一種能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，由電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源、錄波儀、功率分析儀及客戶筆記本電腦組成。所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源由一套硬件系統(tǒng)和兩套獨立的控制系統(tǒng)組成，為綜合測試系統(tǒng)提供一個電力電子孤島負載模擬裝置，與RLC負載相等效用于替代傳統(tǒng)的RLC負載，同時可作為交流源模擬電網(wǎng)，具有孤島測試和電網(wǎng)特性模擬雙重功能。本發(fā)明構建的孤島檢測和電網(wǎng)模擬一體化裝置，實現(xiàn)了能量回饋，降低了試驗測試期間的能量消耗，減輕了裝置的體積和重量，具備現(xiàn)場測試能力，可以實時檢測光伏逆變器輸出的有功和無功并實時計算出需要模擬的負載電阻，電感，電容，使得孤島檢測實驗可以在光伏電源并網(wǎng)現(xiàn)場進行。
【專利說明】一種能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種集孤島測試和電網(wǎng)特性模擬于一體的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，屬電力測試【技術領域】。
【背景技術】
[0002]以光伏為主的分布式發(fā)電系統(tǒng)，在公共電網(wǎng)失壓后，如果發(fā)電系統(tǒng)不能檢測到，仍然向附近負載饋送電量就會形成“孤島”。非計劃性的孤島可能會危害電力檢修人員的生命安全，影響電力保護開關的正確動作，并且會對相關電力設備造成損害。所以現(xiàn)在的國際標準以及國內(nèi)標準都要求并網(wǎng)逆變器必須具有反孤島檢測的功能，同時也提出了相關的實驗方法。
[0003]目前針對孤島檢測的實驗裝置主要是采用可調(diào)的RLC并聯(lián)模擬孤島負載。這種負載模擬裝置的電阻、電容等負載大小采用機械式調(diào)整，需要很多元器件的組合，主要存在以下幾個方面的問題:
[0004]I)價格高?，F(xiàn)有常規(guī)裝置對元件在參數(shù)穩(wěn)定性方面要求很高，不能有寄生參數(shù)，要考慮抵消電阻發(fā)熱后導致的阻值變化，因此不能選用常規(guī)較便宜的阻/感/容性元件，導致整體價格較高。
[0005]2)可靠性和使用壽命方面都存在一定問題。由于米用RLC組合方式,需米用投切方式模擬負載變化，實驗過程中投切次數(shù)多，降低了裝置的整體使用壽命和可靠性。
[0006]3)消耗大量電能，經(jīng)濟性不高。裝置模擬負載的有功功率需完全通過電阻消耗，按標準進行逆變器防孤島測試時，通常需要模擬45種工況，每種工況從電阻負載接入到實驗結束至少需要一定的測試時間，所以在進行檢測實驗時會消耗大量電能，并不經(jīng)濟。若處于設備的前期調(diào)試階段，實驗不順利則其損耗功率將會成倍增加，耗能更為嚴重。
[0007]4)體積與重量偏大，難以設計成移動式裝置實現(xiàn)現(xiàn)場測試應用。
[0008]考慮到分布式電源的迅速發(fā)展，針對防孤島保護現(xiàn)場測試及降低測試能耗的需求，針對現(xiàn)有RLC型測試裝置中存在的問題，完全有必要采用電力電子開關技術設計一種新型的孤島負載模擬裝置，它可以吸收或發(fā)出有功功率與無功功率，模擬并替換RLC并聯(lián)負載，還可以將有功能量回饋電網(wǎng)，大量減少實驗過程中的能量損耗；并且由于擯棄了機械方式的負載調(diào)整，提高了實驗設備的使用壽命，可減少了實驗設備的維護成本；另外在體積與重量方面也將會有明顯的優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是，為了解決孤島檢測的實驗裝置存在的問題，本發(fā)明公開一種集孤島測試和電網(wǎng)特性模擬于一體的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的技術方案是，將分布式電源并網(wǎng)逆變器測試中所需的交流模擬電源和孤島測試裝置合二為一，組成新的集孤島測試和電網(wǎng)特性模擬于一體的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)。[0011]本發(fā)明能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)由電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、客戶端組成。
