CN102338851A - 一种即插即用光伏发电并网系统检测装置 - Google Patents

Abstract

一种即插即用光伏发电并网系统检测装置，属于新能源发电与电气技术领域，包括电源电路、光伏电池接入电路、蓄电池接入电路、变器接入电路、负载选择器、光伏电池检测负载电路、逆变器检测静态负载电路、逆变器动态负载电路及DSP处理器，本发明的优点包括即插即用，通过采集数据，确定发电系统故障；实现光伏电池板、逆变器在多样负载工作条件下的检测，并且检测的同时可以满足多个待测光伏电池间的切换，实现多个光伏电池发电状态的比较和检测，极大的提高了光伏电池检测的效率和准确性；脉冲发生装置和延时装置可以根据不同发电装置所对应的实际负载状况进行设定，使模拟的负载与真实情况更为接近，增加了检测的准确性。

Description

一种即插即用光伏发电并网系统检测装置

技术领域

本发明属于新能源发电与电气技术领域，具体涉及一种即插即用光伏发电并网系统检测装置。

背景技术

《可再生能源法》的颁布及实施，可再生能源发电上网电价的基本原则已变得透明，光伏发电成本较高的呼声也似乎有所减少，但并没有发生实质性改变，在“关于制定阶梯电价和促进我国光伏发电发展的议案”建议稿中，我国太阳能方面的几位专家一致认为：“从资源的数量、分布的普遍性、技术的可靠性来看，光伏发电比其他可再生能源更具有优越性，目前成本较高的障碍正在随着技术进步和大规模生产而减小，光伏发电将成为未来电力的重要构成是勿庸质疑的”。

现有的检测工具只能对光伏电池板和逆变器在单一负载条件下分别进行检测，没有办法检测光伏电池板和逆变器在多样负载工作条件下的匹配情况。

发明内容

针对现有方法的不足，本发明提出一种光伏发电并网系统检测装置，实现光伏电池板和逆变器在多样负载工作条件下的检测。

本发明的技术方案是这样实现的：一种光伏发电并网系统检测装置，包括电源电路、标准光伏电池、待测光伏电池、光伏电池接入电路、蓄电池接入电路、蓄电池、逆变器接入电路、标准逆变器、待测逆变器、负载选择器、光伏电池检测负载电路、逆变器检测静态负载电路、逆变器动态负载电路及DSP处理器，其连接关系如下：电源电路的第一输出端连接标准光伏电池的输入端，电源电路的第二输出端连接待测光伏电池的输入端，电源电路的输入输出端连接DSP处理器的第一输入输出端，标准光伏电池的输出端连接光伏电池接入电路的第一输入端，所述的待测光伏电池的输出端连接光伏电池接入电路的第二输入端，所述的光伏电池接入电路的输入输出端连接DSP处理器的第二输入输出端，所述的光伏电池接入电路的输出端连接蓄电池接入电路的输入端，所述的蓄电池接入电路的第一输入输出端连接DSP处理器的第三输入输出端，所述的蓄电池接入电路的第二输入输出端连接蓄电池的输入输出端，所述蓄电池接入电路的输出端连接逆变器接入电路的输入端，所述的逆变器接入电路的输入输出端连接DSP处理器的第四输入输出端，所述的逆变器接入电路的第一输出端连接标准逆变器的输入端，所述的逆变器接入电路的第二输出端连接待测逆变器的输入端，所述的标准逆变器的输出端连接负载选择器的第一输入端，所述的待测逆变器的输出端连接负载选择器的第二输入端，负载选择器的输入输出端连接DSP处理器的第五输入输出端，负载选择器的第一输出端连接光伏电池检测负载电路的输入端，所述负载选择器的第二输出端连接逆变器检测静态负载电路的输入端，所述负载选择器的第三输出端连接逆变器检测动态负载电路的输入端，DSP处理器的第六输入输出端连接显示模块；

所述的电源电路结构如下：包括光路元件装置及测试装置，所述的光路元件装置包括聚光镜、反光镜及折光镜，所述的测试装置包括聚光镜、温度控制器、温度传感器、压力控制器、压力传感器、光照模拟器和旋转支架，其连接关系如下：光源发出的光进入第一聚光镜的输入端，经第一聚光镜后，输出的光进入第二聚光镜的输入端，经第二聚光镜滤光后，输出的光进入第一反光镜的输入端，经第一反光镜反射后进入第一折光三棱镜的输入端，经第一折光三棱镜的输出端进入第二反光镜的输入端，经第二反光镜的输出端进入第二折光三棱镜的输入端，经第二折光三棱镜的输出端进入第三折光三棱镜的输入端，经第三折光三棱镜的输出端进入第三反光镜的输入端，经第三反光镜的输出端进入第四反光镜的输入端，经第四反光镜的输出端进入第三聚光镜的输入端，经第三聚光镜的输出端的光照射在旋转支架上，旋转支架上存放标准光伏电池及待测光伏电池，测试装置的输入输出端连接DSP控制器的第一输入输出端；

所述的光伏电池检测电路结构如下：C相电压连接第一开关的一端、第四开关的一端、第一负载的一端和第三负载的一端，所述第一开关的另一端连接第二开关的一端和第三开关的一端，所述第二开关的另一端与所述第一负载的另一端、所述第二负载的一端、所述第四开关的另一端和第五开关的一端相连，并连接B相电压，所述第三开关的另一端与第二负载的另一端、第三负载的另一端和第五开关的另一端相连，并连接A相电压；

