CN103323695A - 防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法 - Google Patents

防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种并网光伏电站防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法，该装置包括依次连接的数据采集单元、数据处理单元和RLC负载调节单元；所述RLC负载调节单元通过输出信号分别控制负载开关K1、网侧开关K2和RLC负载单元的组合投切开关。该装置运用对应的自动加载方法在线实时检测光伏系统输出功率，快速自动精确调节RLC负载，实现三相独立交流用电设备谐振发生，使得测试过程更便捷精确。

Description

防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种光伏发电系统领域的加载装置，具体讲涉及一种并网光伏系统防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法。
背景技术
目前，在光伏发电系统测试领域，防孤岛保护能力测试装置主要采用的方法是：将防孤岛保护能力测试装置连接在光伏电站出口处，通过功率测试仪器测量光伏电站当前输出的有功功率和无功功率，测试人员根据被测光伏电站的输出功率和相关参数计算检测装置需要投入的电阻、电容、电感容量，然后根据计算结果手动调节电阻、电容、电感负载的大小来匹配光伏发电系统当前的输出功率，再闭合检测装置的开关，将孤岛检测装置连接光伏电站模拟本地负载，手动微调节RLC负载的大小，直至输入电网电流的基波值小于被测光伏发电系统输出电流的5%，再断开并网总断路器，检测并网光伏系统在品质因数为1时的防孤岛保护能力。该检测方法主要有以下几个缺点：（1）光伏电站输出功率受辐照度影响，输出功率具有随机波动性，手动调节RLC负载和当前光伏系统输出功率之间存在一定的误差，特别是在辐照度波动较大的情况下，其误差更为明显。（2）手动投切的RLC负载具有延迟性，不能实时跟踪光伏电站的输出功率，系统测试的精确度低。（3）手动投切RLC负载，过程较为繁琐，测试周期延长。（4）调节RLC负载的时间较长，测试效率较低，给电站的发电量带来一定的瞬时。
因此，如何实现测试系统的RLC负载功率能够快速实时精确地匹配光伏电站的输出功率，同时保证测试系统的稳定可靠，是光伏电站防孤岛保护能力测试的关键。
发明内容
为满足上述需要，本发明的提供了一种并网光伏电站防孤岛保护测试系统自动加载装置，支持在线实时检测光伏系统输出功率，能够快速自动精确调节RLC负载，实现三相独立交流用电设备谐振发生，使得测试过程更便捷精确。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其改进之处在于：所述自动加载装置包括依次相连的数据采集单元、数据处理单元和RLC负载调节单元；
所述RLC负载调节单元通过输出信号分别控制负载开关K1、网侧开关K2和RLC负载单元的组合投切开关。
进一步的，光伏电站分别通过所述负载开关K1和所述网侧开关K2与所述RLC负载单元和电网相连。
进一步的，所述数据采集单元包括采集电压和电流的单元；
所述数据处理单元包括根据所述电压和电流分别算出光伏电站发出的相应的功率、站侧电流有效值I1和网侧基波电流I2的单元。
进一步的，所述电压包括并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1和网侧电压瞬时值u2，所述电流包括并网光伏电站的站侧电流瞬时值i1和网侧电流瞬时值i2；
所述功率包括光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC和三相无功功率QA、QB、QC。
进一步的，所述RLC负载调节单元包括实施下述步骤的单元：
I、根据站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC计算检测装置应投切的三相RLC负载值，满足：
PRA=PA、PRB=PB、PRC=PC，
QLA=QCA+(1-s)QA、QLB=QCB+(1-s)QB、QLC=QCC+(1-s)QC，
QCA=QfPRA、QCB=QfPRB、QCC=QfPRC；其中，
PRA、PRB、PRC为应投切的三相电阻容量；
QLA、QLB、QLC为应投切的三相电感容量；
QCA、QCB、QCC为应投切的三相电容容量；
Qf为RLC谐振电路的品质因数，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
s为被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值和RLC负载实际消耗的无功功率值之差与被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值之比，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
II、根据上述三相RLC负载值，下发负载开关投切指令，闭合负载开关K1；
III、判断网侧电流基波值大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤IV；若I2>5%I1，返回步骤I；
IV、判断站侧电流有效值I1的大小；若I1=0，计算光伏电站断网时间，测试结束，光伏电站具备防孤岛能力；若I1>0，依据标准重新依次设置s的值，返回所述步骤I。
一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其改进之处在于：所述方法包括：
步骤1、采集数据；
步骤2、处理数据；
步骤3、根据处理后的数据调节RLC负载。
进一步的，所述步骤1中的数据包括通过数据采集单元采集的电压和电流。
进一步的，所述步骤2中的数据包括通过数据处理单元根据所述电压和电流分别算出光伏电站发出的相应的功率、站侧电流有效值I1和网侧基波电流I2。
