CN103983880B - 一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置，包括可编程直流电源、可编程交流电源、发电机拖动平台、整流模块、RLC可调负载、电网模拟器、防孤岛效应测控平台，其特征在于：可编程直流电源连接到被测光伏并网逆变器，可编程交流电源或经发电机拖动平台或直接连接到被测风电并网变流器。被测光伏并网逆变器和被测风电并网变流器连接到RLC可调负载，同时经交流接触器连接到电网模拟器或者直接连接到电网。断网测试时，由防孤岛效应测控平台向交流接触器施加触发信号，由示波器采集交流接触器辅助触点两端电压信号作为断网触发信号源。本发明还提供了防孤岛能力检测方法。本发明具有如下优点：测试效率高，操作简单；测量精度高；检测能力范围扩大。

Description

一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种复合光伏并网逆变器与风电并网变流器的防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，属于新能源利用领域。

背景技术

随着新能源发展，光伏与风电等分布式发电系统得到了广泛应用，而孤岛效应检测是分布式发电并网时的一个重要问题。对于以光伏发电和风力发电等为基础的分布式并网发电系统而言，当电网断电或分布式电源从电网断开时，若并网发电系统未能检测出停电状态而脱离电网，将会继续工作并与周围的负载形成一个独立供电的孤岛系统，即发生所谓的孤岛效应。并网发电系统处于孤岛运行状态时会产生严重的后果，如孤岛中的电压和频率无法控制而发生波动甚至崩溃，会对用电设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全；影响配电系统上的保护开关动作程序等。而并网变流器是并网发电系统的核心部分，因此，要求并网变流器必须具备孤岛检测能力及防孤岛效应保护能力。

目前，国际标准包括：IEEE std929-2000和IEC62116-2008对光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力提出了相关技术要求，也对其试验要求及方法做了规定。国内标准：GB/T19939-2005和NB/T32004-2013也参照国外标准对光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力及试验要求做了规定。现有标准给出的防孤岛检测功能的测试电路如图1所示，主要由以下几部分组成：直流电源(用于模拟光伏电池组件)，交流电源(用于模拟电网)，交流负载，波形监控设备及被测设备(通常为逆变器)，当开关S1断后，被测设备从交流电源上断开，从而实现了对被测设备在现实使用中从电网断开的情况的模拟。标准中给出了针对光伏并网逆变器的测试要求及测试步骤，但未对光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测装置的细节和实现方式做介绍和限制，例如开关S1断开的触发信号如何采集等。以至于目前市场的光伏并网逆变器防孤岛效应保护能力检测装置存在各种问题：1)操作繁琐，测试效率低；2)测量精度低，一般无断网触发信号，使得计算防孤岛效应保护时间时的断网点时刻选取不准，存在较大误差。3)功能单一，只能做光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测，不能做风电并网变流器的防孤岛效应保护能力检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题使得防孤岛效应保护能力的测试电路能够准确选取断网点时刻，测量精度高，操作简单，除可以做光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测，还可以做风电并网变流器的防孤岛效应保护能力检测，风电并网变流器包括：风电并网逆变器(DC-AC)和风电并网交流变流器(AC-AC)。

为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置，包括可编程直流电源、RLC可调负载、电网模拟器、防孤岛效应测控平台，其特征在于：可编程直流电源连接到被测光伏并网逆变器，被测光伏并网逆变器连接到RLC可调负载，同时或经第一交流接触器连接到电网模拟器或经第二交流接触器直接连接到电网；断网测试时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器或第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器断开后，由示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点两端电压信号作为实际断网触发信号源，示波器同时采集被测光伏并网逆变器的输出电压和电流；防孤岛效应测控平台与示波器和多通道功率分析仪相连，多通道功率分析仪至少采集被测光伏并网逆变器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整。

优选地，还包括可编程交流电源、发电机拖动平台、整流模块，可编程交流电源经发电机拖动平台或直接连接到被测风电并网交流变流器，或者经整流模块连接到被测风电并网逆变器，被测风电并网交流变流器或被测风电并网逆变器连接到RLC可调负载，同时或经第一交流接触器连接到电网模拟器或经第二交流接触器直接连接到电网；断网测试时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器或第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器断开后，由示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点两端电压信号作为实际断网触发信号源，示波器同时采集被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器的输出电压和电流；防孤岛效应测控平台与多通道功率分析仪相连，由多通道功率分析仪至少采集被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述的并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置的光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测方法，其特征在于，步骤为：

