CN104333326B - 一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，该试验方法通过在逆变器与外部电网之间加载并联开关的电网扰动发生装置，以光伏逆变器的直流侧和交流侧为测量点，进行交流侧小扰动试验、直流侧扰动试验、有功控制试验、无功控制试验并；监测记录每一个试验中光伏逆变器两端电压、电流的值。针对当前光伏发电系统尚未对外开放控制系统的测试接口，基于所提出的外特性测试的试验方案，易于快速获得有效的光伏逆变器的外特性数据，进而利用所测数据进行参数辨识和模型验证工作，以获得光伏逆变器的准确模型。

Description

一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法

技术领域

本发明涉及一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，属于太阳能光伏技术领域。

背景技术

随着环境污染和能源短缺问题的日趋严重，寻找一种储备大、无污染的新能源已经引起研究人员的重视。太阳能作为当今理想的新型能源之一，正得到广泛的应用。近年来，我国并网太阳能发电呈现跨越式发展，截止2013年底，我国并网光伏发电装机容量已近1500万千万。然而，光伏大规模开发接入系统的区域正是电网末端、远离负荷的电网结构薄弱区域，且光伏发电本身所持有的季节、昼夜的功率输出波动性。随着接入规模的不断增加，光伏电站接入电力系统的安全稳定运行、两者间的交互影响受到广泛关注。

光伏逆变器作为光伏发电系统并网的核心元件，对于整个光伏电站接入电力系统的暂态特性具有举足轻重的作用。光伏逆变器控制器主要由有功、无功解耦控制器，MPPT控制器、并网波形控制器和并网保护控制器等组成。光伏发电系统需要拥有低电压穿越能力的要求，主要通过改进逆变器自身控制策略，协调光伏逆变器发出的有功、无功电流应对电网电压发生跌落故障。为防止逆变器继续向与大电网断开的配网供电，在一些特殊的情况下形成孤岛效应从而带来诸多不利影响，还需加装防孤岛保护装置或基于逆变器内部和外部的检测方法以减少孤岛效应的影响。

随着并网光伏发电规模的不断扩大，研究适用于接入系统安全稳定计算的光伏逆变器控制器模型得到学术界的广泛重视。其主要包括有功/直流侧控制和无功/交流侧控制，有功控制跟踪光伏方阵最大功率点电压，无功控制采用恒功率控制策略。目前的研究主要集中于这些光伏逆变器控制器的理论建模技术研究，鲜有涉及现场测试的模型参数测试技术。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，得到用于辨识光伏逆变器控制器模型的测试参数。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

1、一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，包括以下步骤：

1)在实验室或电站现场搭建光伏逆变器控制器外特性测试平台；所述测试平台包括：开关K、待测光伏逆变器和电网扰动发生装置；所述待测光伏逆变器的直流侧输入端连接可控直流电源或光伏方阵；所述待测光伏逆变器的交流侧输出端连接电网扰动发生装置的一端；所述电网扰动发生装置的另一端连接外部电网；所述开关K并联在电网扰动发生装置两端；

2)保持待测光伏逆变器正常运行，分别进行交流侧小扰动试验、直流侧扰动试验、有功控制试验、无功控制试验，监测并记录每一次试验中待测光伏逆变器直流侧和交流侧两端电压、电流值，得到所需待测光伏逆变器控制器外特性数据；

所述交流侧小扰动试验包括以下步骤：保持待测光伏逆变器正常运行，

1a)、设置输出有功功率P≥0.7P_n，容性无功功率Q_C≥0.5Q_max，其中：P_n为待测光伏逆变器额定功率，Q_max为待测光伏逆变器最大输出无功功率；

2a)、断开开关K，改变待测光伏逆变器交流侧电压，并且当待测光伏逆变器稳定运行2s后，恢复待测光伏逆变器交流侧电压为交流侧额定电压；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

3a)、设定输出有功功率P≥0.7P_n，感性无功功率Q_L≥0.5Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

4a)、设定输出有功功率P≥0.7P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

5a)、设定输出有功功率0.1P_n≤P≤0.3P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

所述直流侧扰动试验包括以下步骤：设定输出有功功率P≥0.7P_n；

1b)、闭合开关K，初始时，设定可控直流电源模拟光伏方阵I-V特性曲线，且该曲线的最大功率点电压为1p.u.，待测光伏逆变器稳定运行后；将曲线切换为最大功率点电压为0.8p.u.的光伏方阵I-V特性曲线，待测光伏逆变器稳定运行持续2s后，再将切换回初始的光伏方阵I-V特性曲线；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

