下的低电压穿越测试都符合标准要求，才判定待测储能电站具备低电压穿越能力。高电压穿越测试与此类似。
35.在一实施例中，故障穿越检测模型为低电压穿越检测模型；低电压穿越检测模型包括：与第一开关并联的第一电抗器和与第二开关串联的第二电抗器；所述第一电抗器一端与所述电网模型连接，另一端分别与所述变压器模型和所述第二开关连接，所述第二电抗器一端与所述第二开关连接，另一端接地；
36.通过控制故障穿越检测模型测试储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据并网点的电压值确定待测储能电站是否具备故障穿越能力，包括：根据预设的故障电压对应的跌落深度，设置所述第一电抗器和所述第二电抗器的电感值；将第一开关打开、第二开关闭合，根据相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线查表获取所述并网点在不同的稳态运行初始工况下时电压跌落到所述故障电压的持续时间，在该故障电压的持续时间范围内一直采集获取所述并网点的电压值；当所述故障电压的持续时间大于预设的标准时间时，将第二开关打开、第一开关闭合；当故障电压持续时间范围内采集获取的并网点的电压值均位于预设的不脱网连续运行区域时，确定所述待测储能电站在当前稳态运行初始工况下具备所述跌落深度下的低电压穿越能力。
37.具体地说，如图5所示为低电压穿越检测模型，第一电抗器l11和第一开关s11并联，第二电抗器l21和第二开关s21串联，假设设置电抗器l11和电抗器l21的关系为l11＝4*l21，则对应的跌落深度为额定电压的20％，储能电站控制器向电力电子设备模型发送轻载运行指令，在确定储能电站测试模型进入轻载运行工况后，将第一开关s11打开、第二开关s21闭合，根据相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线查表获取并网点在轻载行工况下时电压跌落到故障电压(即20％un，un为额定电压)的持续时间t，在该故障电压的持续时间范围内一直采集获取所述并网点的电压值，当持续时间t大于预设的标准时间t1(一般来说20％un故障电压对应的预设或者相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线中的时间t1＝0.625s)时，将第二开关s21打开，第一开关s11闭合，若并网点电压值不在不脱网连续运行区域时，确定储能电站不具备低电压穿越能力。当故障电压持续时间范围内采集获取的并网点的电压值均位于预设的不脱网连续运行区域时，确定待测储能电站在轻载运行工况下具备20％跌落深度下的低电压穿越能力。
38.进一步地，储能电站测试模型恢复稳态运行后，继续在其他稳态运行初始工况下测试储能电站测试模型在20％跌落深度下的低电压穿越能力，测试过程与上述过程相同。当所有稳态运行初始工况下储能电站均具备20％跌落深度下的低电压穿越能力，此时才判定储能电站具备20％跌落深度下的低电压穿越能力。
39.在一实施例中，故障穿越检测模型为高电压穿越检测模型；高电压穿越检测模型包括：与第三开关并联的第三电抗器和与第四开关串联的电容器及与电容器串联的电阻；第三电抗器一端与电网模型连接，另一端分别与变压器模型和第四开关连接，第四开关与
电容器及电阻依次串联，电阻另一端接地；通过控制故障穿越检测模型测试储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据并网点的电压值确定待测储能电站是否具备故障穿越能力，包括：根据预设的故障电压对应的抬升高度，设置第三电抗器的电感值和所述电容的电容值及电阻的电阻值；将第三开关打开、第四开关闭合，根据相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线查表获取并网点在不同的稳态运行初始工况下时电压抬升到所述故障电压的持续时间，在该故障电压的持续时间范围内一直采集获取并网点的电压值；当故障电压的持续时间大于预设的标准时间时，将第四开关打开、第三开关闭合；当故障电压持续时间范围内采集获取的并网点的电压值均位于预设的不脱网连续运行区域时，确定待测储能电站在当前稳态运行初始工况下具备抬升高度下的高电压穿越能力。
40.具体地说，如图6所示为高电压穿越检测模型，高电压穿越检测模型包括：与第三开关s12并联的第三电抗器l12和与第四开关串联的电容器c及与电容器串联的电阻r；第三电抗器l12一端与电网模型连接，另一端分别与变压器模型和第四开关s22连接，第四开关s22与电容器c及电阻r依次串联，电阻r另一端接地；通过控制故障穿越检测模型测试所述储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据所述并网点的电压值确定待测储能电站是否具备故障穿越能力。