连接可编程直流电源和被测光伏并网逆变器，由多通道功率分析仪至少采集被测光伏并网逆变器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测光伏并网逆变器工作在谐振状态下；随后，当采用电网模拟器时，第二交流接触器保持断开，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器施加触发信号，当采用电网时，第一交流接触器保持断开，由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器接收到触发信号后断开被测光伏并网逆变器与电网模拟器或电网的连接，示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点给出的断网信号及被测光伏并网逆变器的输出电压和电流值。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述的并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置的风电并网逆变器或风电并网交流变流器的防孤岛效应保护能力检测方法，其特征在于，步骤为：

连接可编程交流电源和被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器，采用风力发电机拖动平台时，保持开关K10处于断开状态，开关K7和开关K8闭合；当不采用风力发电机拖动平台时，保持开关K7和开关K8处于断开状态，开关K10闭合，由多通道功率分析仪至少采集被测风电并网逆变器或风电并网交流变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测风电并网逆变器或风电并网交流变流器工作在谐振状态下；随后，当采用电网模拟器时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器施加触发信号，当采用电网时，由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器接收到触发信号后断开被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器与电网模拟器或电网的连接，示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器给出的断网信号及被测风电并网逆变器或风电并网交流变流器输出的电压和电流，以此来计算防孤岛效应保护时间。

本发明具有如下优点：

第一、实现防孤岛效应保护能力测试、操作一体化，测试效率高，操作简单。通过防孤岛效应测控平台可以实现防孤岛效应保护能力测试所需所有参数的监测与显示，包括：并网变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率值，RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率、负载品质因数等，网侧的基波电流，以及交流接触器断网触发信号等。通过该防孤岛效应测控平台还可以实施以下操控：对负载的阻性有功功率、感性无功功率及容性无功功率进行设置，对交流接触器施加断网触发信号等。

第二、测量精度高，误差小。由于交流接触器主触点和辅助触点是同时动作的，因此通过监测交流接触器辅助触点两端的电压突变点作为断网的触发信号，不仅解决了防孤岛效应保护能力检测时断网触发信号来源的问题，还大大提高了断网时刻点时间测量的准确性，提高了防孤岛效应保护时间的测量精度。

第三、检测能力范围扩大，并具备了新的能力。该装置既可用于光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测，也可用于风电并网变流器的防孤岛效应保护能力检测，风电并网变流器既可以是风电并网逆变器，也可以是风电并网交流变流器，给出了风电并网变流器的防孤岛效应保护能力检测装置及检测方法。另外，该平台不仅可以并模拟电网测试，也可以并实际电网进行防孤岛效应保护能力检测。在进行风电并网逆变器或风电并网交流变流器的防孤岛效应保护能力检测时，不仅可以采用风力发电机拖动平台的输出来模拟实际的风力发电特性作为风电并网交流变流器的输入源或经整流后作为风电并网逆变器的输入源，也可以采用可编程交流电源编程模拟实际的风力发电特性作为风电并网交流变流器的输入源或经整流后作为风电并网逆变器的输入源。

附图说明

图1为现有测量装置示意图；

图2为本发明提供的一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置的示意图。

附图标记含义如下：1：可编程直流电源；2：被测光伏并网逆变器；3：电网；4：电网模拟器；5：RLC可调负载；6：可编程交流电源；7：风力发电机拖动平台；7-1：拖动电动机；7-2：风力发电机；8：被测风电并网交流变流器；9：整流模块；10：被测风电并网逆变器。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明的具体实施例一，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，包括可编程直流电源1、电网模拟器4、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪。可编程直流电源1的输出连接到被测光伏并网逆变器2的直流输入端，被测光伏并网逆变器2的交流输出端经开关K4和开关K2连接到RLC可调负载5，经第一交流接触器K1连接到电网模拟器4，电网模拟器4经开关K3连接到电网3。由多通道功率分析仪采集被测光伏并网逆变器2输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载5的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数等。当被测光伏并网逆变器2输出的有功功率达到要求值时，根据被测光伏并网逆变器2输出的有功功率和无功功率值，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测光伏并网逆变器2工作在谐振状态下；然后由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器K1施加断网触发信号，使第一交流接触器K1断开被测光伏并网逆变器2与电网模拟器4的连接。由示波器采集第一交流接触器K1断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测光伏并网逆变器2的输出电压和电流，从而可以得到被测光伏并网逆变器2的防孤岛效应保护时间。多通道功率分析仪采集的数据和示波器采集的信号可输入到防孤岛效应测控平台进行分析处理。