所述的第一负载、第二负载及第三负载其结构相同，所述结构如下：第一滑动变阻器的一端作为第一负载的一端，第一滑动变阻器的另一端连接第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端，所述第一电感的另一端连接第六开关的一端，所述第二电感的另一端连接第七开关的一端，所述第三电感的另一端连接第八开关的一端，所述第六开关的另一端与所述第七开关的另一端、第八开关的另一端相连，并连接第九开关的一端、第十开关的一端及第十一开关的一端，所述第九开关的另一端连接第一电容的一端，所述第十开关的另一端连接第二电容的一端，所述第十一开关的另一端连接第三电容的一端，所述第一电容的另一端、第二电容的另一端及第三电容的另一端相连，并作为第一负载的另一端；

所述的逆变器静态检测电路结构如下：第一电容的一端连接第五电感的一端、第二电容的一端、第三电容的一端和第四电阻的一端并连接B相电压，所述第一电容的另一端连接第一电阻的一端和第一电感的一端，所述第一电阻的另一端连接第四电容的一端、第二电阻的一端、第四电感的一端和第三电阻的一端并连接A相电压，所述第一电感的另一端连接第五电阻的一端、第二电感的一端、第六电阻的一端和第三电感的一端相连并连接C相电压，所述的第四电容的另一端与所述的第二电阻的另一端相连，再连接所述的第五电感另一端、所述的第二电容的另一端、所述的第五电阻的另一端和所述的第二电感的另一端，所述的第四电感的另一端与所述的第三电阻的另一端相连，再连接所述的第四电阻的另一端、所述的第三电容的另一端、所述的第三电感的另一端和所述的第六电阻的另一端；

所述的逆变器检测动态负载电路结构如下：三相电压中的两项电压为例，其连接方式为：三相电压中的A相连接反向二极管的正极、脉冲发生器的一端和第一电容的一端，脉冲发生器的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一电感的一端和第二电感的一端，第一电感的另一端连接第三电阻的一端，第二电感的另一端连接第四电阻的一端，第三电阻的另一端与第四电阻的另一端连接，再连接保险丝的一端，保险丝的另一端连接延时装置的一端，延时装置的另一端连接第一电容的另一端、反向二极管的负极，再连接三相电压中的B项；C相与A相、C相与B相连接方式与此相同；

所述的待测光伏电池至少为1个；

所述的待测逆变器至少为1个；

本发明一种光伏发电并网系统检测方法包括光伏电池检测方法和逆变器检测方法，其中，所述的光伏电池检测方法包括以下步骤：

步骤1：将待测光伏电池置于1000w/cm²光照，环境温度25℃的环境下，逆变器接入电路连接标准逆变器，断开光伏电池检测负载电路中的开关K1～K3，在电池两端开路的情况下，测量待测光伏电池的输出电压U_oc；

步骤2：待测光伏电池置于1000W/cm2光照，环境温度25℃不变，闭合直流侧短接开关，在输出端短路时，测量短路电流I_sc；

步骤3：绘制待测光伏电池伏安特性曲线，方法为：通过改变输出光的光照强度，测量待测光伏电池的输出电流和输出电压，以横坐标为电压、纵坐标为电流绘制在制定负载下的待测光伏电池的实测伏安特性曲线；

步骤4：计算待测光伏电池的最大输出功率，并确定其转换效率，方法为：首先利用伏安特性曲线确定输出功率P_m，公式如下：

P_m＝U_mI_m

式中，U_m表示待测光伏电池的输出电压，I_m表示待测光伏电池的输出电流；

确定转换效率η，公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{P_m}{P_{\mathrm{im}}}=\frac{\mathrm{FF}*U_{\mathrm{oc}}*I_{\mathrm{oc}}}{P_{\mathrm{im}}}$

式中，P_im表示发电系统吸收的能量；FF表示固定焦距；

步骤5：控制负载开关的关断，改变接入的直流负载，重复执行步骤3和步骤4，确定不同直流负载的最大转换效率值，并绘制不同直流负载情况下的转换效率曲线；

所述的转换功率曲线是以时间为横坐标、以转换效率为纵坐标的曲线；

步骤6：利用待测光伏电池在直流负载条件下的伏安特性曲线和标准伏安特曲线，确定伏安特曲线相似度S_s，公式如下：

$S=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(A_i-B_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\×B_i+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{A_i\×B_i}}$

式中：n表示随机采样的点数；A表示实测的伏安特性曲线；B表示标准伏安特曲线；A_i表示所测量的伏安特性曲线在第i时刻到坐标原点之间的距离；B_i表示标准伏安特曲线在第i时刻所对应的点到原点间的距离；

步骤7：利用待测光伏电流在直流负载条件下的转换效率曲线和标准伏安特曲线，确定转换效率曲线相似度S_t，公式如下：

$S_t=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(C_i-D_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(C_i\×D_i)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{C_i\×D_i}}$