进一步的，所述电压包括并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1和网侧电压瞬时值u2，所述电流包括并网光伏电站的站侧电流瞬时值i1和网侧电流瞬时值i2；
所述功率包括光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC和三相无功功率QA、QB、QC。
进一步的，所述步骤3的调节RLC负载的实施步骤为：
I、根据站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC计算检测装置应投切的三相RLC负载值，满足：
PRA=PA、PRB=PB、PRC=PC，
QLA=QCA+(1-s)QA、QLB=QCB+(1-s)QB、QLC=QCC+(1-s)QC，
QCA=QfPRA、QCB=QfPRB、QCC=QfPRC；其中，
PRA、PRB、PRC为应投切的三相电阻容量；
QLA、QLB、QLC为应投切的三相电感容量；
QCA、QCB、QCC为应投切的三相电容容量；
Qf为RLC谐振电路的品质因数，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
s为被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值和RLC负载实际消耗的无功功率值之差与被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值之比，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
II、根据上述三相RLC负载值，下发负载开关投切指令，闭合负载开关K1；
III、判断网侧电流基波值大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤IV；若I2>5%I1，返回步骤I；
IV、判断站侧电流有效值I1的大小；若I1=0，计算光伏电站断网时间，测试结束，光伏电站具备防孤岛能力；若I1>0，依据标准重新依次设置s的值，返回所述步骤I。
利用本发明对RLC负载进行自动加载，匹配光伏电站的输出功率，更方便对光伏电站或发电单元进行防孤岛保护能力测试，与现有装置相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明能够减小负载匹配的误差：光伏电站输出功率受辐照度影响，具有随机波动性，传统手动调节RLC负载和当前光伏系统输出功率之间存在一定的误差，特别是在辐照度波动较大的情况下，其误差更为明显；本发明提供的自动加载装置能够快速自动检测光伏电站的输出功率，计算相对应的负载值，计算速度快、精度高，减小了负载匹配的误差。
（2）本发明能够减少延迟时间：传统手动投切的RLC负载具有延迟性，不能实时跟踪光伏电站的输出功率；本发明提供的自动加载装置计算速度快、采样率高，能够实时跟踪光伏电站的输出功率。
（3）本发明实现检测过程简单化：传统手动投切RLC负载，调节过程较为繁琐；本发明提供的自动加载装置能够自动加载负载、显示波形和跳闸时间，过程便捷。
（4）本发明实现调节时间短、效率高，提高经济效益：传统手动调节RLC负载的时间较长，测试效率较低，给电站的发电量带来一定的损失；本发明提供的自动加载装置能够快速的调节RLC负载，减少测试时间，提高测试效率。
附图说明
图1为自动加载装置开展并网光伏电站防孤岛保护测试的电气框图；
图2为自动加载装置实现自动加载过程的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
并网光伏电站防孤岛保护测试系统包括自动加载装置，自动加载装置开展并网光伏电站防孤岛保护测试如图1所示，图1为自动加载装置开展并网光伏电站防孤岛保护测试的电气框图；
光伏电站的一个输出端通过负载开关K1与RLC负载单元相连，所述RLC负载单元包括并联的电阻R、电容C和电感L，光伏电站的另一输出端通过网侧开关K2与电网相连；自动加载装置包括依次连接的数据采集单元、数据处理单元和RLC负载调节单元；所述自动加载装置的数据采集单元获取电网侧的网侧电压、电流和光伏电站的站侧电压、电流，数据处理单元对所采集的数据处理，分别算得光伏电站发出的三相有功功率、三相无功功率、站侧电流有效值和网侧基波电流，并将信号传给RLC负载调节单元，RLC负载调节单元输出信息，分别控制所述负载开关K1、所述网侧开关K2和RLC负载的组合投切开关。
数据采集单元用于采集并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1、电流瞬时值i1，和网侧电压瞬时值u2、电流瞬时值i2；
数据处理单元用于根据所述电压和电流分别算出光伏电站发出的相应的功率、站侧电流有效值I1和网侧基波电流I2的单元；所述功率包括光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC和三相无功功率QA、QB、QC。
RLC负载调节单元用于根据数据计算检测装置三相应投切的负载值、下发调节RLC负载的投切指令、开关闭合的指令和计算防孤岛保护时间。
如图2所示，图2为自动加载装置实现自动加载过程的流程图；
本发明还提供了并网光伏系统防孤岛检测自动加载方法，具体包括下述步骤：
I、数据采集单元采集并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1、电流瞬时值i1，网侧电压瞬时值u2、电流瞬时值i2；
II、数据处理单元对站侧电压瞬时值u1、电流瞬时值i1，网侧电压瞬时值u2、电流瞬时值i2进行处理，分别计算光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC、三相无功功率QA、QB、QC、站侧电流有效值I1以及网侧基波电流I2；
III、RLC负载调节单元调节负载，具体包括以下步骤：
1）根据站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC计算检测装置应投切的三相RLC负载值，满足：