2b)、设定输出有功功率为0.1P_n≤P≤0.3P_n，重复步骤1b)；

所述有功控制试验步骤为：闭合开关K，设定待测光伏逆变器输出无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，改变待测光伏逆变器有功功率参考值，记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

所述无功控制试验步骤为：闭合开关K，设定待测光伏逆变器输出有功功率P＝0.5P_n，改变待测光伏逆变器无功功率参考值，记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

3)根据步骤2)得到的待测光伏逆变器控制器外特性数据通过参数辨识法得到光伏逆变器控制器模型。

有益效果：本发明提供的一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，以交直流侧扰动试验和有功、无功控制试验为基础，通过外界因素的改变，监测光伏逆变器输入输出的电压、电流的特性数据，用以辨识光伏逆变器中的参数，根据辨识方法可以得到最终的光伏逆变器控制器模型。针对当前光伏发电系统对外控制系统测试接口缺失问题具有重要意义。本发明专利实施装置简单实用，在试验中搭建的测试平台准确可靠，可实现性高。

附图说明

图1为光伏逆变器控制器模型；

图2为光伏逆变器控制器模型参数测试示意图；

图3为有功功率控制指令曲线；

图4为无功功率控制指令曲线；

图5为光伏逆变器控制器外特性数据测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种光伏逆变器控制模型；光伏逆变器控制器实现光伏逆变器并网电流控制的各个环节。光伏逆变器接收光伏电站AGC下达的有功功率控制指令P_ord，通过与最大功率跟踪控制得到的光伏方阵P_m相比较，获取逆变器有功功率参考值P_ref，通过PI调节器得到光伏逆变器输出电流的有功分量I_pout光伏逆变器控制模型需要获取的参 数包括有功功率控制指令等效延时T_p、最大功率跟踪控制等效延时T_mpp、有功功率PI调节器的比例系数k_p和有功功率积分时间常数t_p。同样的理论可以用于逆变器无功控制过程，需要获取的参数包括无功功率控制指令等效延时T_q、无功功率PI调节器的比例系数k_q和无功功率积分时间常数t_q。

光伏逆变器控制器模型参数测试平台如图2所示，光伏逆变器直流侧输入采用光伏方阵或可控直流电源，光伏逆变器交流侧与电网扰动发生装置连接，且电网扰动装置并联有开关K，测试过程可以在实验室或电站现场完成。

具体实施例为：本发明中直流侧输入端采用可控直流电源。

光伏逆变器控制器参数测试的试验方法测试步骤为：

(1)交流侧小扰动试验

11)保持光伏逆变器正常运行，设定输出有功功率P≥0.7P_n，容性无功功率Q_C≥0.5Q_max；

12)断开开关K，光伏逆变器交流侧额定电压实际为0.98～1.02p.u.，将光伏逆变器交流侧电压调节为0.90～0.93p.u.，在光伏逆变器稳定运行后2s，将光伏逆变器交流侧电压调节回额定电压；在光伏逆变器稳定运行2s后记录试验过程中直流侧、交流侧的电压电流值；

13)重复步骤12)，其中将光伏逆变器交流侧电压分别调节为0.95～0.98p.u.，1.02～1.05p.u.，1.07～1.10p.u.，并分别记录下试验过程中直流侧、交流侧的电压电流值；

14)保持光伏逆变器正常运行，设定输出有功功率P≥0.7P_n，感性无功功率Q_L≥0.5Q_max，重复试验步骤12)和13)；

15)保持光伏逆变器正常运行，设定输出有功功率P≥0.7P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复试验步骤12)和13)；

16)保持光伏逆变器正常运行，设定输出有功功率0.1P_n≤P≤0.3P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复步骤12)和13)。

(2)直流侧扰动试验

21)保持光伏逆变器正常运行，设定输出有功功率P≥0.7P_n；

22)闭合开关K，初始时，设定可控直流电源模拟光伏方阵I-V特性曲线，且该曲线的最大功率点电压为1p.u.，选取光伏逆变器最佳MPPT工作点直流电压为基值；待测光伏逆变器稳定运行后；将曲线切换为最大功率点电压为0.8p.u.的光伏方阵I-V特性曲线，待测光伏逆变器稳定运行持续2s后，再将切换回初始的光伏方阵I-V特性曲线；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

