CN103605014A - 一种用于大型储能变流器的测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于大型储能变流器的测试平台，包括与上位机监控系统相连的储能变流器，储能变流器的输入端与输出端分别通过电池模拟系统和防孤岛检测装置与电网相连；所述储能变流器的两端跨接有储能变流器检测装置；电池模拟系统包括能量管理装置。和现有技术相比，本发明提供的一种用于大型储能变流器的测试平台，应用性强、性能稳定，且能有效提高大型储能变流器电气性能、并网性能的测试准确性。

Description

一种用于大型储能变流器的测试平台

技术领域

本发明涉及一种变流器测试平台，具体涉及一种用于大型储能变流器的测试平台。

背景技术

随着分布式发电技术的发展，大容量储能系统得到越来越广泛的应用。储能变流器在储能系统中是作为连接电网和电池以及电站和电池的关键设备，因此储能变流器在分布式发电系统中的稳定运行至关重要。为保证分布式发电系统的稳定运行，对储能变流器的安全性、稳定性、电气特性和保护性能测试必不可少。目前国内专门针对储能变流器的标准只有能源行业标准NB/T31016-2011《电池储能功率控制系统技术条件》，该标准规定的测试项目大致分为以下几类：①安规类：主要包括IP等级、绝缘耐压；②通用性能测试：主要包括EMC、过载能力、效率、稳流精度、稳压精度；③保护特性：主要包括过流保护、过欠压保护、过温保护；④电网相关的特性：主要包括电压适应性、频率适应性、防孤岛功能、充放电切换时间、谐波、电压不平衡度。

目前，常规储能变流器测试平台需要配备与测试样机容量相符的电池，然而电池种类多，电池寿命及充放电特性受使用时间的影响，一致性较差；且大容量电池需投入大量资金、维护成本高。因此提供一种适应性强、性能稳定，且能大大节约成本的大型储能变流器电气性能、并网性能的测试平台显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种用于大型储能变流器的测试平台，所述测试平台包括与上位机监控系统相连的储能变流器，所述储能变流器的输入端与输出端分别通过电池模拟系统和防孤岛检测装置与电网相连；所述储能变流器的两端跨接有储能变流器检测装置；所述电池模拟系统包括能量管理装置。

优选的，所述电池模拟系统通过降压变压器与所述电网相连；所述电池模拟系统包括串联连接的前级PWM整流电路和后级两相限半桥电路；所述前级PWM整流电路将所述降压变压器输出的690V交流电压转换为1000V直流电压；所述后级两相限半桥电路包括三组隔离系统、电池特性仿真器和后级均流控制器；

所述后级两相限半桥电路将所述1000V直流电压转换为与待测储能变流器匹配的电池柜的直流电压；每组所述隔离系统包括四路双向DC/DC直流半桥电路；所述双向DC/DC直流半桥电路通过所述后级均流控制器均衡电流实现并联运行；所述隔离系统通过所述前级PWM整流电路的前级均流控制器均衡电流实现并联运行；

优选的，所述电池特性仿真器通过电力电子器件模拟不同的电池运行工况；所述电池特性仿真器包括采样电路、计时器、存储器和控制器；所述存储器存储仿真不同电池特性的SOC-U曲线；所述控制器对所述SOC-U曲线分析后输出电压指令；

优选的，所述能量管理装置实时检测所述电池模拟系统的电压值、电流值和电池特性仿真性能，并将检测结果通过以太网输入到所述上位机监控系统；所述能量管理装置包括电池模拟系统保护模块，用于所述电池模拟系统的过/欠电压保护、过/欠电流保护和过充电保护；以及用于通讯系统和冷却系统出现故障时向所述上位机监控系统发出保护指令停止测试工作；

优选的，所述防孤岛检测装置包括与所述大型储能变流器相连的可控直流电源；所述大型储能变流器通过断路器投切控制电路与所述电网和RLC负载相连；

优选的，所述储能变流器检测装置实时采集所述储能变流器的所述输入端和所述输出端的电压、电流和频率，并将所述电压、电流和频率输入到所述上位机监控系统；所述上位机监控系统对所述电压和所述电流的瞬时值进行波形显示和分析处理；

优选的，所述电网包括10kV公用电网和模拟电网；所述模拟电网通过跨接在所述10kV公用电网上的电网模拟装置实现；所述电网模拟装置包括背靠背双PWM变流器、并网接触器、EMI交流滤波器和交流断路器。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用电池特性仿真器模拟不同的电池的运行工况，电池特性仿真器由电力电子器件组成成本低、使用寿命长性能稳定；

