一种能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统的制作方法
【专利摘要】一种能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，由电力电子孤岛和模拟电网交流源、录波仪、功率分析仪及客户笔记本电脑组成。所述电力电子孤岛和模拟电网交流源由一套硬件系统和两套独立的控制系统组成，为综合测试系统提供一个电力电子孤岛负载模拟装置，与RLC负载相等效用于替代传统的RLC负载，同时可作为交流源模拟电网，具有孤岛测试和电网特性模拟双重功能。本发明构建的孤岛检测和电网模拟一体化装置，实现了能量回馈，降低了试验测试期间的能量消耗，减轻了装置的体积和重量，具备现场测试能力，可以实时检测光伏逆变器输出的有功和无功并实时计算出需要模拟的负载电阻，电感，电容，使得孤岛检测实验可以在光伏电源并网现场进行。
【专利说明】一种能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集孤岛测试和电网特性模拟于一体的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，属电力测试【技术领域】。
【背景技术】
[0002]以光伏为主的分布式发电系统，在公共电网失压后，如果发电系统不能检测到，仍然向附近负载馈送电量就会形成“孤岛”。非计划性的孤岛可能会危害电力检修人员的生命安全，影响电力保护开关的正确动作，并且会对相关电力设备造成损害。所以现在的国际标准以及国内标准都要求并网逆变器必须具有反孤岛检测的功能，同时也提出了相关的实验方法。
[0003]目前针对孤岛检测的实验装置主要是采用可调的RLC并联模拟孤岛负载。这种负载模拟装置的电阻、电容等负载大小采用机械式调整，需要很多元器件的组合，主要存在以下几个方面的问题:
[0004]I)价格高。现有常规装置对元件在参数稳定性方面要求很高，不能有寄生参数，要考虑抵消电阻发热后导致的阻值变化，因此不能选用常规较便宜的阻/感/容性元件，导致整体价格较高。
[0005]2)可靠性和使用寿命方面都存在一定问题。由于米用RLC组合方式,需米用投切方式模拟负载变化，实验过程中投切次数多，降低了装置的整体使用寿命和可靠性。
[0006]3)消耗大量电能，经济性不高。装置模拟负载的有功功率需完全通过电阻消耗，按标准进行逆变器防孤岛测试时，通常需要模拟45种工况，每种工况从电阻负载接入到实验结束至少需要一定的测试时间，所以在进行检测实验时会消耗大量电能，并不经济。若处于设备的前期调试阶段，实验不顺利则其损耗功率将会成倍增加，耗能更为严重。
[0007]4)体积与重量偏大，难以设计成移动式装置实现现场测试应用。
[0008]考虑到分布式电源的迅速发展，针对防孤岛保护现场测试及降低测试能耗的需求，针对现有RLC型测试装置中存在的问题，完全有必要采用电力电子开关技术设计一种新型的孤岛负载模拟装置，它可以吸收或发出有功功率与无功功率，模拟并替换RLC并联负载，还可以将有功能量回馈电网，大量减少实验过程中的能量损耗；并且由于摈弃了机械方式的负载调整，提高了实验设备的使用寿命，可减少了实验设备的维护成本；另外在体积与重量方面也将会有明显的优势。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是，为了解决孤岛检测的实验装置存在的问题，本发明公开一种集孤岛测试和电网特性模拟于一体的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统。
[0010]本发明的技术方案是，将分布式电源并网逆变器测试中所需的交流模拟电源和孤岛测试装置合二为一，组成新的集孤岛测试和电网特性模拟于一体的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统。[0011]本发明能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统由电力电子孤岛和模拟电网交流源、数据采集系统、客户端组成。