式中，C表示转换效率曲线；D表示标准转换效率曲线；C_i表示所测量的转换效率曲线到原点之间的距离；D_i表示标准转换效率曲线第i时刻所对应的点到原点间的距离；

步骤8：利用步骤6的伏安特曲线相似度S_s和步骤7的转换效率曲线相似度S_t，确定标准相似度S_p，公式如下：

$S_p=\frac{S_s+S_t}{2}$

第9步：如果S_p≤5％，说明该待测光伏电池能够在该系统环境下高效率工作；否则，说明该待测光伏电池不适用于该光伏发电并网系统，需要更换其他类型的光伏电池；

所述的逆变器检测方法包括以下步骤：

步骤1：初始时，负载选择器连接逆变器检测静态负载电路，光伏电池接入电路连接标准光伏电池，将标准光伏电池的输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定值；微调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率，缓慢调整标准光伏电池的输出，使其电压值在额定值的85％～120％内变化，并测量输出不同时刻的电压和频率；

步骤2：将直流电源输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定电压值；调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率；待测逆变器输出分为正弦波和方波，观测其波形，并计算畸变率，公式如下：

$J=\frac{a-b}{b}$

式中，J为输出波形的畸变率；a为输出波形的最大值；b为输出波形的一般值；

步骤3：测量待测逆变器输入线电流、输入线电压、输出线电流、输出线电压，并计算待测逆变器转换效率，公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{U_{\mathrm{AC}}\×I_{\mathrm{AC}}}{U_{\mathrm{DC}}\×I_{\mathrm{DC}}}$

式中，U_AC表示输出线电压，I_AC表示输出的线电流，U_DC表示输入线电压，I_DC表示输入线电流；

步骤4：待测逆变器输出端不接负载，将待测逆变器输入电压调为额定值测待测逆变器输入端的电压、电流，确定待测逆变器损耗值，公式如下：

P_O＝U_AC×I_AC

步骤5：将待测逆变器输入调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；确定三种情况下逆变器工作是否正常工作：第一种情况：调节输出电流为125％额定值；第二种情况：连续可靠工作不少于1min；第三种情况：连续可靠工作不少于10s；如果三种情况下均能正常工作，则带载指标D_L1＝3；两种情况下能正常工作带载指标D_L1＝1.5；如果三种情况下均不能正常工作带载指标D_L1＝0；

步骤6：利用标准逆变器输出电压的畸变率与实际测量的待测逆变器的畸变率，计算待测逆变器的畸变率的评价指标：

畸变率评价指标：

$D_{J1}=\frac{J_1-J_{B1}}{J_{B1}}$

式中，D_J1表示畸变率评价指标，J₁表示实际测量的待测逆变器的畸变率，J_B1表示标准逆变器输出电压的畸变率；

输出效率评价指标：

$D_{\mathrm{\η}1}=\frac{{\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_{B1}}{{\mathrm{\η}}_{B1}}$

式中，D_η1表示输出效率评价指标，η₁表示实际测量的待测逆变器的输出效率，η_B1表示标准逆变器输出电压的输出效率；

空载损耗评价指标：

$D_{\mathrm{PO}1}=\frac{{\mathrm{PO}}_1-{\mathrm{PO}}_{B1}}{{\mathrm{PO}}_{B1}}$

式中，D_PO1表示，PO1表示实际测量的待测逆变器的空载损耗，PO_B1表示标准逆变器输出电压的空载损耗；

第7步：负载选择器连接逆变器检测动态负载电路，重复步骤1～步骤6得出相应的动态负载电路的畸变率评价指标D_J2，输出效率评价指标D_η2，空载损耗评价指标D_PO2，带载指标D_L2；

步骤8：计算静态负载检测电路和动态负载检测电路的总体评价指标D₁和D₂，公式如下：

D₁＝D_η1×0.3+D_J1×0.2+D_L1×0.3+D_PO1×0.2

D₂＝D_η2×0.3+D_J2×0.2+D_L2×0.3+D_PO2×0.2

步骤9：确定待测逆变器的总体评价指标，公式如下：

$D=\frac{D_1+D_2}{2}$

步骤10：判断，如果D≤0.5说明待测逆变器适合此功率下工作；反之待测逆变器不适合，不能直接连逆变单元中。

本发明优点：本发明一种即插即用光伏发电并网系统检测装置，包括如下优点：

(1)现有装置在进行光伏电池发电系统检测时，一旦系统发生故障，无法判断是光伏电池故障还是逆变器故障，本发明采用分开进行的方式，首先通过光伏电池接入电路将待测光伏电池接入发电系统，并且通过逆变器接入电路将标准逆变器接入发电系统，通过采集的数据判断待测光伏电池的运行情况；然后，通过逆变器接入电路将待测逆变器接入发电系统，光伏电池接入电路将标准光伏电池接入发电系统，通过采集的数据判断待测逆变器的运行情况，通过分别判断可得出发电系统的故障的具体原因；

(2)实现光伏电池板在多样负载工作条件下的检测，并且检测的同时可以满足多个待测光伏电池间的切换，实现多个光伏电池发电状态的比较和检测；极大的提高了光伏电池检测的效率和准确性；

(3)实现逆变器在多样负载工作条件下的检测，检测的同时可以满足多个待测逆变器间的切换，实现多个逆变器逆变工作状态的比较和检测，极大的提高了逆变器检测的效率和准确性；

