(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011550840.7(22)申请日 2020.12.24
(71)申请人 杭州意能电力技术有限公司
地址 310012 浙江省杭州市西湖区文三路
253号9楼902室
申请人 国网浙江省电力有限公司电力科学
研究院
国网浙江省电力有限公司 南京科能自动化技术有限公司 华能国际电力股份有限公司浙江清洁能源分公司(72)发明人 苏烨 张江丰 孙坚栋 陈文进
王剑 李戴昂 梅简 夏春辉 郑可轲 汪自翔 丁伟聪 戴航丹
(74)专利代理机构 浙江翔隆专利事务所(普通
合伙) 33206
代理人 张建青(51)Int.Cl.
G01R 23/02(2006.01)G01R 27/26(2006.01)
(54)发明名称
本发明公开了一种新能源快速频率响应测试系统及方法。本发明包括时间测试系统、微电流测试系统、数据采集系统和数据处理系统，所述时间测试系统对时间频率各项性能指标进行分析和评估，再通过设定频率与有功功率折线函数得出频率响应的功率参数；所述微电流测试系统对微弱电流进行检 测，完成微弱电流的监测；所述数据采集系统对不同频率条件下的介质响应信号进行采集，针对不同频段处理，建立状态循环转移过程；所述数据处理系统对测试获取的数据进行调制，再通过测试输出电压与微电流幅值及相角差计算待测对象复电容的实部及虚部，
实现新能源快速频率响应的自动化测试。
权利要求书3页 说明书7页 附图3页
CN 112710898 A 2021.04.27
C N 112710898
A
1.一种新能源快速频率响应测试系统，其特征在于，包括：时间测试系统，对新能源时间频率各项性能指标进行分析和评估，再通过设定频率与有功功率折线函数得出频率响应的功率参数；
微电流测试系统，对微弱电流进行检测，完成微弱电流的监测；数据采集系统，对不同频率条件下的介质响应信号进行采集，针对不同频段处理，建立数据采集系统的状态循环转移过程；
数据处理系统，对采集的数据进行调制，通过几何换算为复介电常数，再通过测试输出电压与微电流幅值及相角差计算待测对象复电容的实部及虚部。
2.根据权利要求1所述的一种新能源快速频率响应测试系统，其特征在于，所述时间测试系统的时间包括响应滞后时间、响应时间和调节时间，所述响应滞后时间为：自频率越过新能源电站，调频死区开始到发电出力的向调频方向开始变化所需要的时间；所述响应时间为：自频率超出调频死区开始，至有功功率调节量达到调频目标值与初始功所需时间；所述调节时间为：自频率超过调频死区开始，至有功功率达到稳定值的时间。
3.根据权利要求1所述的一种新能源快速频率响应测试系统，其特征在于，所述微电流测试系统通过I一V转换将待测电流信号转换为电压信号，反馈电流放大型测量电路在频率响应特性及转换线性方面的性能。
4.根据权利要求1所述的一种新能源快速频率响应测试系统，其特征在于，所述数据采集系统对不同频率条件下的介质响应信号进行采集后，以获取数据响应的速率，完成指定频率的数据采集。
5.根据权利要求1所述的一种新能源快速频率响应测试系统，其特征在于，所述的时间测试系统对新能源时间频率各项性能指标进行分析，得出如下公式：
max r ∈Ω{B(R)‑C(R)}min r ∈Ω{X(R)+C(R)}式中，R表示快速频率响应备用容量；C(R)表示备用容量R时的备用提供成本；X(R)表示时间测试系统的可靠性成本；B(R)表示时间测试系统的可靠性收益；max r∈Ω表示最大函数；min r ∈Ω表示最小函数； 根据频率响应的有功频率下垂特性，通过设定频率与有功功率折线函数得出如下公式：
式中，f d 表示快速频率响应死区；f N 表示时间测试系统的额定频率；P N 表示额定功率；δ％表示新能源响应调差率；P 0表示有功功率初值，P表示有功功率函数值；f表示频率测量值。
6.一种新能源快速频率响应测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、对新能源时间频率各项性能指标进行分析和评估，再通过设定频率与有功功率折线函数得出频率响应的功率参数；
步骤2、对微弱电流进行检测，完成微弱电流的监测；步骤3、对不同频率条件下的介质响应信号进行采集，获取数据响应的速率，完成指定频率的数据采用，针对不同频段处理，建立数据采集系统的状态循环转移过程；
步骤4、对采集的数据进行调制，通过几何换算为复介电常数，再通过测试输出电压与微电流幅值及相角差计算待测对象复电容的实部及虚部。
7.根据权利要求6所述的一种新能源快速频率响应测试方法，其特征在于，所述步骤1中，针对新能源时间频率各项性能指标进行分析，得出如下公式：
max r ∈Ω{B(R)‑C(R)}min r ∈Ω{X(R)+C(R)}式中，R表示快速频率响应备用容量；C(R)表示备用容量R时的备用提供成本；X(R)表示时间测试系统的可靠性成本；B(R)表示时间测试系统的可靠性收益；max r∈Ω表示最大函数；min r ∈Ω表示最小函数；
