一种基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统的制作方法

本发明涉及分布式电源领域，尤其涉及一种基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统。

背景技术：

分布式电源在分布式发电系统中应用的较为广泛，有着其独特的复杂性，首先由于分布式发电系统的构成多种多样，从分布式风电，分布式光伏，到燃气轮机，地热发电，此外应用的负载也是各种各样，从而导致每个分布式发电系统的电网特性都是独特的，因此要求分布式电源产品能够适应其所安装的分布式发电系统的电网特性。另外，由于分布式发电系统的总容量较小，鲁棒性相对较差，因此对分布式电源产品的并网性能的要求也更高。

鉴于分布式发电系统的复杂性，对安装其中的分布式电源产品的要求更高，但是目前传统的分布式电源产品的并网性能测试方法是提供静态的电网测试环境，并不考虑电网的真实情况对被测样品的影响。

传统的分布式电源产品并网性能测试方法并不能满足上述的要求，而在分布式电源产品安装在现场之后再进行检测也存在一些问题；首先是安装后再进行检测，存在一定的风险，其次对生产企业来说，有些测试很难在现场进行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统，其特征在于，包括dspace控制器、dspace接口、模拟电网和直流电源，所述dspace控制器包括电网、硬件在环测试平台和功率放大控制器，所述电网的输出端与硬件在环测试平台的输入端连接，所述硬件在环测试平台的输出端与功率放大控制器的输入端连接，所述功率放大控制器的输出端通过dspace接口连接至模拟电网的输入端，所述模拟电网的输出端与被测逆变器的交流侧连接，所述被测逆变器的直流侧与直流电源连接，所述直流电源采用太阳能模拟器；

其中，所述模拟电网包括三相pwm整流模块、igbt逆变器、第一pwm驱动模块、第二pwm驱动模块、直流电压采集模块和交流电压电流采集模块，所述dspace控制器的输出端与三相pwm整流模块的输入端连接，所述三相pwm整流模块由第一pwm驱动模块驱动，所述直流电压采集模块采集三相pwm整流模块输出的直流电，所述三相pwm整流模块的输出端与igbt逆变器的输入端连接，所述igbt逆变器由第二pwm驱动模块驱动，所述交流电压电流采集模块采集igbt逆变器输出的单相交流电。

进一步地，所述三相pwm整流模块包括六个全控开关管，所述三相pwm整流模块交流侧输入的三相电压分别与三个全控开关管的发射极和其余三个全控开关管的集电极连接，每一所述全控开关管的发射极和集电极的极间之间设有一快恢复二极管，所述三相pwm整流模块的直流侧设有电容

进一步地，所述igbt逆变器包括三个单相全桥逆变电路，三个单相全桥逆变电路对三相分别进行独立控制。

进一步地，所述三相pwm整流模块的输出电压经过变压器隔离、电阻衰减后输入到直流电压采集模块的信号调理电路中，所述信号调理电路的输出端与运放电路的输入端连接，所述运放电路将电压缩小至1/2，所述运放电路的输入端与反相求和电路的输入端连接，所述反相求和电路的输出端串联电阻和二极管进行电平限幅。

进一步地，所述交流电流信号采集模块的输出电流经过电流传感器与隔离变压器后，输入到运放电路中，将电流信号转为电压信号，再通过电压信号调理电路输入到dspace控制器中。

相对传统的分布式电源并网测试系统，本发明的主要优势在于：

对被测设备来说，传统方法提供的电网环境是一个无穷大容量的电网，没有电网回溯效应，使得被测设备更容易通过测试；

将分布式电源的测试放在一个真实的电网环境中，使得测试反应现实情况，对被测设备来说，动态电网环境更真实，有真实的电网阻抗、复杂的负载情况以及会受到邻近其他分布式电源的影响，基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统更加适合分布式电源产品的并网测试。

附图说明

图1为本发明的结构拓扑图；

图2为本发明模拟电网的系统的结构图；

图3为本发明三相pwm整流模块的结构图；

图4为本发明igbt逆变器的结构图；

图5为本发明直流电压信号采样模块的结构图；

图6为本发明交流电流信号采集模块的结构图；

图7为本发明dspace控制器控制框图；

图8为本发明电网模型图。

附图标记：

1dspace控制器2dspace接口3模拟电网4直流电源5被测逆变器

11电网12硬件在环测试平台13功率放大控制器

31三相pwm整流模块32igbt逆变器33第一pwm驱动模块

34第二pwm驱动模块35直流电压采集模块36交流电压电流采集模块

r1～9第一～第九电阻

c1～10第一～第十电容

c11输入电容

d1～4第一～第四二极管

u1～3第一～第三运算放大器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种基于动态电网环境的分布式电源并网测试系统，如图1所示，包括dspace控制器1、dspace接口2、模拟电网3和直流电源4，所述dspace控制器1包括电网11、硬件在环测试平台12和功率放大控制器13，所述电网11的输出端与硬件在环测试平台12的输入端连接，所述硬件在环测试平台12的输出端与功率放大控制器13的输入端连接，所述功率放大控制器13的输出端通过dspace接口2连接至模拟电网3的输入端，所述模拟电网3的输出端与被测逆变器5的交流侧连接，所述被测逆变器5的直流侧与直流电源4连接，所述直流电源4采用太阳能模拟器。

