CN104155616A - 一种光伏系统变流器测试平台 - Google Patents

Abstract

一种光伏系统变流器测试平台，包括集控中心、回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、供电端交流开关柜、测试端交流开关柜、直流采集柜、交流采集柜、隔离变压器以及数据采集分析仪器，平台构成装置通过通讯设备受控于集控中心，能够自动执行电网适应性、孤岛保护、充放电特性、低电压穿越等测试功能。本发明能够实现多种光伏系统变流器的性能测试，包括光伏并网逆变器、储能双向变流器、光伏充电控制器、光伏微网变流器，测试装置功率电路采用高功率等级双向能量流动设计方法，适用于大型光伏系统变流器测试。

Description

一种光伏系统变流器测试平台

技术领域

本发明涉及一种变流器测试平台，特别是涉及一种大型光伏系统变流器测试平台。

背景技术

为突破光伏规模化利用技术，“十二五”先期启动大型光伏并网、微网关键技术研究示范及装备研制的科研项目已逐步开展。随着光伏发电技术的规模化利用，并网光伏发电和光伏微型电网逐渐成为太阳能发电的主要应用形式。目前国内外商业化运行的集中型光伏并网逆变器功率等级达到1.25MW，同时我国已初步完成光伏与水电互补的微网系统结构、光伏微网逆变技术、储能系统控制、以及能量管理与运行模式等基础理论研究，并研制出了自同步电压源光伏逆变器、蓄电池充电控制器、双模式逆变器以及储能双向变流器等含储能光伏系统变流器产品，为保证光伏发电系统的安全可靠高效，在这些光伏系统变流器安装到现场之前必须对其进行全面可靠的测试，而我国在光伏系统发电设备检测方面有所滞后，特别是大功率新型光伏系统变流器的检测手段和检测平台不能满足产业发展的需求，同时应用于光伏系统的变流器种类、结构、功能多种多样，光伏与蓄电池双输入结构变流器、能量双向流动的储能双向变流器、大型光伏并网逆变器的测试以及并网变流器与组网变流器联合测试等对测试平台的结构功能提出新的要求。

专利CN201110043797.X“光伏并网逆变器测试平台”，提出了一种光伏并网逆变器的测试平台，用于进行并网逆变器的测试。该测试平台的电路结构适用于中小功率等级的光伏并网逆变器的测试；专利CN20131010503848“一种用于大型储能变流器的测试平台”提出了利用大功率电力电子装置模拟储能电池特性，开展大功率储能变流器的测试，具有较高的灵活性，适用于单输入储能变流器的测试。专利CN201120134815.0“大容量多适应性并网光伏逆变器检测平台”，专利CN201320250550.X“一种多适应性光伏逆变器检测系统”等对光伏并网逆变器测试适应性进行改进，但是无法满足储能变流器能量双向流动的测试需求。总结目前光伏系统测试平台的特点，各种测试平台存在着测试对象单一，大多针对单输入特定变流器的测试，测试平台结构不适用于大型光伏系统变流器测试，集成化程度低等问题，不能满足光伏系统变流器的大型化、多样化的测试需求。

发明内容

本发明的目的主要是克服当前相关测试平台测试功能单一、测试容量不足、自动化程度低等问题，提出一种光伏系统变流器测试平台。本发明可对当前光伏系统中不同种类、不同功能、大容量的光伏系统变流器开展测试。

本发明具备两路隔离回馈式直流测试端口、光伏以及储能电池实时模拟、高功率等级能量双向流动的电路拓扑以及自动执行测试流程等特点，很好的满足了大型光伏系统变流器的测试需求。

本发明光伏系统变流器测试平台包括集控中心、回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、供电端交流开关柜、测试端交流开关柜、直流采集柜、交流采集柜、隔离变压器以及数据采集分析仪器。