(4)脉冲发生装置和延时装置可以根据不同发电装置所对应的实际负载状况进行设定，使模拟的负载与真实情况更为接近，增加了检测的准确性。

附图说明

图1为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置整体结构框图；

图2为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置电源电路原理图；

图3为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置光伏电池接入电路原理图；

图4为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置光伏电池接入电路与蓄电池接入电路的电路原理图；

图5为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置逆变接入电路原理图；

图6为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置负载选择器电路原理图；

图7为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置光伏电池检测负载电路原理图；

图8为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置逆变器检测静态负载电路原理图；

图9为一种即插即用光伏发电并网系统检测装置逆变器检测动态负载电路原理图

图10为一种即插即用光伏发电并网系统光伏电池检测方法流程图；

图11为一种即插即用光伏发电并网系统光伏电池检测方法标准伏安特曲线图；

图12为一种即插即用光伏发电并网系统光伏电池检测方法实际测得的伏安特曲线图；

图13为一种即插即用光伏发电并网系统光伏电池检测方法转换效率曲线图；

图14为一种即插即用光伏发电并网系统逆变器检测方法流程图；

图15为一种即插即用光伏发电并网系统逆变器检测方法转换效率曲线图；

图16为一种即插即用光伏发电并网系统逆变器检测方法输出功率曲线图；

图中，1、电源电路；2、标准光伏电池；3、待测光伏电池；4、光伏电池接入电路；5、蓄电池接入电路；6、蓄电池；7、逆变器接入电路；8、标准逆变器；9、待测逆变器；10、负载选择器；11、光伏电池检测负载电路；12、逆变器检测静态负载电路；13、逆变器动态负载电路；14、DSP处理器；1-1、第一聚光镜；1-2、第二聚光镜；1-3、第一反光镜；1-4、第一折光三棱镜；1-5、第二反光镜；1-6、第二折光三棱镜；1-7、第三折光三棱镜；1-8、第三反光镜；1-9、第四反光镜；1-10、第三聚光镜；1-11、温度控制器；1-12、温度传感器；1-13、压力控制器；1-14、压力传感器；1-15、旋转支架；1-16、测试装置；1-18、光路元件装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本实施例中，数据处理器DSP的型号为TMS320F2407A，标准逆变器的型号为MM440单相入三相出120W的逆变器，待测逆变器型号为W-120，标准光伏电池型号为SN-S120W，待测光伏电池型号为SY-120，蓄电池控制器型号为(KCD7-11单刀单掷船形开关和DKB0保护开关)，蓄电池型号为6-GFM-200Ah、负载选择器型号为(ADG1334+12V四通道单刀双掷开关阵列)，温度控制器的型号为AI-508，温度传感器的型号为TS-400，压力控制器的型号为B2T，压力传感器的型号为Y134，光照模拟器的型号为HS-M2；

本实施例中，一种光伏发电并网系统其整体结构如图1所示；

电源电路结构如图2所示，包括光路元件装置1-18及测试装置1-16，所述的光路元件装置1-18包括聚光镜、反光镜及折光镜，所述的测试装置1-16包括温度控制器1-11、温度传感器1-12、压力控制器1-13、压力传感器1-14、光照模拟器1-17和旋转支架1-15，其连接关系如下：光源发出的光进入第一聚光镜1-1的输入端，经第一聚光镜1-1折射，输出的光进入第二聚光镜1-2的输入端，经第二聚光镜1-2滤光后，输出的光进入第一反光镜1-3的输入端，经第一反光镜1-3反射后进入第一折光三棱镜1-4的输入端，经第一折光三棱镜1-4的输出端进入第二反光镜1-5的输入端，经第二反光镜1-5的输出端进入第二反光镜1-5的输入端，经第二反光镜1-5的输出端进入第二折光三棱镜1-6的输入端，经第二折光三棱镜1-6的输出端进入第三折光三棱镜1-7的输入端，经第三折光三棱镜1-7的输出端进入第三反光镜1-8的输入端，经第三反光镜1-8的输出端进入第四反光镜1-9的输入端，经第四反光镜1-9的输出端进入第三聚光镜1-10的输入端，经第三聚光镜1-10的输出端打在旋转支架1-15上，旋转支架1-15上存放标准光伏电池及待测光伏电池，所述的光照模拟器1-17的输出光照射在标准光伏电池及待测光伏电池上；DSP控制器的HD1端、HD2端依次连接温度传感器1-12的第一输入端和第二输入端，DSP控制器的HD3端、HD4端依次连接温度控制器1-11的第一输入端和第二输入端，DSP控制器的HD6端、HD7端依次连接压力控制器1-13的第一输入端和第二输入端，DSP控制器的HD4端、HD5端依次连接压力传感器1-14的第一输入端和第二输入端；

光伏电池接入电路如图3和图4所示，包括4个三极管，其中，第一三级管的基极连接标准光伏电池的输出端，第一三极管的集电极连接DSP的A3脚，第二三极管的基极连接2号光伏电池的输出端，第二三极管的集电极连接DSP的A2脚，第三三极管的基极连接3号待测光伏电池的输出端，第三三极管的集电极连接DSP的A1脚，第四三极管的基极连接4号光伏电池的输出端，第四三极管的集电极连接DSP的A0脚，第一三极管的发射极、第二三极管的发射极、第三三极管的发射极及第四三极管的发射极相连，再连接双刀双掷开关K1和K2的一端，双刀双掷开关K1和K2的另一端连接蓄电池接入电路的输入端；