41.通过设置第三电抗器l12、电容器c及电阻r的值，则得到不同的电压抬升高度。储能电站控制器向电力电子设备模型发送轻载运行指令，在确定储能电站测试模型进入轻载运行工况后，将第三开关s12打开、第四开关s22闭合，根据相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线查表获取并网点在轻载行工况下时电压抬升到故障电压(如110％un，un为额定电压)的持续时间t2，在该故障电压的持续时间范围内一直采集获取所述并网点的电压值，当持续时间t2大于预设的标准时间t3(一般来说110％un故障电压对应的预设或者相关标准规定的故障穿越电压与时间对应关系曲线中的时间t3＝10s)时，将第四开关s22打开，第三开关s12闭合，若并网点电压值不在不脱网连续运行区域时，确定储能电站不具备高电压穿越能力。当所述故障电压持续时间范围内采集获取的并网点的电压值均位于预设的不脱网连续运行区域时，确定待测储能电站在轻载运行工况下具备110％un抬升高度下的高电压穿越能力。
42.进一步地，储能电站测试模型恢复稳态运行后，继续在其他稳态运行初始工况下测试储能电站测试模型在110％un抬升高度下的高电压穿越能力，测试过程与上述过程相同。当所有运行工况下储能电站均具备110％un抬升高度下的高电压穿越能力，此时才判定待测储能电站具备所述抬升110％un高度下的高电压穿越能力。
43.本发明实施方式提供的储能电站故障穿越测试方法，本技术提供的储能电站故障穿越测试方法和测试系统，通过构建包含故障穿越检测模型和电力电子设备模型的储能电站测试模型，通过相关通讯协议硬件在环接入储能电站控制器，针对不同运行工况下开展故障穿越硬件在环仿真测试，极大避免了目前人工短路试验的高压大电流高风险和高成本，且与现场储能电站实际运行场景和故障工况镜像程度高，能有效保证测试的高安全、高效率和高准确度。
44.另外，上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其
算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
45.本发明的实施方式还涉及一种储能电站故障穿越测试系统，如图7所示，包括：实时仿真服务器201和储能电站控制器202；实时仿真服务器201中包含储能电站测试模型，储能电站测试模型包括：依次串联连接的电网模型、故障穿越检测模型、变压器模型和电力电子设备模型；
46.实时仿真服务器201用于实时仿真运行待测储能电站的储能电站测试模型，并在不同的运行工况下，通过控制故障穿越检测模型测试储能电站测试模型中并网点的电压值，并根据并网点的电压值确定待测储能电站是否具备故障穿越能力；
47.储能电站控制器202用于向实时仿真服务器201中的储能电站测试模型发送不同的运行工况指令，控制储能电站测试模型进入不同的运行工况。
48.进一步地，如图8所示，储能电站测试模型中的变压器模型包括主变压器模型和多个副变压器模型，主变压器模型通过电站汇集母线和多条馈线与多个副变压器模型连接，多个副变压器模型分别连接多个电力电子设备模型。
49.电力电子设备模型仅包括全数字仿真模型，或者，电力电子设备模型仅包括功率回路模型，或者，电力电子设备模型包括全数字仿真模型和功率回路模型；当电力电子设备模型中存在功率回路模型时，测试系统还包括电力电子设备真实控制器；储能电站控制器向电子电力设备真实控制器发送不同的运行工况指令；电力电子设备真实控制器基于实时仿真服务器的i/o板卡与所述功率回路模型进行模拟量或数字量信息交互，实现对储能电站控制器向电力电子设备真实控制器发送不同运行工况指令的执行跟踪。
50.此外，储能电站控制器包括储能电站自动发电控制器、储能电站自动电压控制器和储能电站快速频率响应控制器。故障穿越检测模型为低电压穿越检测模型或高电压穿越检测模型；低电压穿越检测模型用于测试储能电站测试模型的低电压穿越能力；高电压穿越检测模型用于测试储能电站测试模型的高电压穿越能力。
51.不难发现，本实施方式中的模块为与储能电站故障穿越测试方法实施方式相对应的系统实施例，因此本实施方式可与前述实施方式互相配合实施。方法实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。
52.本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。