PRA=PA、PRB=PB、PRC=PC，
QLA=QCA+(1-s)QA、QLB=QCB+(1-s)QB、QLC=QCC+(1-s)QC，
QCA=QfPRA、QCB=QfPRB、QCC=QfPRC；其中，
PRA、PRB、PRC为应投切的三相电阻容量；
QLA、QLB、QLC为应投切的三相电感容量；
QCA、QCB、QCC为应投切的三相电容容量；
Qf为RLC谐振电路的品质因数，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；例如：标准Q/GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》中规定Qf的范围为1±0.1；
s为被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值和RLC负载实际消耗的无功功率值之差与被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值之比，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；例如：标准Q/GDW618-2011《光伏电站接入电网测试规程》中规定s的范围为-5%-5%；
2）、根据计算的三相RLC负载值，下发负载开关投切指令（即调节RLC负载），而后闭合负载开关K1；
3）、判断网侧电流基波值I2大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤（4）；若I2>5%I1，进入步骤（1）；
4）、判断站侧电流有效值I1的大小；若I1=0，计算光伏电站断网时间，本次测试结束，光伏电站具备防孤岛能力；若I1>0，依据标准重新依次设置s的值，进入步骤（1）。
举例说明
本实施例的并网光伏电站防孤岛保护测试系统自动加载装置的结构图如图1虚线框内所示，包括数据采集单元、数据处理单元和RLC负载调节单元。
数据采集单元可通过PT、CT对网侧/站侧的电压电流进行采集，通过采样电路，将采集的电压电流信号传递给DSP，进行数据处理和负载调节；通过负载调节的结果对负载开关进行投切。
采用本装置及其方法对200kW光伏电站进行防孤岛保护测试，RLC负载分别为；
阻性负载：分相独立控制0.01－0.09kW,0.1-0.9kW,1-9kW（A相、B相、C相分别由KRA1-KRA27，KRB1-KRB27，KRC1-KRC27分别控制）；三相10kW、10kW、20kW、20kW、20kW、50kW、50kW（分别由KR1-KR7控制），能满足0.01kW～209.97kW范围以内任意组合功率，最小调节精度为0.01kW。
感性负载：分相独立控制0.01～0.09kVar，0.1～0.9kVar,1～9kVar（A相、B相、C相分别由KLA1-KLA27，KLB1-KLB27，KLC1-KLC27分别控制）；三相10kVar、10kVar、20kVar、20kVar、20kVar、50kVar、50kVar（分别由KL1-KL7控制），能满足0.01kVar～209.97kVar范围以内任意组合功率，最小调节精度为0.01kVar。
容性负载：分相独立控制0.01～0.09kVar,0.1～0.9kVar,1～9kVar（A相、B相、C相分别由KCA1-KCA27，KCB1-KCB27，KCC1-KCC27分别控制）；三相10kVar、10kVar、20kVar、20kVar、20kVar、50kVar、50kVar（分别由KC1-KC7控制），能满足0.01kVar～209.97kVar范围以内任意组合功率，最小调节精度为0.01kVar。
结合上述数据，运用本发明的装置及方法，具体操作如下：
（1）、数据采集单元对并网光伏电站站侧电压瞬时值u1、电流瞬时值i1，网侧电压瞬时值u2、电流瞬时值i2进行采集；
（2）、数据处理单元计算站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC的值，假设当前三相功率分别为50.15kW,50.20kW,50.80kW，2.38kVar，2.15kVar，2.24kVar；
（3）、数据处理单元计算应投切的RLC负载大小；假设初始输入品质因数Qf=1，s=0，计算结果如下：
PRA=50.15kW、PRB=50.20kW、PRC=50.80kW，
QLA=50.15+2.38=52.53kVar、QLB=50.20+2.15=52.35kVar、QLC=50.80+2.24=53.04kVar，
QCA=50.15kVar、QCB=50.20kVar、QCC=50.80kVar；因此：
阻性负载：三相50kW、50kW、20kW、20kW、10kW；
A相：0.15kW；B相：0.2kW；C相：0.8Kw；
感性负载：三相50kVA、50kVA、20kVA、20kVA、10kVA；
A相：2kVA,0.5kVA,0.03kVA；B相：2kVA,0.3kVA,0.05kVA；C相：3kVA,0.04kVA。
容性负载：三相50kVar、50kVar、20kVar、20kVar、10kVar；
A相：0.15kW；B相：0.2kW；C相：0.8kW。
（4）、根据计算的三相RLC负载值，下发负载开关投切指令（即调节RLC负载），然后闭合负载开关K1；本例应闭合的负载开关见下表：
Figure BDA00003202307900071
（5）、判断网侧电流基波值大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤（6）；若I2>5%I1，进入步骤（1）；
（6）、判断站侧电流有效值I1的大小，若I1=0，计算光伏电站断网时间，本次测试结束；若I1>0，重新设置s值，进入步骤（1）。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其特征在于：所述自动加载装置包括依次相连的数据采集单元、数据处理单元和RLC负载调节单元；