图5为逆变器接入电路，其结构与光伏电池输入电路的结构相同，在此不再赘述；

负载选择器的A0脚、A1脚、B0脚、b1脚连接DSP的ADCIN06脚、ADCIN07脚、ADCIN08脚和ADCIN09脚，负载选择器的OUT₁端连接DSP的K_M端，负载选择器的OUT₂连接DSP的K_m端，其中，当所述的K_M取0时表示选择光伏电池检测电路，当所述K_M取1时表示选择逆变器检测电路，当所述的K_m取0时表示选择逆变器静态检测电路，当所述的K_m取1时表示选择逆变器动态检测电路，如图6所示；

所述的光伏电池检测负载电路结构图7所示，C相电压连接开关K1的一端、开关K23的一端、第一负载的一端和第三负载的一端，开关K1的另一端连接开关K2的一端和开关K3的一端，开关K2的另一端与所述第一负载的另一端、所述第二负载的一端、开关K23的另一端和开关K22的一端相连，并连接B相电压，开关K3的另一端与第二负载的另一端、第三负载的另一端和开关K22的另一端相连，并连接A相电压；

所述的第一负载、第二负载及第三负载结构如下：以第一负载为例，滑动变阻器R1的一端作为第一负载的一端，滑动变阻器R1的另一端连接电感L1的一端、电感L2的一端和电感L3的一端，电感L1的另一端连接开关K4的一端，电感L2的另一端连接开关K5的一端，电感L3的另一端连接开关K8的一端，开关K4的另一端与开关K5的另一端、开关K6的另一端相连，并连接开关K7的一端、开关K8的一端及开关K9的一端，开关K7的另一端连接电容C1的一端，开关K8的另一端连接电容C2的一端，开关K9的另一端连接电容C3的一端，电容C1的另一端、电容C2的另一端及电容C3的另一端相连，并作为第一负载的另一端；

逆变器检测静态负载电路，如图8所示，电容C1的一端连接L5电感的一端、电容C2的一端、电容C3的一端和电阻R4的一端并连接B相电压，电容C1的另一端连接电阻R1的一端和电感L1的一端，电阻R1的另一端连接电容C4的一端、电阻R2的一端、电感L4的一端和电阻R3的一端并连接A相电压，电感L1的另一端连接电阻R5的一端、电感L2的一端、电阻R6的一端和电感L3的一端相连并连接C相电压，电容C4的另一端与所述的阻R2的另一端相连，再连接电感L5另一端、电容C2的另一端、电阻R5的另一端和电感L2的另一端，电感L4的另一端与电阻R3的另一端相连，再连接电阻R4的另一端、电容C3的另一端、电感L3的另一端和电阻R6的另一端；

逆变器检测动态负载电路，如图9所示，三相电压中的两项电压为例，三相电压中的A相连接反向二极管D的正极、脉冲发生器SDR的一端和电容C_r的一端，脉冲发生器SDR的另一端连接电阻R_S的一端，电阻R_S的另一端连接电阻X_S的一端，电阻X_S的另一端连接电感X_m的一端和电感X_r的一端，电感X_m的另一端连接电阻R_m的一端，电感X_r的另一端连接电阻

的一端，电阻R_m的另一端与电阻

的另一端连接，再连接保险丝F的一端，保险丝F的另一端连接延时装置KT的一端，延时装置KT的另一端连接电容C_r的另一端、反向二极管的负极，再连接三相电压中的B项；C相与A相、C相与B相连接方式与此相同，其中脉冲发生装置和延时装置可以根据不同发电装置所对应的负载状况进行设定；

本实施例中，所述的光伏发电并网系统光伏电池检测方法，其流程如图10所示，包括以下步骤：

步骤1：将待测光伏电池置于1000w/cm²光照，环境温度25℃的环境下，此时，逆变器接入电路选择标准逆变器，断开光伏电池检测负载电路中的开关K1～K3，在待测光伏电池两端开路的情况下，测量待测光伏电池的输出电压U_oc＝19.6V；

步骤2：待测光伏电池置于1000W/cm2光照，环境温度25℃不变，闭合直流侧短接开关K₂₂、K₂₃在输出端短路时，测量短路电流I_sc＝6.05A，

步骤3：绘制待测光伏电池伏安特性曲线，方法为：通过改变输出光的光照强度，测量待测光伏电池的输出电流和输出电压，以横坐标为电压、纵坐标为电流绘制在制定负载下的待测光伏电池伏安特性曲线，如图12所示；

步骤4：计算待测光伏电池的最大输出功率，并确定其转换效率，方法为：首先利用伏安特性曲线确定输出功率P_m＝85.527W；

步骤5：控制负载开关的关断，改变接入的直流负载，重复执行步骤3和步骤4，确定不同直流负载的转换效率值，绘制不同直流负载情况下的转换效率曲线，如图13所示；

步骤6：利用光伏电池在直流负载条件下的伏安特性曲线和标准伏安特曲线，确定伏安特曲线相似度S_s≈5.24；所述的标准伏安特曲线的绘制方法为：将标准光伏电池置于1000w/cm²光照，环境温度25℃的环境下，此时，逆变器接入器选择标准逆变器，断开光伏电池检测负载电路中的开关K1～K3，在标准光伏电池两端开路的情况下，测量标准光伏电池的输出电压U_oc＝21.6V；标准光伏电池置于1000W/cm2光照，环境温度25℃不变，闭合直流侧短接开关K₂₂、K₂₃，在输出端短路时，测量短路电流I_sc＝7.93A，通过改变输出光的光照强度，测量标准光伏电池的输出电流和输出电压，以横坐标为电压、纵坐标为电流绘制在制定负载下的标准光伏电池伏安特性曲线；