[0012]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由功率分析儀與錄波儀組成。功率分析儀測量光伏逆變器輸出側的三相電壓與三相電流信號，進行數(shù)據(jù)分析和處理，得到有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、電壓頻率等電參數(shù)。錄波儀高速采集光伏逆變器輸出側的三相電壓與三相電流信號的原始數(shù)據(jù)。功率分析儀和錄波儀可通過以太網(wǎng)通訊方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦P記本上。
[0013]電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源采用IGBT開關技術搭建三相H橋逆變器，交流側連接LC濾波器，直流由可控整流器供電，為綜合測試系統(tǒng)提供一個電力電子孤島負載模擬裝置，與RLC負載相等效用于替代傳統(tǒng)的RLC負載，同時可作為交流源模擬電網(wǎng)，具有孤島測試和電網(wǎng)特性模擬雙重功能。
[0014]客戶端筆記本電腦通過高速以太網(wǎng)通訊方式實時讀取數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，以數(shù)值或曲線的形式進行顯示，通過Mudbus/CAN協(xié)議與變頻器通訊，控制AC電網(wǎng)模擬器來完成對光伏逆變器的檢測。
[0015]電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源(簡稱交流源)由一套硬件系統(tǒng)和兩套獨立的控制系統(tǒng)組成，可通過本機的人機界面選擇所需的功能，本機的人機界面留有與后臺通訊的RS422 接口。
[0016]電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源的主電路由輸入斷路器QF1、輸出斷路器QF2、接觸器KMl、交流電抗器L、可控整流器、12只IGBT構成3個H橋逆變器、3只單相LC濾波器、3只單相變壓器和旁路接觸器KM2組成。輸入的三相電源通過輸入斷路器QFl分別進入主電路和旁路；主電路通過接觸器KMl連接交流電抗器L，再通過交流電抗器L接可控整流器的交流端AC，由可控整流器的直流端DC輸出至由12只IGBT構成3個H橋逆變器，逆變后的交流輸出通過三個單相LC濾波器接三個單相變壓器，經(jīng)過變壓器后副邊采用星形接法，引出Al、B1、Cl三相端子，預留NI端子。旁路通過接觸器KM2連接Al、B1、Cl三相端子和零線NI端子。
[0017]本發(fā)明交流源輸入為交流400V50HZ，H橋的直流電源由可控整流橋整流后提供。
[0018]本發(fā)明交流源逆變后采用三個獨立H橋以及LC濾波器、單相變壓器，使三相之間不存在耦合，每相電壓、電流可以單獨調(diào)節(jié)，可以模擬不平衡負載；采用H橋后每相可以輸出三電平，提高等效開關頻率，降低輸出諧波。能量可以通過可控整流器回饋電網(wǎng)。
[0019]本發(fā)明電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源的控制系統(tǒng)實時檢測交流側母線的電壓和3相H橋逆變器輸出電流，通過電阻、電感、電容的數(shù)學模型的計算得出三相逆變橋需要輸出的有功與無功電流，并且依此產(chǎn)生IGBT的開關信號，控制逆變橋工作，實現(xiàn)與RLC負載的等效。
[0020]電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源控制系統(tǒng)主芯片由DSP6747、DSP28335以及兩片F(xiàn)PGA構成。DSP28335芯片用于對外通訊連接以及數(shù)字量輸入輸出等上層邏輯控制，具有CAN, 485，422等通訊接口。DSP6747芯片負責逆變器等核心算法運算，器主頻為300MHZ，最高可以同時8次乘法并行運算，運算速度約比28335快4倍。
[0021]所述控制系統(tǒng)內(nèi)部包含64MB SDRAM.4G FLASH,這可以實現(xiàn)大規(guī)模程序運行，并可以實時記錄運行時數(shù)據(jù)波形20Min。
[0022]所述控制系統(tǒng)模擬輸入16路，精度14位米樣速率25K,輸出光纖16路,可以同時驅動8路橋臂。所述控制器對外還有4路光纖通訊可以實現(xiàn)多個控制器并聯(lián)運行。
[0023]本發(fā)明電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源對RLC負載模擬的控制流程如圖3所示。
[0024]RLC負載模擬通過采集輸入交流母線上三相電壓Ua，Ub, Uc,計算出電壓的幅值與頻率，依據(jù)需要模擬的RLC負載參數(shù)實時計算出有功指令與無功指令P*和Q%通過PI調(diào)節(jié)計算出需要輸出電壓大小與頻率經(jīng)過脈沖生成模塊產(chǎn)生12路脈沖控制三個H橋工作。逆變器的輸出功率跟誰交流電壓和RLC參數(shù)變化而變化，在基頻上響應與真實RLC負載一致。
[0025]有功指令計算:
【權利要求】
