低频输电闭环测试系统及方法技术方案

本公开提供的低频输电闭环测试系统及方法属于低频输电评估测试技术领域，其中低频输电闭环测试系统，适用于低频输电系统，包括根据典型场景分析的低频输电系统分析模块、用于建立组网模型的组网建模模块、用于建立组装置模块的装置建模模块和用于采集装置模块运行数据的闭环测试模块；低频输电闭环测试方法，应用于低频输电闭环测试系统，根据低频输电系统分析模块输出结果在组网建模模块中建立组网模型，根据组网模型在装置建模模块中建立装置模型，根据装置模型在闭环测试模块中运行并获得装置模型在组网模型并获得闭环测试数据。本公开提供技术方案可用于对低频输电系统在不同场景下的需求及适用性实施效果的技术评估。

【技术实现步骤摘要】
低频输电闭环测试系统及方法
本专利技术属于低频输电评估测试
，尤其涉及低频输电系统的闭环测试系统及方法。
技术介绍
低频输电系统(LowFrequencyACTransmissionSystem，简称LFAC)作为一种新型的输电方式，通过降低系统工作频率f，一方面线路感抗XL随频率下降而减小，使得输电线路阻抗大大降低，等效缩短线路的电气距离；另一方面线路容抗XC随频率下降而增大，可减少电缆线路充电无功，大大提升线路的输送容量，是未来具有发展前景的并网输电方式之一。在大容量、远距离海上风电并网场景下，若采用工频交流输电方式，海缆线路电容效应明显，导致电缆的有效负载能力下降，无法实现大规模海上风能的汇集与传输；若采用柔性直流输电方式，则需建设双端换流站及海上平台，投资大，检修维护费用高。为实现大规模、远距离海上风电汇集的电力输送，迫切需要此类场景下输电的新方法和新技术。以海上风电并网为例，如采用工频交流220kV电压等级方式汇集，离岸距离大于50公里后，末端电压波动将超出10％，大于150公里后，充电功率将占用全部线路输送容量，无法实现海上风电的送出。如采用柔性直流输电方式汇集，按海上风电装机500MW，离岸距离100公里估算，与低频方式比较，需建设海上换流平台及双端柔性直流换流阀，综合造价增加约5.3亿元。可见低频输电方式与海上风电送出场景相结合，极大提高海底电缆的可用容量，且在一定的距离范围内，相比柔性直流送出方式经济优势突出。此外，在风机侧进行改造实现低频发电，可以减少齿轮箱的增速比，简化风力发电机结构，降低造价，改善风电机组的运行条件，提高效率。因此，低频输电技术为大规模、远距离海上风电并网提供了更经济、可靠的技术方式。对低频输电系统在不同场景下的需求及适用性实施效果的技术评估，目前缺乏相应的有效技术手段。
技术实现思路
本公开目的在于提供低频输电闭环测试系统及方法，可用于明确低频输电技术在不同场景下的需求及适用性，提出低频输电技术在不同场景下的综合经济区间及适用范围，可为低频输电系统的规划提供理论依据。结合典型场景，提出低频输电系统组网及运行方式，掌握大容量交交变换器故障特性，提出整体保护配置方案，并用于搭建面向大容量交交变换器控制系统的测试平台，为推动后续工程应用提供技术支撑。在第一方面，本公开至少提供了一种低频输电闭环测试系统的实施例，适用于低频输电系统，包括根据典型场景分析的低频输电系统分析模块、用于建立组网模型的组网建模模块、用于建立组装置模块的装置建模模块和用于采集所述装置模块运行数据的闭环测试模块。优选的，所述低频输电系统分析模块包括向所述组网建模模块提供分析结果数据的需求分析单元、经济性分析单元和技术经济评估单元。优选的，所述组网建模模块包括用于配置所述组网模型的组网拓扑设计单元、运行方式设计单元和换流器设计单元。优选的，所述装置建模模块包括用于配置所述装置模型的变换器设计单元、电磁暂态设计单元和保护配置单元。优选的，所述闭环测试模块包括控制样机单元和用于获取所述控制样机单元和/或所述低频输电系统运行数据的闭环数据采集单元。优选的，所述低频输电系统分析模块的典型场景至少包括海上风电并网和海上平台供电。每个典型场景的对照分析数据至少包括柔性直流输电系统与低频输电系统的经济性对比数据以及常规交流输电系统与低频输电系统的经济型对比数据。优选的，所述装置建模模块用于输出M3C交交变换器的装置模型。所述装置模型包括设计参数、控制策略参数、暂态模型参数和保护配置参数。在第二方面，基于上述系统提供的技术方案，本公开还提供了一种低频输电闭环测试方法的实施例，包括以下步骤，根据低频输电系统分析模块输出结果在组网建模模块中建立组网模型，根据所述组网模型在装置建模模块中建立装置模型，根据所述装置模型在闭环测试模块中运行并获得所述装置模型在所述组网模型并获得闭环测试数据。本公开的实施，其直接效益包括但不限于以下方面：推动低频输电技术应用于海上风电接入。