步骤7：利用光伏电流在直流负载条件下的转换效率曲线和标准伏安特曲线，确定转换效率曲线相似度S_t≈5.78；

步骤8：利用步骤6的伏安特曲线相似度S_s和步骤7的转换效率曲线相似度S_t，确定标准相似度S_p≈5.51；

第9步：如果S_p＞5％，说明该光伏电池不适用于该光伏发电并网系统，需要更换其他类型的光伏电池；

本实施例中，所述的逆变器检测方法包括以下步骤：

步骤1：初始时，负载选择器连接逆变器检测静态负载电路，光伏电池接入电路连接标准光伏电池，将标准光伏电池的输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定值；微调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率，缓慢调整标准光伏电池的输出，使其电压值在额定值的85％～120％内变化，并测量输出不同时刻的电压和频率；

步骤2：将直流电源输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定电压值；调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率；待测逆变器输出分为正弦波和方波，观测其波形，并计算畸变率J＝0.3；

步骤3：测量待测逆变器入线电流、输入线电压、输出线电流、输出线电压，并计算逆变器转换效率，本实施例以时间为横坐标、转换效率为纵坐标绘制转换效率曲线，如图15所示；

步骤4：待测逆变器输出端不接负载，将待测逆变器输入电压调为额定值测待测逆变器输入端的电压、电流，确定待测逆变器损耗值，公式如下：

P_O＝U_AC×I_AC

步骤5：将待测逆变器输入调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；本实施例中，调节输出电流为125％额定值、连续可靠工作不少于1min、连续可靠工作不少于10s三种情况均满足，故带载指标D＝3；

步骤6：确定畸变率评价指标D_J1＝0.4725，输出效率评价指标D_η1＝0.3613，空载损耗评价指标D_PO1＝0.4521，D_L1＝0.2983；

第7步：负载选择器连接逆变器检测动态负载电路，重复步骤1～步骤6得出相应的D_J2＝0.4312，D_η2＝0.4001，D_PO2＝0.3894，D_L2＝0.3413；

步骤8：计算逆变器检测静态负载电路和逆变器检测动态负载检测电路的总体评价指标D₁和D₂，公式如下：

D₁＝D_η1×0.3+D_J1×0.2+D_L1×0.3+D_PO1×0.2＝0.4093

D₂＝D_η2×0.3+D_J2×0.2+D_L2×0.3+D_PO2×0.2＝0.3945

步骤9：确定待测逆变器的总体评价指标D，公式如下：

$D=\frac{D_1+D_2}{2}=0.4019$

步骤10：如果D＝0.4019≤0.5说明逆变器适合此功率下工作。

Claims (8)

1.一种即插即用光伏发电并网系统检测装置，包括标准光伏电池、待测光伏电池、蓄电池、标准逆变器、待测逆变器及DSP处理器，其特征在于：还包括电源电路、光伏电池接入电路、蓄电池接入电路、逆变器接入电路、负载选择器、光伏电池检测负载电路、逆变器检测静态负载电路、逆变器动态负载电路，其连接关系如下：电源电路的第一输出端连接标准光伏电池的输入端，电源电路的第二输出端连接待测光伏电池的输入端，电源电路的输入输出端连接DSP处理器的第一输入输出端，标准光伏电池的输出端连接光伏电池接入电路的第一输入端，所述的待测光伏电池的输出端连接光伏电池接入电路的第二输入端，所述的光伏电池接入电路的输入输出端连接DSP处理器的第二输入输出端，所述的光伏电池接入电路的输出端连接蓄电池接入电路的输入端，所述的蓄电池接入电路的第一输入输出端连接DSP处理器的第三输入输出端，所述的蓄电池接入电路的第二输入输出端连接蓄电池的输入输出端，所述蓄电池接入电路的输出端连接逆变器接入电路的输入端，所述的逆变器接入电路的输入输出端连接DSP处理器的第四输入输出端，所述的逆变器接入电路的第一输出端连接标准逆变器的输入端，所述的逆变器接入电路的第二输出端连接待测逆变器的输入端，所述的标准逆变器的输出端连接负载选择器的第一输入端，所述的待测逆变器的输出端连接负载选择器的第二输入端，负载选择器的输入输出端连接DSP处理器的第五输入输出端，负载选择器的第一输出端连接光伏电池检测负载电路的输入端，所述负载选择器的第二输出端连接逆变器检测静态负载电路的输入端，所述负载选择器的第三输出端连接逆变器检测动态负载电路的输入端，DSP处理器的第六输入输出端连接显示模块。

