CN104378066A - 兼容400v、10kv 、35kv多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种兼容400V、10KV、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其包括主电网、开关S1、分相器FXQ、第一至第三孤岛测试电路、400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网；所述主电网经开关S1连接分相器FXQ的输入端，分相器FXQ的输出端分别连接第一至第三孤岛测试电路的输入端；所述分相器FXQ包括并联设置的第一至第三运放器YF1~YF3、单片机U、驱动装置QD和开关S2~S7；所述第一至第三孤岛测试电路的结构均相同。本发明的优点是利用分相器自动实现根据试验电压值与功率负荷的实际需求，对大容量交流可调模拟试验负载的自动匹配与控制，精确提供试验所需要的单一阻性负载、容性负载和感性负载或其组合，真实模拟设备的运行工况，充分验证功能和性能。
Description
技术领域
本发明属于电力系统控制领域，具体涉及一种兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统。
背景技术
孤岛效应的本地检测方法在光伏电站的应用非常广泛。本地检测法一般分为两类：被动式检测和主动式检测。两类方法各有优缺点，需根据应用场合选用，或同时采用。被动式检测方法，即通过系统的过压、欠压、过频、欠频保护来判断是否发生孤岛。除这些之外，被动式检测还可以检测输出电压的相位、谐波等方式来检测孤岛。主动式孤岛检测是通过主动、定时的向电网施加扰动信号，再通过检测输出电压的幅值、频率、相位、谐波等方式来检测孤岛。在正常并网工作状态时，由于有电网电压的箝位，小的扰动不会对输出电压产生明显影响；当孤岛发生时，小的扰动经过积累，对输出电压的作用就会显现，最终被检测出来。通常光伏电站有不同的电压等级，一般采用的孤岛测试系统都无法兼容从低压到高压的全部检测范围。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种运行稳定、响应快、精度高的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，可以实现采用一套综合设备进行400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试。
本发明的技术方案如下：
一种兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统包括主电网、开关S1、分相器FXQ、第一至第三孤岛测试电路、400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网；所述主电网经开关S1连接分相器FXQ的输入端，所述分相器FXQ的输出端分别连接第一至第三孤岛测试电路的输入端；
所述分相器FXQ包括并联设置的第一至第三运放器YF1~ YF3、单片机U、驱动装置QD和开关S2~S7；所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输入端分别并联在主电网的正、负极输电线两端，所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输出端分别输入单片机U的相应输入端，所述单片机U的输出端接驱动装置QD的输入端，所述驱动装置QD的6路输出端分别接开关S2~S7的驱动端S2’~S7’； 所述第一孤岛测试电路的输入端分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上，所述第二孤岛测试电路的输入端分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路的输入端分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述第一孤岛测试电路包括逆变器NBQ、并联型RLC电路和开关S8~S9，所述逆变器NBQ和开关S8组成的串联电路和所述并联型RLC电路和开关S9组成的串联电路相并联，所述并联电路的并联节点为a1、b1；所述并联节点a1、b1分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上；所述第一至第三孤岛测试电路的结构均相同；所述第二孤岛测试电路中的并联节点a2、b2分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路中的并联节点a3、b3分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网分别依次通过第一至第三孤岛测试电路后与分相器FXQ的相应端子相连接。
其中，400V分布式电网通过分相器FXQ的S2和S3 接入主电网，10KV 分布式电网通过分相器FXQ的S4和S5 接入主电网，35KV分布式电网通过分相器FXQ的S6和S7 接入主电网。
所述分相器FXQ控制S2~S7的开关状态选择并网方式，所述驱动装置QD的相应输出端分别经开关S2~S7的驱动端S2’~S7’驱动开关S2~S7，所述开关S2~S7为接触器或电磁开关。
进一步的，所述第一至第三运放器YF1~ YF3的型号为TLC2254AM。
进一步的，所述单片机U的型号为MC9S12G。
进一步的，所述驱动装置QD的型号为M57962L模块。
进一步的，所述逆变器NBQ的型号为G-500KTL。
进一步的，所述第一运放器YF1的采样范围是0~500V，当其采样电压大于500V时，所述第一运放器YF1饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
进一步的，所述第二运放器YF2的采样范围是0~15KV，当其采样电压大于15KV时，所述第二运放器YF2饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
进一步的，所述第三运放器YF3的采样范围是0~40KV，当其采样电压大于40KV时，所述第三运放器YF3饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
本发明的有益效果如下：
本发明能够利用分相器自动实现根据试验电压值与功率负荷的实际需求，对大容量交流可调模拟试验负载的自动匹配与控制，精确提供试验所需要的单一阻性负载、容性负载和感性负载或其组合，真实模拟设备的运行工况，充分验证功能和性能，具有运算和响应速度快、匹配精度高、操控性好和稳定性高等特点。
附图说明
附图1为本发明的结构框图。
附图2为本发明电路原理示意图。
附图3为本发明中孤岛测试电路的示意图。