回馈式直流源的输入接到供电端交流开关柜，回馈式直流源有三路输出，一路输出接电池模拟装置，另外两路输出接直流采集柜，电池模拟装置的输出接入直流采集柜。待测光伏系统变流器的直流端根据测试需要经过直流采集柜连接回馈式直流源或电池模拟装置，待测光伏系统变流器的交流端经过交流采集柜、隔离变压器接入测试端交流开关柜。双向电网模拟装置与孤岛检测装置的输出接到测试端交流开关柜，双向电网模拟装置的输入接回供电端交流开关柜，整个测试平台构成一个回馈式回路。数据采集分析仪器分别与直流采集柜、交流采集柜的传感器输出接口连接，进行待测光伏系统变流器的交直流性能参数的采集。回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、数据采集分析仪器通过自身通讯接口接入集控中心，实现测试设备的远程控制与监测。

回馈式直流源、电池模拟装置为待测光伏系统变流器提供模拟光伏电池或者储能电池直流输入源，双向电网模拟装置模拟电网特性，测试待测光伏系统变流器的电网特性，孤岛检测装置提供待测光伏系统变流器的孤岛保护特性的测试。

所述的回馈式直流源由一个双绕组隔离变压器、整流电源和直流开关柜组成。整流电源包括四个三相IGBT整流单元，分成两组，每两个并联的三相IGBT单元为一组。每组整流电源的交流端接入双绕组隔离变压器的一个绕组，每组整流电源的直流端接至直流开关柜，通过双绕组隔离变压器的两个绕组隔离，两组整流电源特点是具备独立运行控制模式与并联运行控制模式。所述的直流开关柜有三路输出，其中两路为回馈式直流源的整流电源的独立输出端，另外一路为整流电源并联输出端。所述整流电源独立输出端的一路接电池模拟装置，整流电源独立输出端的另外一路整流电源输出端接到直流采集柜，整流电源的并联输出端也接入直流采集柜，直流开关柜用来切换两组整流电源的独立输出与并联输出。

所述的电池模拟装置能够实现不同电池特性的实时模拟，包括光伏电池、化学储能电池等。电池模拟装置主要由实时仿真控制器和双向DC/DC功率变换器构成，实时仿真控制器与双向DC/DC功率变换器通过高速以太网通讯设备连接。所述的实时仿真控制器能够实时运行搭建在其内部的电池仿真模型，得到电池实时电压电流输出特性指令，通过高速以太网通讯线路下达控制指令至双向DC/DC功率变换器进行电压电流指令的跟踪执行；双向DC/DC功率变换器为多组交错并联的拓扑，能够提高系统的输出能力，实现功率的双向流动，降低系统纹波，动态模拟电池输出特性，其输出接到直流采集柜。

所述的双向电网模拟装置由移相变压器、高压变频器、滤波器、降压变压器和控制系统组成。所述的移相变压器的原边通过断路器与母线电网相连，母线电压经移相变压器的副边绕组移相后，接到高压变频器，高压变频器的输出端经滤波器、降压变压器实现模拟电网输出。

所述的集控中心包括中心控制器及搭载的自动测试软件、PLC控制器、通讯设备，以及数据服务器。中心控制器通过以太网或者串口转以太网等通讯设备实现回馈式直流源、电池模拟装置、孤岛检测装置、双向电网模拟装置的远程控制，并实时检测各设备的状态。PLC控制器接受中心控制器通讯控制，控制供电端交流开关柜、测试端交流开关柜以及回馈式直流源的直流开关柜的开关按照自动测试软件预设的流程自动顺序操作，并实现测试流程中开关互锁保护。数据采集分析仪器通过通讯线路上传采集数据至中心控制器通过自动测试软件进行数据的处理，完成测试报告，相关数据保存至数据服务器。

本发明测试平台的自动测试流程依次为：平台自检、选择测试项目、操作流程设置、执行测试操作、数据分析处理、生成测试报告。平台自检：检查平台所连接的设备和设备的通讯情况有无异常，执行测试前的准备工作；选择测试项目：用于进行测试项目选择，包括孤岛保护测试、低电压穿越测试、过欠频、过欠压、充放电特性等项目；操作流程设置：根据被测光伏系统变流器的结构、容量、测试项目的不同，在集控中心的自动测试软件中设置哪些设备参与测试，设定所选设备及开关的执行步骤顺序；执行测试操作：中央控制器按照自动测试分析软件预设的操作流程设置依次执行开关动作与参数给定下达，收集测试数据；数据分析处理：自动测试分析软件根据数据采集装置上传的数据进行相关计算分析，通过图表等形式显示并保存原始数据到数据库；生成测试报告：根据相应的数据分析结果以及得到的图表，自动生成word文档形式报告，根据相应的评定标准，对相应测试是否合格进行判定。