2.根据权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的电源电路结构如下：包括光路元件装置及测试装置，所述的光路元件装置包括聚光镜、反光镜及折光镜，所述的测试装置包括聚光镜、温度控制器、温度传感器、压力控制器、压力传感器、光照模拟器和旋转支架，光源发出的光进入第一聚光镜的输入端，经第一聚光镜后，输出的光进入第二聚光镜的输入端，经第二聚光镜滤光后，输出的光进入第一反光镜的输入端，经第一反光镜反射后进入第一折光三棱镜的输入端，经第一折光三棱镜的输出端进入第二反光镜1-5的输入端，经第二反光镜的输出端进入第二折光三棱镜的输入端，经第二折光三棱镜的输出端进入第三折光三棱镜的输入端，经第三折光三棱镜的输出端进入第三反光镜的输入端，经第三反光镜的输出端进入第四反光镜的输入端，经第四反光镜的输出端进入第三聚光镜的输入端，经第三聚光镜的输出端的光照射在旋转支架上，所述的旋转支架上存放标准光伏电池及待测光伏电池。

3.根据权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的光伏电池检测电路，结构如下：C相电压连接第一开关的一端、第四开关的一端、第一负载的一端和第三负载的一端，所述第一开关的另一端连接第二开关的一端和第三开关的一端，所述第二开关的另一端与第一负载的另一端、第二负载的一端、第四开关的另一端和第五开关的一端相连，并连接B相电压，所述第三开关的另一端与第二负载的另一端、第三负载的另一端和第五开关的另一端相连，并连接A相电压；

所述的第一负载、第二负载及第三负载结构相同，其结构如下：第一滑动变阻器的一端作为第一负载的一端，第一滑动变阻器的另一端连接第一电感的一端、第二电感的一端和第三电感的一端，所述第一电感的另一端连接第六开关的一端，所述第二电感的另一端连接第七开关的一端，所述第三电感的另一端连接第八开关的一端，所述第六开关的另一端与第七开关的另一端、第八开关的另一端相连，并连接第九开关的一端、第十开关的一端及第十一开关的一端，所述第九开关的另一端连接第一电容的一端，所述第十开关的另一端连接第二电容的一端，所述第十一开关的另一端连接第三电容的一端，所述第一电容的另一端、第二电容的另一端及第三电容的另一端相连，并作为第一负载的另一端。

4.根据权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的逆变器静态检测电路，结构如下：第一电容的一端连接第五电感的一端、第二电容的一端、第三电容的一端和第四电阻的一端并连接B相电压，所述第一电容的另一端连接第一电阻的一端和第一电感的一端，所述第一电阻的另一端连接第四电容的一端、第二电阻的一端、第四电感的一端和第三电阻的一端并连接A相电压，所述第一电感的另一端连接第五电阻的一端、第二电感的一端、第六电阻的一端和第三电感的一端相连并连接C相电压，所述的第四电容的另一端与所述的第二电阻的另一端相连，再连接所述的第五电感另一端、所述的第二电容的另一端、所述的第五电阻的另一端和所述的第二电感的另一端，所述的第四电感的另一端与所述的第三电阻的另一端相连，再连接所述的第四电阻的另一端、所述的第三电容的另一端、所述的第三电感的另一端和所述的第六电阻的另一端。

5.根据权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的逆变器检测动态负载电路结构如下：三相电压中的两项电压为例，其连接方式为：三相电压中的A相连接反向二极管的正极、脉冲发生器的一端和第一电容的一端，脉冲发生器的另一端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接第一电感的一端和第二电感的一端，第一电感的另一端连接第三电阻的一端，第二电感的另一端连接第四电阻的一端，第三电阻的另一端与第四电阻的另一端连接，再连接保险丝的一端，保险丝的另一端连接延时装置的一端，延时装置的另一端连接第一电容的另一端、反向二极管的负极，再连接三相电压中的B项；C相与A相、C相与B相连接方式与此相同。

6.根据权利要求1所述的光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的待测光伏电池至少为1个。

7.根据权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置，其特征在于：所述的待测逆变器至少为1个。

8.采用权利要求1所述的即插即用光伏发电并网系统检测装置的检测方法，其特征在于：包括光伏电池检测和逆变器检测，其中，所述的光伏电池检测包括以下步骤：

步骤1：将待测光伏电池置于1000w/cm²光照，环境温度25℃的环境下，逆变器接入电路连接标准逆变器，断开光伏电池检测负载电路中的开关K1～K3，在电池两端开路的情况下，测量待测光伏电池的输出电压U_oc；

步骤2：待测光伏电池置于1000W/cm2光照，环境温度25℃不变，闭合直流侧短接开关，在输出端短路时，测量短路电流I_sc；

步骤3：绘制待测光伏电池伏安特性曲线，方法为：通过改变输出光的光照强度，测量待测光伏电池的输出电流和输出电压，以横坐标为电压、纵坐标为电流绘制在制定负载下的待测光伏电池的实测伏安特性曲线；

步骤4：计算待测光伏电池的最大输出功率，并确定其转换效率，方法为：首先利用伏安特性曲线确定输出功率P_m，公式如下：

P_m＝U_mI_m

式中，U_m表示待测光伏电池的输出电压，I_m表示待测光伏电池的输出电流；

确定转换效率η，公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{P_m}{P_{\mathrm{im}}}=\frac{\mathrm{FF}*U_{\mathrm{oc}}*I_{\mathrm{oc}}}{P_{\mathrm{im}}}$

式中，P_im表示发电系统吸收的能量；FF表示固定焦距；

步骤5：控制负载开关的关断，改变接入的直流负载，重复执行步骤3和步骤4，确定不同直流负载的最大转换效率值，并绘制不同直流负载情况下的转换效率曲线；

所述的转换效率曲线是以时间为横坐标、以转换效率为纵坐标的曲线；

步骤6：利用待测光伏电池在直流负载条件下的伏安特性曲线和标准伏安特曲线，确定伏安特曲线相似度S_s，公式如下：

$S=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(A_i-B_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{A}_i\×B_i+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{A_i\×B_i}}$