附图4为孤岛发生时的电压变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图1~4及具体实施例进行详细描述。
参照附图1~3，本实施例中包括主电网、开关S1、分相器FXQ、第一至第三孤岛测试电路、400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网；所述主电网经开关S1连接分相器FXQ的输入端，所述分相器FXQ的输出端分别连接第一至第三孤岛测试电路的输入端；
所述分相器FXQ包括并联设置的第一至第三运放器YF1~ YF3、单片机U、驱动装置QD和开关S2~S7；所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输入端分别并联在主电网的正、负极输电线两端，所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输出端分别输入单片机U的相应输入端，所述单片机U的输出端接驱动装置QD的输入端，所述驱动装置QD的6路输出端分别接开关S2~S7的驱动端S2’~S7’； 所述第一孤岛测试电路的输入端分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上，所述第二孤岛测试电路的输入端分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路的输入端分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述第一孤岛测试电路包括逆变器NBQ、并联型RLC电路和开关S8~S9，所述逆变器NBQ和开关S8组成的串联电路和所述并联型RLC电路和开关S9组成的串联电路相并联，所述并联电路的并联节点为a1、b1；所述并联节点a1、b1分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上；所述第一至第三孤岛测试电路的结构均相同；所述第二孤岛测试电路中的并联节点a2、b2分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路中的并联节点a3、b3分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网分别依次通过第一至第三孤岛测试电路后与分相器FXQ的相应端子相连接。
其中，400V分布式电网通过分相器FXQ的S2和S3 接入主电网，10KV 分布式电网通过分相器FXQ的S4和S5 接入主电网，35KV分布式电网通过分相器FXQ的S6和S7 接入主电网。
所述分相器FXQ控制S2~S7的开关状态选择并网方式，所述驱动装置QD的相应输出端分别经开关S2~S7的驱动端S2’~S7’驱动开关S2~S7，所述开关S2~S7为接触器或电磁开关。
所述第一至第三运放器YF1~ YF3的型号为TLC2254AM。
所述单片机U的型号为MC9S12G。
所述驱动装置QD的型号为M57962L模块。
所述逆变器NBQ的型号为G-500KTL。
所述第一运放器YF1的采样范围是0~500V，当其采样电压大于500V时，所述第一运放器YF1饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
所述第二运放器YF2的采样范围是0~15KV，当其采样电压大于15KV时，所述第二运放器YF2饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
所述第三运放器YF3的采样范围是0~40KV，当其采样电压大于40KV时，所述第三运放器YF3饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
本实施例的工作过程如下：
当通过第一至第三运放器YF1~ YF3进行采样时，如果第一至第三运放器YF1~ YF3均未饱和，并且第一运放器YF1的采样值为400V，第二运放器YF2的采样值为400V左右，第三运放器YF3的采样值为400V左右，采样精度0.1%，说明此时主电网的电压等级为400V。
如果第一运放器YF1饱和，第二运放器YF2的采样值为15kV ，第三运放器YF3的采样值为15kV左右，说明此时主电网的电压等级为15kV。
如果第一运放器YF1饱和，第二运放器YF2的饱和，第三运放器YF3的采样值为35kV左右 ，说明此时主电网的电压等级为35kV。
第一至第三运放器YF1~ YF3将上述采样值送入单片机U进行计算，当判断主电网电压等级为400V，单片机U通过I/O输出高电平，驱动装置QD驱动开关S2开通，S3开通，并保持S4关闭，S5关闭，S6关闭，S7关闭。
当判断电网电压等级为15kV，单片机U通过IO输出高电平，驱动开关S4开通，S5开通，并保持S2关闭，S3关闭，S6关闭，S7关闭。
当判断电网电压等级为35kV，单片机U通过IO输出高电平，驱动开关S6开通，S7开通，并保持S2关闭，S3关闭，S4关闭，S5关闭。
切换好电压通路后，通过主动、定时地向电网施加扰动信号，再通过检测主电网的电压的幅值、频率、相位、谐波等方式来检测孤岛。在正常并网工作状态时，由于有主电网电压的箝位，小的扰动不会对输出电压产生明显影响；当孤岛发生时，小的扰动经过积累，对输出电压的作用就会显现，最终被检测出来。所述
当判断出输入主电网电压后，进行孤岛效应测试。差模频移检测法是对逆变器NBQ的输出电流-电压的相位运用正反馈使相位偏移并使频率发生偏移的一种方案，电网频率不受反馈影响，所谓输出电流-电压是在图3中逆变器NBQ左边的测试点处得到的。所述逆变器NBQ的输出电流相位θsms为前一周期的频率 与电网频率的偏差函数:
（1）
其中,是最大相位偏移发生时频率。一般取=10，-=3Hz。
由于控制并网逆变器NBQ工作在单位功率因数的正弦波控制模式，因此逆变器NBQ的输出电流与端电压之间相位差被控制为0。而在差模频移方案中,并网逆变器NBQ的电流和电压相位是电压Va的频率函数，使得逆变器NBQ的电流和电压相位响应曲线增加的比大多数单位功率因数负载阻抗角响应曲线快，如附图4所示，这使得电网频率成为一个不稳定工作点。
当逆变器NBQ和电网连接时，电网提供固定相位和频率参考使工作点稳定在电网频率。而在主电网跳闸后，负载与逆变器NBQ的相位/频率工作点成为负载阻抗角响应的曲线与逆变器NBQ相位响应曲线交点。
当电网连接时，并网逆变器的相位/频率工作点位于B点。假定电网分离，一旦Va的频率受到任何扰动使之偏离50Hz，逆变器NBQ相位响应就引起相位差增加，由于差模频移方案对相位是正反馈，逆变器NBQ加快输出电流的频率,导致典型的不稳定。而逆变器NBQ在电网频率处的不稳定加强了扰动，驱使系统到达一个新的工作点。如果逆变器NBQ的电流和电压相位响应曲线对RLC负载的A点频率超出频率正常工作范围，逆变器NBQ将停止运行。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (9)