所述RLC负载调节单元通过输出信号分别控制负载开关K1、网侧开关K2和RLC负载单元的组合投切开关。
2.如权利要求1所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其特征在于：光伏电站分别通过所述负载开关K1和所述网侧开关K2与所述RLC负载单元和电网相连。
3.如权利要求1所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其特征在于：所述数据采集单元包括采集电压和电流的单元；
所述数据处理单元包括根据所述电压和电流分别算出光伏电站发出的相应的功率、站侧电流有效值I1和网侧基波电流I2的单元。
4.如权利要求3所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其特征在于：所述电压包括并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1和网侧电压瞬时值u2，所述电流包括并网光伏电站的站侧电流瞬时值i1和网侧电流瞬时值i2；
所述功率包括光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC和三相无功功率QA、QB、QC。
5.如权利要求4所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载装置，其特征在于：所述RLC负载调节单元包括实施下述步骤的单元：
I、根据站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC计算检测装置应投切的三相RLC负载值，满足：
PRA=PA、PRB=PB、PRC=PC，
QLA=QCA+(1-s)QA、QLB=QCB+(1-s)QB、QLC=QCC+(1-s)QC，
QCA=QfPRA、QCB=QfPRB、QCC=QfPRC；其中，
PRA、PRB、PRC为应投切的三相电阻容量；
QLA、QLB、QLC为应投切的三相电感容量；
QCA、QCB、QCC为应投切的三相电容容量；
Qf为RLC谐振电路的品质因数，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
s为被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值和RLC负载实际消耗的无功功率值之差与被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值之比，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
II、根据上述三相RLC负载值，下发负载开关投切指令，闭合负载开关K1；
III、判断网侧电流基波值大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤IV；若I2>5%I1，返回步骤I；
IV、判断站侧电流有效值I1的大小；若I1=0，计算光伏电站断网时间，测试结束，光伏电站具备防孤岛能力；若I1>0，依据标准重新依次设置s的值，返回所述步骤I。
6.一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其特征在于：所述方法包括：
步骤1、采集数据；
步骤2、处理数据；
步骤3、根据处理后的数据调节RLC负载。
7.如权利要求6所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其特征在于：所述步骤1中的数据包括通过数据采集单元采集的电压和电流。
8.如权利要求6所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其特征在于：所述步骤2中的数据包括通过数据处理单元根据所述电压和电流分别算出光伏电站发出的相应的功率、站侧电流有效值I1和网侧基波电流I2。
9.如权利要求8所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其特征在于：所述电压包括并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1和网侧电压瞬时值u2，所述电流包括并网光伏电站的站侧电流瞬时值i1和网侧电流瞬时值i2；
所述功率包括光伏电站发出的三相有功功率PA、PB、PC和三相无功功率QA、QB、QC。
10.如权利要求5所述的一种防孤岛保护测试系统自动加载方法，其特征在于：所述步骤3的调节RLC负载的实施步骤为：
I、根据站侧PA、PB、PC、QA、QB、QC计算检测装置应投切的三相RLC负载值，满足：
PRA=PA、PRB=PB、PRC=PC，
QLA=QCA+(1-s)QA、QLB=QCB+(1-s)QB、QLC=QCC+(1-s)QC，
QCA=QfPRA、QCB=QfPRB、QCC=QfPRC；其中，
PRA、PRB、PRC为应投切的三相电阻容量；
QLA、QLB、QLC为应投切的三相电感容量；
QCA、QCB、QCC为应投切的三相电容容量；
Qf为RLC谐振电路的品质因数，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
s为被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值和RLC负载实际消耗的无功功率值之差与被测光伏发电系统逆变器总额定无功功率值之比，根据不同的标准进行设置，由人工输入调节；
II、根据上述三相RLC负载值，下发负载开关投切指令，闭合负载开关K1；
III、判断网侧电流基波值大小，若I2<5%I1，则断开并网开关K2，进入步骤IV；若I2>5%I1，返回步骤I；
IV、判断站侧电流有效值I1的大小；若I1=0，计算光伏电站断网时间，测试结束，光伏电站具备防孤岛能力；若I1>0，依据标准重新依次设置s的值，返回所述步骤I。
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