式中：n表示随机采样的点数；A表示实测的伏安特性曲线；B表示标准伏安特曲线；A_i表示所测量的伏安特性曲线在第i时刻到坐标原点之间的距离；B_i表示标准伏安特曲线在第i时刻所对应的点到原点间的距离；

步骤7：利用待测光伏电流在直流负载条件下的转换效率曲线和标准伏安特曲线，确定转换效率曲线相似度S_t，公式如下：

$S_t=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(C_i-D_i)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(C_i\×D_i)+\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{C_i\×D_i}}$

式中，C表示转换效率曲线；D表示标准转换效率曲线；C_i表示所测量的转换效率曲线到原点之间的距离；D_i表示标准转换效率曲线第i时刻所对应的点到原点间的距离；

步骤8：利用步骤6的伏安特曲线相似度S_s和步骤7的转换效率曲线相似度S_t，确定标准相似度S_p，公式如下：

$S_p=\frac{S_s+S_t}{2}$

步骤9：判断，如果S_p≤5％，说明该待测光伏电池能够在该系统环境下高效率工作；否则，说明该待测光伏电池不适用于该光伏发电并网系统，需要更换其他类型的光伏电池；

所述的逆变器检测方法包括以下步骤：

步骤1：初始时，负载选择器连接逆变器检测静态负载电路，光伏电池接入电路连接标准光伏电池，将标准光伏电池的输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定值；微调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率，缓慢调整标准光伏电池的输出，使其电压值在额定值的85％～120％内变化，并测量输出不同时刻的电压和频率；

步骤2：将直流电源输出电压调整至待测逆变器输入电压的额定电压值；调整负载电阻使待测逆变器的输出功率为额定功率；待测逆变器输出分为正弦波和方波，观测其波形，并计算畸变率，公式如下：

$J=\frac{a-b}{b}$

式中，J为输出波形的畸变率；a为输出波形的最大值；b为输出波形的一般值；

步骤3：测量待测逆变器输入线电流、输入线电压、输出线电流、输出线电压，并计算待测逆变器转换效率，公式如下：

$\mathrm{\η}=\frac{U_{\mathrm{AC}}\×I_{\mathrm{AC}}}{U_{\mathrm{DC}}\×I_{\mathrm{DC}}}$

式中，U_AC表示输出线电压，I_AC表示输出的线电流，U_DC表示输入线电压，I_DC表示输入线电流；

步骤4：待测逆变器输出端不接负载，将待测逆变器输入电压调为额定值测待测逆变器输入端的电压、电流，确定待测逆变器损耗值，公式如下：

P_O＝U_AC×I_AC

步骤5：将待测逆变器输入调到额定电压值，调节输出电流为额定值，连续可靠工作不少于8h；确定三种情况下逆变器工作是否正常工作：第一种情况：调节输出电流为125％额定值；第二种情况：连续可靠工作不少于1min；第三种情况：连续可靠工作不少于10s；如果三种情况下均能正常工作，则带载指标D_L1＝3；两种情况下能正常工作带载指标D_L1＝1.5；如果三种情况下均不能正常工作带载指标D_L1＝0；

步骤6：利用标准逆变器输出电压的畸变率与实际测量的待测逆变器的畸变率，计算待测逆变器的畸变率的评价指标：

畸变率评价指标：

$D_{J1}=\frac{J_1-J_{B1}}{J_{B1}}$

式中，D_J1表示畸变率评价指标，J₁表示实际测量的待测逆变器的畸变率，J_B1表示标准逆变器输出电压的畸变率；

输出效率评价指标：

$D_{\mathrm{\η}1}=\frac{{\mathrm{\η}}_1-{\mathrm{\η}}_{B1}}{{\mathrm{\η}}_{B1}}$

式中，D_η1表示输出效率评价指标，η₁表示实际测量的待测逆变器的输出效率，η_B1表示标准逆变器输出电压的输出效率；

空载损耗评价指标：

$D_{\mathrm{PO}1}=\frac{{\mathrm{PO}}_1-{\mathrm{PO}}_{B1}}{{\mathrm{PO}}_{B1}}$

式中，D_PO1表示，PO1表示实际测量的待测逆变器的空载损耗，PO_B1表示标准逆变器输出电压的空载损耗；

第7步：负载选择器连接逆变器检测动态负载电路，重复步骤1～步骤6得出相应的动态负载电路的畸变率评价指标D_J2，输出效率评价指标D_η2，空载损耗评价指标D_PO2，带载指标D_L2；

步骤8：计算静态负载检测电路和动态负载检测电路的总体评价指标D₁和D₂，公式如下：

D₁＝D_η1×0.3+D_J1×0.2+D_L1×0.3+D_PO1×0.2

D₂＝D_η2×0.3+D_J2×0.2+D_L2×0.3+D_PO2×0.2

步骤9：确定待测逆变器的总体评价指标，公式如下：

$D=\frac{D_1+D_2}{2}$

步骤10：判断，如果D≤0.5说明待测逆变器适合此功率下工作；反之待测逆变器不适合，不能直接连逆变单元中。

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