实施例二：

本实施例二的总体结构与实施例一基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程直流电源1、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用电网模拟器4，被测光伏并网逆变器2交流输出端直接经第二交流接触器K1’连到电网3。由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器K1’施加断网触发信号，使第二交流接触器K1’断开被测光伏并网逆变器2与电网3的连接。由示波器采集第二交流接触器K1’断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测光伏并网逆变器2的输出电压和电流，从而可以得到被测光伏并网逆变器2的防孤岛效应保护时间。

实施例三：

本实施例三的总体结构与实施例一基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、发电机拖动平台7、电网模拟器4、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用可编程直流电源1，而采用可编程交流电源6、发电机拖动平台7。发电机拖动平台7经开关K7和K11连接被测风电并网交流变流器8，被测风电并网交流变流器8经开关K6和开关K2连接到RLC可调负载5，经第一交流接触器K1连接到电网模拟器4。由多通道功率分析仪采集被测风电并网交流变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载5的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数等。当被测风电并网交流变流器8输出的有功功率达到要求值时，根据被测风电并网交流变流器8输出的有功功率和无功功率值，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测风电并网交流变流器8工作在谐振状态下；然后由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器K1施加断网触发信号，使第一交流接触器K1断开被测风电并网交流变流器8与电网模拟器4的连接。由示波器采集第一交流接触器K1断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测风电并网交流变流器8的输出电压和电流，从而可以得到被测风电并网交流变流器8的防孤岛效应保护时间。多通道功率分析仪采集的数据和示波器采集的信号可输入到防孤岛效应测控平台进行分析处理。

实施例四：

本实施例四的总体结构与实施例三基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、电网模拟器4、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用发电机拖动平台7，可编程交流电源6经开关K10直接连接到被测风电并网交流变流器。

实施例五：

本实施例五的总体结构与实施例三基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、发电机拖动平台7、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用电网模拟器4，被测风电并网交流变流器8的交流输出端直接经开关K6和第二交流接触器K1’连接到电网3。由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器K1’施加断网触发信号，使第二交流接触器K1’断开被测风电并网交流变流器8与电网3的连接。由示波器采集第二交流接触器K1’断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测风电并网交流变流器8的输出电压和电流，从而可以得到被测风电并网交流变流器8的防孤岛效应保护时间。

实施例六：

本实施例六的总体结构与实施例四基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用电网模拟器4，被测风电并网交流变流器8的交流输出端直接经开关K6和第二交流接触器K1’连到电网3。由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器K1’施加断网触发信号，使第二交流接触器K1’断开被测风电并网交流变流器8与电网3的连接。由示波器采集第二交流接触器K1’断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测风电并网交流变流器8的输出电压和电流，从而可以得到被测风电并网交流变流器8的防孤岛效应保护时间。

实施例七：

本实施例七的总体结构与实施例三基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、发电机拖动平台7、整流模块9、电网模拟器4、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：发电机拖动平台7的输出经开关K7、开关K12和整流模块9连接到被测风电并网逆变器10，被测风电并网逆变器10经开关K6和K2连接到RLC可调负载，经开头K6和第一交流接触器K1连接到电网模拟器4。当被测风电并网逆变器10输出的有功功率达到要求值时，根据被测风电并网逆变器10输出的有功功率和无功功率值，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测风电并网逆变器10工作在谐振状态下；然后由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器K1施加断网触发信号，使第一交流接触器K1断开被测风电并网逆变器10与电网模拟器4的连接。由示波器采集第一交流接触器K1断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测风电并网逆变器10的输出电压和电流，从而可以得到被测风电并网逆变器10的防孤岛效应保护时间。多通道功率分析仪采集的数据和示波器采集的信号可输入到防孤岛效应测控平台进行分析处理。