本发明的优点在于：

1.一套测试平台能够实现包括光伏并网逆变器、储能双向逆变器、光伏充电控制器、光伏微网变流器等多种光伏系统变流器的性能测试；

2.本发明的回馈式直流源具备两组独立运行与单组并联运行的切换功能，能够满足被测光伏系统变流器双端输入以及单组大功率测试需求；

3.本发明的电池模拟装置采用实时仿真控制器与多组交错并联双向DC/DC功率变换器结合方式，能够根据搭建的电池模型，进行不同电池实时输出特性的模拟与反馈；

4.本发明的集控中心通过通讯设备与测试设备互联，结合自动测试软件能够按照设定的流程自动执行光伏系统变流器的测试，大大提高测试效率。

附图说明

图1为本发明光伏系统变流器测试平台结构图；

图2为回馈式直流源主电路结构简图；

图3为电池模拟装置功率变换电路拓扑图；

图4为双向电网模拟装置主电路结构简图；

图5为测试平台自动测试流程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为本发明光伏系统变流器测试平台。如图1所示，所述的测试平台包括集控中心、回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、供电端交流开关柜、测试端交流开关柜、直流采集柜、交流采集柜、隔离变压器以及数据采集分析仪器。

回馈式直流源的输入接到供电端交流开关柜，回馈式直流源有三路输出，一路输出接电池模拟装置，另外两路输出接直流采集柜，电池模拟装置的输出接入直流采集柜，待测光伏系统变流器的直流端根据测试项目、直流端接口数目不同选择接入回馈式直流源或者电池模拟装置，待测光伏系统变流器的交流端经过交流采集柜、隔离变压器接入测试端交流开关柜。双向电网模拟装置与孤岛检测装置的输出接到测试端交流开关柜，双向电网模拟装置的输入接回供电端交流开关柜，整个测试平台构成一个回馈式回路。回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置以及数据采集分析仪器等测试设备都具备远程通讯控制接口，测试设备的通讯接口首先转换成以太网接入交换机，集控中心通过通讯设备对这测试设备进行控制，并接受上传数据进行后台分析处理。测试平台从回馈式直流源到电网模拟装置的整个功率变换系统采用双向回馈式拓扑结构，实现功率流的双向流动。

图2所示为回馈式直流源主电路结构。回馈式直流源由一个双绕组隔离变压器、整流电源和直流开关柜组成。整流电源分为两组，每组整流电源的交流端接入双绕组隔离变压器的一个绕组，每组整流电源的直流端接至直流开关柜，通过双绕组隔离变压器的两个绕组隔离。回馈式直流源的直流开关柜有三路输出，其中两路为回馈式直流源的整流电源的独立输出端，另外一路为整流电源并联输出端。所述整流电源独立输出端的一路接电池模拟装置，整流电源独立输出端的另外一路整流电源输出端接到直流采集柜，整流电源的并联输出端也接入直流采集柜。如图2所示，整流电源为四组三相整流单元，两两并联形成两组电源，分别封装在两个独立电源柜中，整流电源的两组输出分别接到直流开关柜中的直流断路器K1、K2、K3、K4上，控制直流断路器的通断，从而进行电源输出控制。例如，控制直流开关柜中的直流断路器K2、K3同时闭合，同时设定两组整流电源工作模式为主从控制模式，回馈式直流源作为一组电源输出，系统总输出容量为单个电源两倍，能够针对MW级变流器开展功率测试；控制直流开关柜中的直流断路器K2、K3同时断开，直流断路器K1、K4闭合，同时设定两组电源工作模式为独立工作模式，可以获得两组独立电源，为需要双输入电源的光伏储能变流器测试创造了条件，配合电池模拟装置，能够开展光伏、蓄电池双输入光伏微网逆变器、光伏充电控制器的测试，也可以进行组网储能变流器与并网光伏逆变器组网联合测试。所述的回馈式直流源通过上述主电路结构，每组独立电源额定功率为800KVA，两组独立电源通过直流开关柜并联总输出功率可以达到1.6MVA，可以针对MW级的光伏并网逆变器、储能双向变流器开展满功率老化、温升等试验。