2、本发明技术方案中，电池特性仿真器在测试时通过编程并载入不同的电池特性曲线即可模拟出不同的电池运行工况进行测试，电池功率等级灵活可控；

3、本发明技术方案中，前级PWM整流控制回路包括直流外环电路、内环电流有功电路和内环电流无功电路；前级电流内环在d/q旋转坐标系下实现控制，直流外环能够实现调节和稳定PWM整流输出电压，并可通过PI调节器实现无静差控制；采用所述前级PWM整流控制回路能够抑制交流侧电流谐波，实现交流侧电能质量控制，为检测带侧储能变流器（EUT）电网适应性创造良好条件；同时，易于测试平台数字化，电池模拟系统可获得较高的响应速度和控制精度；

4、本发明技术方案中，后级两相限半桥电路为复合型直流变换器，具有正向降压（Buck）直流变换及逆向升压（Boost）变换的能力，扩大了输出容量；

5、本发明技术方案中，将能量管理系统单独用于通讯、计算和控制，与储能变流器检测装置在功能和结构上分开，保障控制指令执行效率，减小控制逻辑出错的概率；结合PWM整流和两相限半桥电路直流变换控制，使电池模拟系统能够输出更加平滑的电压曲线，逼近真实电池的输出特性；储能变流器检测装置负责采集测试过程中的原始数据，随后利用上位机软件对数据进行离线分析与计算，无论动态还是稳态性能指标都能够进行全方位的分析；

6、本发明技术方案中，接入电网考虑了两套方案，在做电能质量测试时接入10kV公用电网能够得到更真实的结果，也符合现场应用时储能变流器的真实工况；在做电压、频率保护测试时接入模拟电网，调节模拟电网的电压、频率值以模拟实际的故障工况，使电网适应性测试可控性更强，模拟电网更可以在线修改电网参数，具有良好的实时性，比修改采样系数或保护定值的测试方法更加真实有效；

7、本发明提供的一种用于大型储能变流器的测试平台，适应性强、性能稳定，且能有效提高大型储能变流器电气性能、并网性能的测试准确性。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中提供的一种用于大型储能变流器的测试平台示意图；

图2是：本发明实施例中提供的储能变流器测试平台结构图；

图3是：本发明实施例中前级PWM整流电路控制原理图；

图4是：本发明实施例中后级两相限半桥电路控制原理图；

图5是：本发明实施例中能量管理装置的功能示意图；

图6是：本发明实施例中防孤岛检测装置结构图；

图7是：本发明实施例中储能变流器检测装置的功能示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1和图2分别示出了本实施例中的储能变流器的测试平台示意图和结构图；测试平台包括上位机监控系统、电池模拟系统、能量管理装置、防孤岛检测装置、储能变流器检测装置、电网和降压变压器；电网包括10kV公用电网和模拟电网；能量管理装置和储能变流器检测装置通过以太网或RS485接口或RS232接口或USB接口或GPIB接口与上位机监控系统进行数据传输和通信；

当测试平台接入10可kV公用电网时，对电能质量进行测试：

旁路开关闭合，电网模拟装置不接入测试平台；10kV电网进线端通过隔离变压器与10kV母线相连；电池模拟系统的输入端通过降压变压器与10kV母线相连，输出端与储能变流器的一端相连；储能变流器的另一端依次通过防孤岛检测装置、多抽头降压变压器与10kV母线相连；

当测试平台接入模拟电网时，对储能变流器的电压、频率保护测试时：

旁路开断开合，电网模拟装置与10kV母线相连接入测试平台；10kV电网进线端通过隔离变压器与10kV母线相连；电池模拟系统的输入端通过降压变压器与电网模拟装置相连，输出端与储能变流器的一端相连；储能变流器的另一端依次通过防孤岛检测装置、多抽头降压变压器与电网模拟装置相连；电网模拟装置包括背靠背双PWM变流器、并网接触器、EMI交流滤波器和交流断路器。

电池模拟系统包括串联连接的前级PWM整流电路和后级两相限半桥电路；图3示出了前级PWM整流电路控制原理图；前级PWM整流电路采用空间矢量控制的PWM整流电路；PWM整流电路将降压变压器输出的690V交流电压转换为1000V直流电压；空间矢量控制包括直流外环电路、内环电流有功电路和内环电流无功电路；图4示出了后级两相限半桥电路控制原理图；后级两相限半桥电路包括三组隔离系统、电池特性仿真器和后级均流控制器；后级两相限半桥电路将1000V直流电压转换为与待测储能变流器（EUT）匹配的电池柜的直流电压；每组隔离系统均包括四路双向DC/DC直流半桥电路；并联运行时，双向DC/DC直流半桥电路通过后级均流控制器均衡电流实现并联运行；隔离系统通过前级PWM整流电路的前级均流控制器均衡电流实现并联运行；后级两相限半桥电路变换在第一象限运行时，电池模拟系统放电，当其运行在第二象限时，电池模拟系统充电。