23)重复步骤22)，分别切换可控直流电源的I-V特性曲线至最大功率点电压为0.85p.u.，0.90p.u.，0.95p.u.，1.05p.u.的I-V特性曲线；

24)保持光伏逆变器正常运行，重新设定输出有功功率0.1P_n≤P≤0.3P_n，重复步骤22)-23)。

(3)有功控制试验

闭合开关K，设定光伏逆变器输出无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，按照附图3人为设定曲线改变光伏逆变器有功功率参考值，记录整个试验过程中直流侧和交流侧的电压、电流的值。

(4)无功控制试验

闭合开关K，设定光伏逆变器输出有功功率P＝0.5P_n，按照附图4人为设定曲线改变逆变器无功功率参考值，记录试验过程中直流侧和交流侧的电压、电流的值。

结合上述光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法所测得电压、电流值数据，利用参数辨识方法对光伏逆变器控制器模型参数进行辨识。利用(1)交流侧小扰动试验数据辨识有功功率PI调节器的比例系数k_p和有功功率积分时间常数t_p、无功功率PI调节器的比例系数k_q和无功功率积分时间常数t_q；利用(2)直流侧扰动试验数据辨识光伏逆变器最大功率跟踪控制等效延时T_mpp；利用(3)有功控制试验数据辨识有功功率控制指令等效延时T_p；利用(4)无功试验数据辨识无功功率控制指令等效延时T_q。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种光伏逆变器控制器外特性测试的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在实验室或电站现场搭建光伏逆变器控制器外特性测试平台；所述测试平台包括：开关K、待测光伏逆变器和电网扰动发生装置；所述待测光伏逆变器的直流侧输入端连接可控直流电源或光伏方阵；所述待测光伏逆变器的交流侧输出端连接电网扰动发生装置的一端；所述电网扰动发生装置的另一端连接外部电网；所述开关K并联在电网扰动发生装置两端；

2)保持待测光伏逆变器正常运行，分别进行交流侧小扰动试验、直流侧扰动试验、有功控制试验、无功控制试验，监测并记录每一次试验中待测光伏逆变器直流侧和交流侧两端电压、电流值，得到所需待测光伏逆变器控制器外特性数据；

所述交流侧小扰动试验包括以下步骤：保持待测光伏逆变器正常运行，

1a)、设置输出有功功率P≥0.7P_n，容性无功功率Q_C≥0.5Q_max，其中：P_n为待测光伏逆变器额定功率，Q_max为待测光伏逆变器最大输出无功功率；

2a)、断开开关K，改变待测光伏逆变器交流侧电压，并且当待测光伏逆变器稳定运行2s后，恢复待测光伏逆变器交流侧电压为交流侧额定电压；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

3a)、设定输出有功功率P≥0.7P_n，感性无功功率Q_L≥0.5Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

4a)、设定输出有功功率P≥0.7P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

5a)、设定输出有功功率0.1P_n≤P≤0.3P_n，无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，重复步骤2a)；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

所述直流侧扰动试验包括以下步骤：设定输出有功功率P≥0.7P_n；

1b)、闭合开关K，初始时，可控直流电源模拟光伏方阵I-V特性曲线，且该曲线的最大功率点电压为1p.u.，待测光伏逆变器稳定运行后；将曲线切换为最大功率点电压为0.8p.u.的光伏方阵I-V特性曲线，待测光伏逆变器稳定运行持续2s后，再将切换回初始的光伏方阵I-V特性曲线；监测并记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

2b)、设定输出有功功率为0.1P_n≤P≤0.3P_n，重复步骤1b)；

所述有功控制试验步骤为：闭合开关K，设定待测光伏逆变器输出无功功率Q_C≤0.1Q_max且Q_L≤0.1Q_max，改变待测光伏逆变器有功功率参考值，记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

所述无功控制试验步骤为：闭合开关K，设定待测光伏逆变器输出有功功率P＝0.5P_n，改变待测光伏逆变器无功功率参考值，记录试验过程中待测光伏逆变器直流侧和交流侧的电压、电流的值；

3)根据步骤2)得到的待测光伏逆变器控制器外特性数据通过参数辨识法得到光伏逆变器控制器模型的参数。