根据频率响应的有功频率下垂特性，通过设定频率与有功功率折线函数得出如下公式：
式中，f d 表示快速频率响应死区；f N 表示时间测试系统的额定频率；P N 表示额定功率；δ％表示新能源响应调差率；P 0表示有功功率初值，P表示有功功率函数值；f表示频率测量值。
8.根据权利要求6所述的一种新能源快速频率响应测试方法，其特征在于，所述步骤2中，通过麦克斯威韦方程对流过微电流测试系统的微弱电流进行检测，进而得出如下公式：
D(T)＝ε0E(T)P(T)式中，D(T)表示电极两端产生电位移；ε0表示介电常数；P(T)表示极化响应；ε0E(T)表示贡献数值；
根据极化响应得出如下公式：P(ω)＝ε0[εx ‑1+x(ω)]Eω式中，εx 表示高频介电常数；ω表示角频率；x(ω)表示复极化系数；P(ω)表示电解质频率函数；E表示电极间距离；
通过麦克斯威韦方程得出如下公式：
式中，σ0表示直流电导率；
J表示电流的密度值；表示对比数值。
9.根据权利要求6所述的一种新能源快速频率响应测试方法，其特征在于，所述步骤3针对不同频段处理，建立数据采集系统的状态循环转移过程，并对时间测试系统的状态进
行计算，获取数据采集系统评价指标函数，
表示公式如下：
式中，T max 表示总时长；xt表示数据采集系统在t时刻的运行状态；f(xt)表示数据采集系统的评价指标函数；表示评价指标的估计值；
数据采集的具体步骤如下：
步骤31、对采样的数据进行设置，完成采样值的范围；步骤32、多通道的数据采集，提高数据的分析能力；
步骤33、对获取的参数进行计算以及图像显示；
步骤34、统计数据的反馈次数，如不达标则反馈到步骤32；
步骤35、对达标的数据进行存数，完成对数据设定、转换和存储。
10.根据权利要求6所述的一种新能源快速频率响应测试方法，其特征在于，所述步骤4中，通过以下公式：
式中，I(ω)表示响应电流；U(ω)表示激励电压；C表示几何电容；表示复电容C
(ω)的实部；表示复电容C(ω)的虚部；
进而响应电流换算为复介电常数，输出电压与微电流之间的相角利用过零比较法得到。
一种新能源快速频率响应测试系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及频率测试技术领域，尤其是一种新能源快速频率响应测试系统及方法。
背景技术
[0002]随着电网新能源占比的不断升高，特高压直流输电逐步投运，电网运行与结构愈加复杂，电网发生系统调频难度不断加大，亟需新能源参与电网快速频率响应，提升大电网频率风险防控水平。
[0003]新能源场站快速频率响应功能是指当电力系统频率超偏离目标频率时，发电机组通过自动反应，调整有功出力减少频率偏差的过程，自动地降低或增加机组出力的功能。新能源场站快速频率响应功能对电网安全稳定运行有着极其重要影响，有效进行快速频率响应，能够影响电网的安全稳定极限范围。
[0004]目前多个网省已经开展了新能源场站快速频率响应工作，也有诸多厂家推出了适应新能源场站快速频率响应的装置，但主要存在如下方面问题：1、各厂家产品测试基本上是人工进行，测试时间长，效率低；2、出现大功率直流闭锁将对电网频率安全造成严重威胁，电网的调频压力及安全运行风险不断增大；3、现场投运时采用人工测试，工作量比较大，配合复杂。发明内容
[0005]本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种新能源快速频率响应测试系统及方法，以实现新能源快速频率响应的自动化测试。[0006]为此，本发明采用如下的技术方案：一种新能源快速频率响应测试系统，其包括：[0007]时间测试系统，对新能源时间频率各项性能指标进行分析和评估，再通过设定频率与有功功率折线函数得出频率响应的功率参数；[0008]微电流测试系统，对微弱电流进行检测，完成微弱电流的监测；[0009]数据采集系统，对不同频率条件下的介质响应信号进行采集，针对不同频段处理，建立数据采集系统的状态循环转移过程；[0010]数据处理系统，对采集的数据进行调制，通过几何换算为复介电常数，再通过测试输出电压与微电流幅值及相角差来计算待测对象复电容的实部及虚部，实现新能源快速频率响应的自动化测试。[0011]进一步
地，所述时间测试系统中的时间包括响应滞后时间、响应时间和调节时间，所述响应滞后时间为：自频率越过新能源电站，调频死区开始到发电出力的向调频方向开始变化所需要的时间；所述响应时间为：自频率超出调频死区开始，至有功功率调节量达到调频目标值与初始功所需时间；所述调节时间为：自频率超过调频死区开始，至有功功率达到稳定值的时间。[0012]进一步地，所述微电流测试系统通过I一V转换将待测电流信号转换为电压信号，
说 明 书
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