1.一種能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，包括錄波儀、功率分析儀，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源，所述交流源采用IGBT開關技術搭建三相H橋逆變器，交流側連接LC濾波器，直流由可控整流器供電，為綜合測試系統(tǒng)提供一個電力電子孤島負載模擬裝置與RLC負載相等效用于替代傳統(tǒng)的RLC負載，同時可作為交流源模擬電網(wǎng)，具有孤島測試和電網(wǎng)特性模擬雙重功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源由一套硬件系統(tǒng)和兩套獨立的控制系統(tǒng)組成，可通過本機的人機界面選擇所需的功能，本機的人機界面留有與后臺通訊的RS422接口 ； 所述硬件系統(tǒng)的主電路由輸入斷路器QF1、輸出斷路器QF2、接觸器KM1、交流電抗器L、可控整流器、12只IGBT構成3個H橋逆變器、3只單相LC濾波器、3只單相變壓器和旁路接觸器KM2組成；輸入的三相電源通過輸入斷路器QFl分別進入主電路和旁路；主電路通過接觸器KMl連接交流電抗器L，再通過交流電抗器L接可控整流器的交流端AC，由可控整流器的直流端DC輸出至H橋逆變器，逆變后的交流輸出通過三個單相LC濾波器接三個單相變壓器，經(jīng)過變壓器后副邊采用星形接法，引出Al、B1、Cl三相端子，預留NI端子；旁路通過接觸器KM2連接Al、B1、Cl三相端子和零線NI端子。
3.根據(jù)權利要求1所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源采用三個獨立H橋以及LC濾波器、單相變壓器，使三相之間不存在耦合，每相電壓、電流可以單獨調(diào)節(jié)，可以模擬不平衡負載；采用H橋后每相可以輸出三電平，提高等效開關頻率，降低輸出諧波。
4.根據(jù)權利要求1所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源主電路IGBT采用1200V等級，最高容許結溫150 0C ;直流母線額定電·壓620V ;整流側容量為60kW，逆變輸出側容量為75 kVA ;變壓器變比為345V:220V，容量3*25kVA，1.3倍過壓；A1B1C1交流三相輸出最高電壓為480V，額定380V，額定電流113.6A ;每相H橋輸出最高電壓430V。
5.根據(jù)權利要求1所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述3相H橋逆變器額定容量75kVA，在額定容量內(nèi)，逆變橋的輸出有功與無功電流可以任意調(diào)節(jié)，有功能量可以回饋到直流側。
6.根據(jù)權利要求2所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源的控制系統(tǒng)實時檢測交流側母線的電壓和3相H橋逆變器輸出電流，通過電阻、電感、電容的數(shù)學模型的計算得出三相逆變橋需要輸出的有功與無功電流，并且依此產(chǎn)生IGBT的開關信號，控制逆變橋工作，實現(xiàn)與RLC負載的等效。
7.根據(jù)權利要求2所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源控制系統(tǒng)主芯片由DSP 6747、DSP 28335以及兩片F(xiàn)PGA構成；DSP 28335芯片用于對外通訊連接以及數(shù)字量輸入輸出上層邏輯控制，具有CAN、485、422通訊接口 ；DSP 6747芯片負責逆變器核心算法運算，器主頻為300MHZ，最高可以同時8次乘法并行運算；所述控制系統(tǒng)內(nèi)部包含64MB SDRAM.4G FLASH，能實現(xiàn)大規(guī)模程序運行，并能實時記錄運行時數(shù)據(jù)波形20Min ;所述控制系統(tǒng)模擬輸入16路，精度14位采樣速率25K，輸出光纖16路，能同時驅動8路橋臂；所述控制器對外還有4路光纖通訊可實現(xiàn)多個控制器并聯(lián)運行。
8.根據(jù)權利要求1所述的能量回饋型分布式光伏電源逆變器綜合測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電力電子孤島和模擬電網(wǎng)交流源是一種高性能的多功能電網(wǎng)模擬器，不僅可以輸出正常的電網(wǎng)電壓，而且可以模擬電壓跌落、頻率偏移、三相不平衡以及電壓畸變的常見電網(wǎng)現(xiàn)象 。
【文檔編號】G01R31/00GK103852663SQ201310338552
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年8月6日 優(yōu)先權日:2013年8月6日
【發(fā)明者】范瑞祥, 周細文, 肖紅霞, 鄧才波, 徐在德, 潘本仁 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學研究院, 江蘇有能新能源有限公司