电池模拟装置由实时仿真控制器和双向DC/DC功率变换器构成。实时仿真控制器通过高速以太网通讯线路与双向DC/DC功率变换器连接。双向DC/DC功率变换器由多组交错并联的DC/DC构成。双向DC/DC功率变换器的功率变换部分拓扑如图3所示，采用这种交错并联结构能够扩大系统容量减小输出纹波，同时能够实现功率的双向流动。实时仿真控制器搭载有实时操作系统，实时运行由simulink、labview等仿真软件搭建编译的电池数学模型，实现不同电池特性的实时模拟，包括光伏电池、化学储能电池等，模拟电池状态执行机构为双向DC/DC功率变换器，实时控制器通过采集双向DC/DC功率变换器输出的电压电流，进行电池荷电状态SOC的计算，同时得到电池实时电压电流输出特性，通过高速以太网通讯线路下达控制指令至双向DC/DC功率变换器进行电压电流指令的跟踪执行。

双向电网模拟装置能够实现电网不同跌落深度、过欠压、过欠频等状态模拟，其主电路结构如图4所示。所述的双向电网模拟装置由移相变压器、高压变频器、滤波器、降压变压器、控制系统组成。移相变压器的原边通过断路器与母线电网相连，母线电压经移相变压器的副边绕组移相后，接到高压变频器，高压变频器的输出端经滤波器、降压变压器实现模拟电网输出。本实施例的移相变压器是一个具有18的副边绕组的移相变压器，本实施例的高压变频器由18个功率单元串联组成，18个功率单元输入端分别与移相变压器的18个副边绕组连接。18个功率单元的输出端每六个串联构成一组电源，18个功率单元输出形成三组电源，三组电源星形连接构成高压变频器的三相输出电源。当流入电网模拟装置功率一定的情况下，采用这种方式极大的降低了功率单元电流值，能够承受并网逆变器的低电压、零电压测试时对电网模拟装置的冲击。

所述的集控中心包括中心控制器及搭载的自动测试软件、PLC控制器、通讯设备，以及数据服务器。中心控制器通过以太网以及串口转以太网等通讯线路设备实现回馈式直流源、电池模拟装置、孤岛检测装置、电网模拟装置的远程控制，并实时检测各设备的状态；PLC控制器接受中心控制器远程通讯控制，控制供电端交流开关柜、测试端交流开关柜以及回馈式直流源的直流开关柜中开关的通断按照预设的流程自动顺序操作；交直流电压电流传感器固定安装在交直流采集柜内，根据测试容量不同分成大功率、中功率、小功率三个等级，根据被测设备的容量设定选用相应传感器，确保测试精度，传感器的信号经过数据采集分析仪器进行初步处理与显示，再通过通讯线路上传至中心控制器经过自动测试软件进行数据的处理，完成测试报告，并将原始数据存入数据服务器数据库中。

测试平台的自动测试流程为：平台自检、选择测试项目、操作流程设置、执行测试操作、数据分析处理、生成测试报告，下面参照如图5所示的对测试平台的测试过程进行详细描述：

平台自检阶段：系统控制电接入后，由于测试平台下连接的所有设备都具备通讯控制与参数反馈功能，平台自检建立中心控制器与所有设备建立通讯，检查平台所连接的设备通讯状态、开关反馈状态、读取设备反馈的参数查询平台有无异常，执行测试前的准备工作，检测完成后如无问题，则自动测试软件将提示“平台自检完成，未发现异常”，信号反馈提示灯正常；

选择测试项目：测试项目选择包括逆变效率试验、并网电流谐波试验、功率因数测定试验、电压不平衡度、防孤岛保护试验、过欠压、过欠频、低电压耐受力、充放电性能测试、有功无功控制功能等，根据需要对被测变流器进行哪项测试进行选择，选择过程通过自动测试软件进行，不同的测试项目对应不同的模块化操作流程与测试分析过程；