实施例八：

本实施例八的总体结构与实施例七基本相同，如图2所示，一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置及测试方法，由可编程交流电源6、发电机拖动平台7、整流模块9、电网3、RLC可调负载5、防孤岛效应测控平台、示波器及多通道功率分析仪组成，不同的仅是：不采用电网模拟器4，被测风电并网逆变器10的交流输出端直接经开关K6和第二交流接触器K1’连接到电网3。由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器K1’施加断网触发信号，使第二交流接触器K1’断开被测风电并网逆变器10与电网3的连接。由示波器采集第二交流接触器K1’断开时辅助触点两端电压突变信号作为断网触发信号，以及被测风电并网逆变器10的输出电压和电流，从而可以得到被测风电并网逆变器10的防孤岛效应保护时间。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置，包括可编程直流电源、RLC可调负载、电网模拟器、防孤岛效应测控平台，其特征在于：可编程直流电源连接到被测光伏并网逆变器，被测光伏并网逆变器连接到RLC可调负载，同时或经第一交流接触器连接到电网模拟器或经第二交流接触器直接连接到电网；断网测试时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器或第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器断开后，由示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点两端电压信号作为实际断网触发信号源，示波器同时采集被测光伏并网逆变器的输出电压和电流；防孤岛效应测控平台与示波器和多通道功率分析仪相连，多通道功率分析仪至少采集被测光伏并网逆变器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整。

2.如权利要求1所述的一种并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置，其特征在于：还包括可编程交流电源、发电机拖动平台、整流模块，可编程交流电源经发电机拖动平台或直接或者连接到被测风电并网交流变流器，或者经整流模块连接到被测风电并网逆变器，被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器连接到RLC可调负载，同时或经第一交流接触器连接到电网模拟器或经第二交流接触器直接连接到电网；断网测试时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器或第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器断开后，由示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点两端电压信号作为实际断网触发信号源，示波器同时采集被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器的输出电压和电流；防孤岛效应测控平台与多通道功率分析仪相连，由多通道功率分析仪至少采集被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整。

3.一种采用如权利要求1所述的并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置的光伏并网逆变器的防孤岛效应保护能力检测方法，其特征在于，步骤为：

连接可编程直流电源和被测光伏并网逆变器，由多通道功率分析仪至少采集被测光伏并网逆变器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测光伏并网逆变器工作在谐振状态下；随后，当采用电网模拟器时，第二交流接触器保持断开，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器施加触发信号，当采用电网时，第一交流接触器保持断开，由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器接收到触发信号后断开被测光伏并网逆变器与电网模拟器或电网的连接，示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器的辅助触点给出的断网信号及被测光伏并网逆变器的输出电压和电流值，以此来计算防孤岛效应保护时间。

4.一种采用如权利要求2所述的并网变流器防孤岛效应保护能力检测装置的风电并网逆变器或风电并网交流变流器的防孤岛效应保护能力检测方法，其特征在于，步骤为：

连接可编程交流电源和被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器，采用风力发电机拖动平台时，保持开关K10处于断开状态，开关K7和开关K8闭合；当不采用风力发电机拖动平台时，保持开关K7和开关K8处于断开状态，开关K10闭合，由多通道功率分析仪至少采集被测风电并网逆变器或风电并网交流变流器输出的电压、电流、有功功率、无功功率和网侧基波电流以及RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率、容性无功功率和负载品质因数，根据采集到的参数，利用防孤岛效应测控平台对RLC可调负载的阻性有功功率、感性无功功率和容性无功功率进行设置和调整，使被测风电并网逆变器或风电并网交流变流器工作在谐振状态下；随后，当采用电网模拟器时，由防孤岛效应测控平台向第一交流接触器施加触发信号，当采用电网时，由防孤岛效应测控平台向第二交流接触器施加触发信号，第一交流接触器或第二交流接触器接收到触发信号后断开被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器与电网模拟器或电网的连接，示波器采集第一交流接触器或第二交流接触器给出的断网信号及被测风电并网逆变器或被测风电并网交流变流器输出的电压和电流值，以此来计算防孤岛效应保护时间。