在输送距离和输送容量相同的情况下，相比于柔性直流输电技术，无需海上换流站，输电环节的建设成本大大减低。以某±200kV柔性直流海上风电并网工程为例，海上风电装机500MW，离岸距离约100公里，若采用220kV低频输电方式并网，据估算，海上平台造价约节省10亿元，电缆成本增加约2.9亿元，陆上换流站成本增加约1.8亿元，相比于柔性直流输电接入方案，综合造价节省约5.3亿元。推动低频输电技术应用于海上钻井平台供电。以我国渤海海域的海上钻井平台群为例，其距离岸边几十公里至几百公里不等，低频输电技术为海上平台输电、组网提供了理想的解决方案，同时具有很大的经济效益，以产量800立方米/日的钻井平台来计算，如改为低频供电，平均每座平台每年新增售电量3200万度。此外，还将推动低频输电技术可应用于在输电走廊受限情况下线路的增容改造，无需新建线路，仅在已有线路两端增设交交变换器，投资和施工费用大大降低，同时避免征地等问题。在相同电压等级下，由工频50Hz改为低频运行，架空线线路可增容150％。综合分析，采用低频输电技术在海上风电并网、海上平台供电及线路增容改造等典型场景下经济效益显著。本公开的实施，其间接效益包括但不限于以下方面：(1)节能与环境效益本公开技术成果的推广，能够促进低频输电技术作为一种新型的输电方式在电网中应用，有助于提高电网的输电能力，具有良好的节能效益，有利于进一步推动我国能源结构调整。对于海上钻井平台，采用低频输电供电，以日产量800立方米的钻井平台为例，平均每年可减少二氧化碳排放量约5000万吨，减少氮氧化物、硫氧化物排放量约1万吨，减少可吸入颗粒排放量2000吨，节省二氧化硫、氮氧化物、烟尘治理成本，每年可获得环境收益上千万元，对建立绿色港口城市，推动城市发展起到了积极促进作用。(2)技术创新和人才培养本公开成果是对灵活交流输电技术、可再生能源汇集与控制技术的一次扩充，拓展了电力电子装置的应用方向，有助于推动国内电工学科理论创新，进一步提升我国电力电子应用技术水平，带动国内相关电力装备制造业优化升级。本公开成果有助于积累新型电力电子装置的研究与开发经验，培养一批了解实际电网，具有系统设计经验的技术人员，有助于相关领域研究、设计、开发、制造的人才培养。附图说明图1为本公开一个实施例中低频输电系统结构示意图；图2为本公开一个实施例中低频输电系统的陆上变频站交交变换器的拓扑结构示意图；图3为本公开一个系统实施例中低频输电闭环测试系统的结构示意图；图4为本公开一个系统实施例输出的装置模型中的主电路拓扑结构示意图；图5为图4装置模型中开关单元的结构示意图；图6为本公开一个系统实施例输出的装置模型的等效电路示意图；图7为本公开一个系统实施例中电缆可传输有功功率与距离和频率的关系输出示意图；图8为本公开一个系统实施例中控制样机单元中包括的矩阵式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低频输电闭环测试系统，适用于低频输电系统，其特征在于：包括根据典型场景分析的低频输电系统分析模块、用于建立组网模型的组网建模模块、用于建立组装置模块的装置建模模块和用于采集所述装置模块运行数据的闭环测试模块。/n

【技术特征摘要】
1.一种低频输电闭环测试系统，适用于低频输电系统，其特征在于：包括根据典型场景分析的低频输电系统分析模块、用于建立组网模型的组网建模模块、用于建立组装置模块的装置建模模块和用于采集所述装置模块运行数据的闭环测试模块。


2.根据权利要求1所述的低频输电闭环测试系统，其特征在于：所述低频输电系统分析模块包括向所述组网建模模块提供分析结果数据的需求分析单元、经济性分析单元和技术经济评估单元。


3.根据权利要求1所述的低频输电闭环测试系统，其特征在于：所述组网建模模块包括用于配置所述组网模型的组网拓扑设计单元、运行方式设计单元和换流器设计单元。


4.根据权利要求1所述的低频输电闭环测试系统，其特征在于：所述装置建模模块包括用于配置所述装置模型的变换器设计单元、电磁暂态设计单元和保护配置单元。


5.根据权利要求1所述的低频输电闭环测试系统，其特征在于：所述闭环测试模块包括控制样机单元和获取所述控制样机单元和/或所述低频输电系统运行数据的闭环数据采集单元。
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋文乐，刘杨，宋华辉，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司沧州供电分公司，国家电网有限公司，国网河北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13