电池特性仿真器通过电力电子器件模拟不同的电池运行工况；电池特性仿真器包括采样电路、计时器、存储器和控制器；存储器用于存储仿真不同电池特性的SOC-U曲线；控制器对SOC-U曲线分析后输出电压指令以实现模拟不同的电池特性。

能量管理装置实时检测电池模拟系统的直流电压值、交流电压值、交流电流值、直流电流值和电池特性仿真性能，并将检测结果通过以太网或RS485接口输入到上位机监控系统；能量管理装置的电池模拟系统保护模块，用于电池模拟系统的过/欠电压保护、过/欠电流保护和过充电保护；以及用于通讯系统和冷却系统出现故障时向上位机监控系统发出保护指令停止测试工作。图5示出了本实施例中能量管理装置的功能示意图，包括电池模拟系统上电前检测。

如图6所示防孤岛检测装置包括与储能变流器相连的可控直流电源；大型储能变流器通过断路器投切控制电路与电网和RLC负载相连。

如图7所示储能变流器检测装置实时采集储能变流器的输入端和输出端的电压、电流和频率，并将电压、电流和频率输入到上位机监控系统；上位机监控系统对电压和电流的瞬时值进行波形显示和分析处理；分析处理包括：有功功率计算、无功功率计算、谐波、直流分量、电压、电流不平衡度分析，瞬态响应特性分析。

储能变流器的测试平台的具体工作过程为：

1）：对电池模拟系统进行初始化；依据待测储能变流器的容量、输入电压范围、输入电流范围等参数，设定电池特性仿真器中电力电子器件的串并联组数，通过编程载入电池特性曲线模拟电池运行工况，从而获得电池模拟系统的初始电压和初始容量；

2）：能量管理装置对电池模拟系统的电压、电流进行实时检测，并将上述信息发送到上位机监控系统，通过监控软件计算得到电池模拟系统的实际容量；并通过SOC-U曲线获取与实际容量对应的实际电压；储能变流器检测装置实时采集储能变流器的输入端和输出端的电压、电流值，并将上述电压、电流值输入到上位机监控系统；上位机监控系统对电压和电流的瞬时值进行波形显示和分析处理，根据测试内容计算并显示有功功率、无功功率，谐波、直流分量、电压、电流不平衡度，瞬态响应特性等。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种用于大型储能变流器的测试平台，所述测试平台包括与上位机监控系统相连的储能变流器，其特征在于，所述储能变流器的输入端与输出端分别通过电池模拟系统和防孤岛检测装置与电网相连；所述储能变流器的两端跨接有储能变流器检测装置；所述电池模拟系统包括能量管理装置。

2.如权利要求1所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述电池模拟系统通过降压变压器与所述电网相连；所述电池模拟系统包括串联连接的前级PWM整流电路和后级两相限半桥电路；所述前级PWM整流电路将所述降压变压器输出的690V交流电压转换为1000V直流电压；所述后级两相限半桥电路包括三组隔离系统、电池特性仿真器和后级均流控制器；

所述后级两相限半桥电路将所述1000V直流电压转换为与待测储能变流器匹配的电池柜的直流电压；每组所述隔离系统包括四路双向DC/DC直流半桥电路；所述双向DC/DC直流半桥电路通过所述后级均流控制器均衡电流实现并联运行；所述隔离系统通过所述前级PWM整流电路的前级均流控制器均衡电流实现并联运行。

3.如权利要求2所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述电池特性仿真器通过电力电子器件模拟不同的电池运行工况；所述电池特性仿真器包括采样电路、计时器、存储器和控制器；所述存储器存储仿真不同电池特性的SOC-U曲线；所述控制器对所述SOC-U曲线分析后输出电压指令。

4.如权利要求1所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述能量管理装置实时检测所述电池模拟系统的电压值、电流值和电池特性仿真性能，并将检测结果通过以太网输入到所述上位机监控系统；所述能量管理装置包括电池模拟系统保护模块，用于所述电池模拟系统的过/欠电压保护、过/欠电流保护和过充电保护；以及用于通讯系统和冷却系统出现故障时向所述上位机监控系统发出保护指令停止测试工作。

5.如权利要求1所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述防孤岛检测装置包括与所述大型储能变流器相连的可控直流电源；所述大型储能变流器通过断路器投切控制电路与所述电网和RLC负载相连。

6.如权利要求1所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述储能变流器检测装置实时采集所述储能变流器的所述输入端和所述输出端的电压、电流和频率，并将所述电压、电流和频率输入到所述上位机监控系统；所述上位机监控系统对所述电压和所述电流的瞬时值进行波形显示和分析处理。

7.如权利要求1所述的一种用于大型储能变流器的测试平台，其特征在于，所述电网包括10kV公用电网和模拟电网；所述模拟电网通过跨接在所述10kV公用电网上的电网模拟装置实现；所述电网模拟装置包括背靠背双PWM变流器、并网接触器、EMI交流滤波器和交流断路器。

Images