[0012]数据采集系统由功率分析仪与录波仪组成。功率分析仪测量光伏逆变器输出侧的三相电压与三相电流信号，进行数据分析和处理，得到有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电压频率等电参数。录波仪高速采集光伏逆变器输出侧的三相电压与三相电流信号的原始数据。功率分析仪和录波仪可通过以太网通讯方式将数据传输到笔记本上。
[0013]电力电子孤岛和模拟电网交流源采用IGBT开关技术搭建三相H桥逆变器，交流侧连接LC滤波器，直流由可控整流器供电，为综合测试系统提供一个电力电子孤岛负载模拟装置，与RLC负载相等效用于替代传统的RLC负载，同时可作为交流源模拟电网，具有孤岛测试和电网特性模拟双重功能。
[0014]客户端笔记本电脑通过高速以太网通讯方式实时读取数据采集系统的数据，以数值或曲线的形式进行显示，通过Mudbus/CAN协议与变频器通讯，控制AC电网模拟器来完成对光伏逆变器的检测。
[0015]电力电子孤岛和模拟电网交流源(简称交流源)由一套硬件系统和两套独立的控制系统组成，可通过本机的人机界面选择所需的功能，本机的人机界面留有与后台通讯的RS422 接口。
[0016]电力电子孤岛和模拟电网交流源的主电路由输入断路器QF1、输出断路器QF2、接触器KMl、交流电抗器L、可控整流器、12只IGBT构成3个H桥逆变器、3只单相LC滤波器、3只单相变压器和旁路接触器KM2组成。输入的三相电源通过输入断路器QFl分别进入主电路和旁路；主电路通过接触器KMl连接交流电抗器L，再通过交流电抗器L接可控整流器的交流端AC，由可控整流器的直流端DC输出至由12只IGBT构成3个H桥逆变器，逆变后的交流输出通过三个单相LC滤波器接三个单相变压器，经过变压器后副边采用星形接法，引出Al、B1、Cl三相端子，预留NI端子。旁路通过接触器KM2连接Al、B1、Cl三相端子和零线NI端子。
[0017]本发明交流源输入为交流400V50HZ，H桥的直流电源由可控整流桥整流后提供。
[0018]本发明交流源逆变后采用三个独立H桥以及LC滤波器、单相变压器，使三相之间不存在耦合，每相电压、电流可以单独调节，可以模拟不平衡负载；采用H桥后每相可以输出三电平，提高等效开关频率，降低输出谐波。能量可以通过可控整流器回馈电网。
[0019]本发明电力电子孤岛和模拟电网交流源的控制系统实时检测交流侧母线的电压和3相H桥逆变器输出电流，通过电阻、电感、电容的数学模型的计算得出三相逆变桥需要输出的有功与无功电流，并且依此产生IGBT的开关信号，控制逆变桥工作，实现与RLC负载的等效。
[0020]电力电子孤岛和模拟电网交流源控制系统主芯片由DSP6747、DSP28335以及两片FPGA构成。DSP28335芯片用于对外通讯连接以及数字量输入输出等上层逻辑控制，具有CAN, 485，422等通讯接口。DSP6747芯片负责逆变器等核心算法运算，器主频为300MHZ，最高可以同时8次乘法并行运算，运算速度约比28335快4倍。
[0021]所述控制系统内部包含64MB SDRAM.4G FLASH,这可以实现大规模程序运行，并可以实时记录运行时数据波形20Min。
[0022]所述控制系统模拟输入16路，精度14位米样速率25K,输出光纤16路,可以同时驱动8路桥臂。所述控制器对外还有4路光纤通讯可以实现多个控制器并联运行。
[0023]本发明电力电子孤岛和模拟电网交流源对RLC负载模拟的控制流程如图3所示。
[0024]RLC负载模拟通过采集输入交流母线上三相电压Ua，Ub, Uc,计算出电压的幅值与频率，依据需要模拟的RLC负载参数实时计算出有功指令与无功指令P*和Q%通过PI调节计算出需要输出电压大小与频率经过脉冲生成模块产生12路脉冲控制三个H桥工作。逆变器的输出功率跟谁交流电压和RLC参数变化而变化，在基频上响应与真实RLC负载一致。
[0025]有功指令计算:
【权利要求】
1.一种能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，包括录波仪、功率分析仪，其特征在于，所述系统还包括电力电子孤岛和模拟电网交流源，所述交流源采用IGBT开关技术搭建三相H桥逆变器，交流侧连接LC滤波器，直流由可控整流器供电，为综合测试系统提供一个电力电子孤岛负载模拟装置与RLC负载相等效用于替代传统的RLC负载，同时可作为交流源模拟电网，具有孤岛测试和电网特性模拟双重功能。