如图2所示，所述模拟电网3包括三相pwm整流模块31、igbt逆变器32、第一pwm驱动模块33、第二pwm驱动模块34、直流电压采集模块35和交流电压电流采集模块36，所述dspace控制器1的输出端与三相pwm整流模块31的输入端连接，所述三相pwm整流模块31由第一pwm驱动模块33驱动，所述直流电压采集模块35采集三相pwm整流模块31输出的直流电，所述三相pwm整流模块31的输出端与igbt逆变器32的输入端连接，所述igbt逆变器32由第二pwm驱动模块34驱动，所述交流电压电流采集模块36采集igbt逆变器32输出的单相交流电。

如图3所示，所述三相pwm整流模块31包括六个全控开关管，所述三相pwm整流模块31交流侧输入的三相电压分别与三个全控开关管的发射极和其余三个全控开关管的集电极连接，每一所述全控开关管的发射极和集电极的极间之间设有一快恢复二极管，所述三相pwm整流模块31的直流侧设有电容。

所述三相pwm整流模块31中abc三相的三个桥臂由6个全控开关管和6个快恢复二极管组成，交流侧三相电压源分别为ea、eb和ec，三相电流分别为ia、ib和ic，电阻r为输入等效电阻，电感l为输入电感，主要是为了对电网11与整流器的交流侧进行隔离，滤除掉电流谐波与储存能量，电容c的主要是为了滤除掉整流输出的直流电压的高次纹波与储存能量。

如图4所示，所述igbt逆变器32包括三个单相全桥逆变电路，三个单相全桥逆变电路对三相分别进行独立控制，此时的逆变电路可将a、b、c三相进行独立控制，实现模拟电网3所要求的各种功能，经过逆变后得到的为三相四线制(有中性线)系统，也能够准确模拟出不平衡电压的零序分量。

所述三相pwm整流模块31的输出电压经过变压器隔离、电阻衰减后输入到直流电压采集模块35的信号调理电路中，所述信号调理电路的输出端与运放电路的输入端连接，所述运放电路将电压缩小至1/2，所述运放电路的输入端与反相求和电路的输入端连接，所述反相求和电路的输出端串联电阻和二极管进行电平限幅。

如图5所示，所述直流电压采集模块35的信号调理电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第一二极管d1、第二二极管d2和瞬态二极管，所述第一电阻r1和第二电阻r2的一端接有输入电容c11，所述第一电阻r1的另一端与第一二极管d1的正极和第二二极管d2的负极连接，所述第二电阻r2的另一端与第一二极管d1的负极和第二二极管d2的正极连接，所述第一二极管d1的负极和第二二极管d2的正极还与瞬态二极管、第一电容c1和第三电阻r3的一端连接。

所述运放电路包括第一运算放大器u1，所述第一二极管d1的正极和第二二极管d2的负极与第一运算放大器u1的反相输入端连接，所述第一二极管d1的负极和第二二极管d2的正极与第一运算放大器u1的正相输入端连接，所述第一运算放大器u1的反相输入端与输出端之间接有并联的第二电容c2和第四电阻r4，所述第一运算放大器u1的输出端与第五电阻r5的一端连接，所述第五电阻r5与第三电容c3连接，所述第三电容c3接地。

所述反相求和电路包括第二运算放大器u2，所述第五电阻r5的另一端与第二运算放大器u2的正相输入端连接，所述第二运算放大器u2的反相输入端与第四电容c4的一端连接，所述第四电容c4的另一端与第六电阻r6的一端连接，所述第六电阻r6的另一端与第八电阻r8的一端连接，所述第八电阻r8的另一端与第四电容c4的一端连接，所述第六电阻r6的另一端与第五电容c5和第六电容c6连接，所述第五电容c5和第六电容c6并联接地，所述第六电阻r6的另一端与第七电阻r7的一端连接，所述第七电阻r7的另一端与第七电容c7的一端连接，所述第七电容c7接地，所述第七电阻r7的另一端与第三二极管d3的正极和第四二极管d4的负极连接。

三相pwm整流模块31的输出电压经过变压器隔离、电阻衰减后，从tu-h端输入到信号调理电路中，电压范围为-14v～14v，通过运放电路后得到的电压范围为-7v～7v，经过反相求和电路后，使输入的反馈电压保持相位不变。

所述交流电流信号采集模块的输出电流经过电流传感器与隔离变压器后，输入到运放电路中，将电流信号转为电压信号，再通过电压信号调理电路输入到dspace控制器1中。

如图6所示，所述交流电流信号采集模块包括隔离变压器，所述隔离变压器的次级接至第三运算放大器u3的反相输入端和正相输入端，所述第三运算放大器u3的反相输入端的输出端之间接有并联的第八电容c8和第九电阻r9，所述第三运算放大器u3的电压正输入端接有第九电容c9，所述第三运算放大器u3的电压负输入端接有第十电容c10。

如图7所示，左侧的方框内为占空比发生函数模块，用于输出pwm波形到驱动电路板，中间的方框内为pr控制算法模块，右侧的方框内为数字滤波器函数模块，电流信号采样电路、功率放大控制器与硬件在环测试测试器共用一个dspace的cpu，其所有的信号采样和数字滤波算法均可以共用，节省计算时间。

本发明所涉及电网模型参见图8，含有多台不同种类发电电源与不同种类用电负载的孤立电网模型。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。