1.一种兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：其包括主电网、开关S1、分相器FXQ、第一至第三孤岛测试电路、400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网；所述主电网经开关S1连接分相器FXQ的输入端，所述分相器FXQ的输出端分别连接第一至第三孤岛测试电路的输入端；
所述分相器FXQ包括并联设置的第一至第三运放器YF1~ YF3、单片机U、驱动装置QD和开关S2~S7；所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输入端分别并联在主电网的正、负极输电线两端，所述第一至第三运放器YF1~ YF3的输出端分别输入单片机U的相应输入端，所述单片机U的输出端接驱动装置QD的输入端，所述驱动装置QD的6路输出端分别接开关S2~S7的驱动端S2’~S7’； 所述第一孤岛测试电路的输入端分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上，所述第二孤岛测试电路的输入端分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路的输入端分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述第一孤岛测试电路包括逆变器NBQ、并联型RLC电路和开关S8~S9，所述逆变器NBQ和开关S8组成的串联电路和所述并联型RLC电路和开关S9组成的串联电路相并联，所述并联电路的并联节点为a1、b1；所述并联节点a1、b1分别经开关S2~S3并联在主电网的正、负极输电线上；所述第一至第三孤岛测试电路的结构均相同；所述第二孤岛测试电路中的并联节点a2、b2分别经开关S4~S5并联在主电网的正、负极输电线上，所述第三孤岛测试电路中的并联节点a3、b3分别经开关S6~S7并联在主电网的正、负极输电线上；
所述400V分布式电网、10KV分布式电网和35KV分布式电网分别依次通过第一至第三孤岛测试电路后与分相器FXQ的相应端子相连接。
2.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述第一至第三运放器YF1~ YF3的型号为TLC2254AM。
3.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述单片机U的型号为MC9S12G。
4.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述驱动装置QD的型号为M57962L模块。
5.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述逆变器NBQ的型号为G-500KTL。
6.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述开关S2~S7为接触器或电磁开关。
7.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述第一运放器YF1的采样范围是0~500V，当其采样电压大于500V时，所述第一运放器YF1饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
8.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述第二运放器YF2的采样范围是0~15KV，当其采样电压大于15KV时，所述第二运放器YF2饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
9.根据权利要求1所述的兼容400V、10KV 、35KV多电压等级的光伏电站防孤岛测试系统，其特征在于：所述第三运放器YF3的采样范围是0~40KV，当其采样电压大于40KV时，所述第三运放器YF3饱和，其输出电压为5V，其采样精度0.1%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Hu Wenping Inventor after: Wang Lei Inventor after: Xia Yanwei Inventor after: Zhou Wen Inventor after: Jia Jinghua Inventor after: Shi Min Inventor after: Yao Chengyong Inventor after: Zhang Jinbin Inventor before: Hu Wenping Inventor before: Wang Lei Inventor before: Duan Xiaobo Inventor before: Jia Jinghua Inventor before: Zhou Wen |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180122 Address after: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Co-patentee after: Power Science Research Institute of Hebei Electric Power Co., Ltd. Patentee after: State Grid Corporation of China Co-patentee after: National network Hebei Energy Technology Service Co., Ltd. Co-patentee after: Qunling Energy Resources Technology Co., Ltd. Address before: 100031 Xicheng District West Chang'an Avenue, No. 86, Beijing Co-patentee before: Electric Power Sciences Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Company Patentee before: State Grid Corporation of China Co-patentee before: Hebei Electric Power Construction & Adjustment Research Institute |
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| TR01 | Transfer of patent right |