2.根据权利要求1所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源由一套硬件系统和两套独立的控制系统组成，可通过本机的人机界面选择所需的功能，本机的人机界面留有与后台通讯的RS422接口 ； 所述硬件系统的主电路由输入断路器QF1、输出断路器QF2、接触器KM1、交流电抗器L、可控整流器、12只IGBT构成3个H桥逆变器、3只单相LC滤波器、3只单相变压器和旁路接触器KM2组成；输入的三相电源通过输入断路器QFl分别进入主电路和旁路；主电路通过接触器KMl连接交流电抗器L，再通过交流电抗器L接可控整流器的交流端AC，由可控整流器的直流端DC输出至H桥逆变器，逆变后的交流输出通过三个单相LC滤波器接三个单相变压器，经过变压器后副边采用星形接法，引出Al、B1、Cl三相端子，预留NI端子；旁路通过接触器KM2连接Al、B1、Cl三相端子和零线NI端子。
3.根据权利要求1所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源采用三个独立H桥以及LC滤波器、单相变压器，使三相之间不存在耦合，每相电压、电流可以单独调节，可以模拟不平衡负载；采用H桥后每相可以输出三电平，提高等效开关频率，降低输出谐波。
4.根据权利要求1所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源主电路IGBT采用1200V等级，最高容许结温150 0C ;直流母线额定电·压620V ;整流侧容量为60kW，逆变输出侧容量为75 kVA ;变压器变比为345V:220V，容量3*25kVA，1.3倍过压；A1B1C1交流三相输出最高电压为480V，额定380V，额定电流113.6A ;每相H桥输出最高电压430V。
5.根据权利要求1所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述3相H桥逆变器额定容量75kVA，在额定容量内，逆变桥的输出有功与无功电流可以任意调节，有功能量可以回馈到直流侧。
6.根据权利要求2所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源的控制系统实时检测交流侧母线的电压和3相H桥逆变器输出电流，通过电阻、电感、电容的数学模型的计算得出三相逆变桥需要输出的有功与无功电流，并且依此产生IGBT的开关信号，控制逆变桥工作，实现与RLC负载的等效。
7.根据权利要求2所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源控制系统主芯片由DSP 6747、DSP 28335以及两片FPGA构成；DSP 28335芯片用于对外通讯连接以及数字量输入输出上层逻辑控制，具有CAN、485、422通讯接口 ；DSP 6747芯片负责逆变器核心算法运算，器主频为300MHZ，最高可以同时8次乘法并行运算；所述控制系统内部包含64MB SDRAM.4G FLASH，能实现大规模程序运行，并能实时记录运行时数据波形20Min ;所述控制系统模拟输入16路，精度14位采样速率25K，输出光纤16路，能同时驱动8路桥臂；所述控制器对外还有4路光纤通讯可实现多个控制器并联运行。
8.根据权利要求1所述的能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统，其特征在于，所述电力电子孤岛和模拟电网交流源是一种高性能的多功能电网模拟器，不仅可以输出正常的电网电压，而且可以模拟电压跌落、频率偏移、三相不平衡以及电压畸变的常见电网现象 。
【文档编号】G01R31/00GK103852663SQ201310338552
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2013年8月6日
【发明者】范瑞祥, 周细文, 肖红霞, 邓才波, 徐在德, 潘本仁 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院, 江苏有能新能源有限公司