操作流程设置：根据被测光伏系统变流器的结构、容量、测试项目的不同，在集控中心的自动测试软件中设置哪些设备参与测试，设定所选设备的执行步骤顺序，每项测试项目参与测试的设备以及操作流程不尽相同，以并网光伏逆变器低电压穿越测试为例，参与测试的设备包括回馈式直流源、双向电网模拟装置，同时执行的顺序为接通电网主功率开关、启动直流源、接通双向电网模拟装置电网开关、启动运行双向电网模拟器、接通多档位隔离变压器、启动光伏并网逆变器、调节回馈式直流源输出电压至额定值、调节光伏并网逆变器功率为某测定点、执行双向电网模拟装置的跌落设定、采集测试数据等一系列执行步骤，每个步骤需要在操作流程设置阶段设定；

执行测试操作：中央控制器按照自动测试软件预设的操作流程与设置的参数依次执行开关柜以及设备内部开关动作，同时根据操作流程设置实现测试设备的控制参数给定下达，收集数据采集分析仪器上传的测试数据，所有开关的操作顺序根据设备运行需求进行了硬件上的互锁能够保证系统的安全操作；

数据分析处理：自动测试软件根据上述选择测试项目步骤中的选择的测试项目调用相关分析软件模块根据数据采集分析仪器上传的数据进行相关计算分析，通过图表等形式显示并将原始数据通过OPC通讯方式保存在数据服务器的数据库中，以便调用查看；

生成测试报告：根据相应的数据分析结果，自动生成word文档形式报告，根据相应的评定标准，对相应测试是否合格进行判定。

Claims (3)

1.一种光伏系统变流器测试平台，其特征在于，所述的测试平台包括集控中心、回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、供电端交流开关柜、测试端交流开关柜、直流采集柜、交流采集柜、隔离变压器以及数据采集分析仪器；回馈式直流源的输入接到供电端交流开关柜，回馈式直流源有三路输出，一路输出接电池模拟装置，另外两路输出接直流采集柜，电池模拟装置的输出接入直流采集柜；待测光伏系统变流器的直流端经过直流采集柜连接回馈式直流源或电池模拟装置，待测光伏系统变流器的交流端经过交流采集柜、隔离变压器接入测试端交流开关柜；双向电网模拟装置与孤岛检测装置的输出接到测试端交流开关柜，双向电网模拟装置输入连接供电端交流开关柜，整个测试平台构成回馈式电路；数据采集分析仪器分别与直流采集柜、交流采集柜的传感器输出接口连接，进行待测光伏系统变流器的交直流性能参数的采集；回馈式直流源、电池模拟装置、双向电网模拟装置、孤岛检测装置、数据采集分析仪器通过自身通讯接口接入集控中心，实现测试设备的远程监控。

2.如权利要求1所述的光伏系统变流器测试平台，其特征在于，所述的电池模拟装置包括实时仿真控制器和双向DC/DC功率变换器，实时仿真控制器与双向DC/DC功率变换器通过高速以太网通讯设备连接；实时仿真控制器实时运行其内部的电池仿真模型，得到电池实时电压电流输出特性，通过高速以太网通讯设备下传至双向DC/DC功率变换器进行跟踪执行；双向DC/DC功率变换器的输出接到直流采集柜；双向DC/DC功率变换器为多组交错并联拓扑，实现功率的双向流动，动态模拟电池输出特性。

3.如权利要求1所述的光伏系统变流器测试平台，其特征在于，所述的集控中心包括中心控制器及搭载的自动测试软件、PLC控制器、通讯设备，以及数据服务器；中心控制器通过通讯设备实现测试装置远程监控；PLC控制器接受中心控制器通讯指令，控制供电端交流开关柜、测试端交流开关柜以及回馈式直流源的直流开关柜的开关按照自动测试软件预设的流程自动顺序操作，并实现测试流程中开关互锁保护；数据采集分析仪器通过通讯线路上传采集的数据至中心控制器并通过自动测试软件进行数据的处理，完成测试报告，相关数据保存至数据服务器。