CN105388430A - 一种光伏逆变器电压骤升测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏逆变器电压骤升测试系统，用于提高被测试设备的供电端的电压，使被测试设备承受比额定电压更高的电压，包括电源进线隔离变压器，高压断路器K2、可调电抗器L、高压断路器K1、电容器C、可调电阻R、配出线隔离变压器，所述电源进线隔离变压器与高压断路器K2串联，高压断路器K2与电抗器L串联，电抗器L与配出线隔离变压器串联，高压断路器K1与电容器C、可调电阻R串联，然后并联在电抗器L与被测试装置的隔离变压器串联点之间，模拟电网高电压穿越过程，测试光伏逆变器高电压穿越能力，借助与可调电抗器和可调电阻的配合，避免了电容器投入时电压过冲及过电流，能够精准地实现光伏逆变器电压骤升测试。

Description

一种光伏逆变器电压骤升测试系统

技术领域

本发明涉及一种光伏逆变器电压骤升测试系统，针对光伏发电系统并网逆变器电压骤升测试。

背景技术

近年来，随着光伏发电系统的广泛使用和并网装机容量的不断增加，其在电网故障条件下的运行与控制策略已直接影响到电力系统的安全稳定运行。现有的研究主要集中于电网电压跌落故障对光伏发电系统的电磁暂态影响分析及相应的低电压穿越技术探究，而与之对应的电网电压骤升条件下的相关研究成果则尚不多见。事实上，实际电力系统中电网电压的骤升常伴随着电网电压的跌落故障而发生，如：电网电压跌落导致的负载突切等可引发电网电压的骤升。因此，为避免光伏发电系统在低电压穿越后因暂态高压而脱网，有必要对其光伏逆变器电压骤升控制策略加以研究。电网电压的骤升会带来光伏发电系统并网逆变器控制裕度的下降，如若失控则会导致能量由电网倒灌进入逆变器进而引发直流侧过压或过流。为改善电网电压骤升对光伏发电系统并网逆变器所造成的暂态冲击，确保其安全并网运行，该文提出一种光伏逆变器电压骤升测试系统。

目前，中国市场接入光伏发电系统并网逆变器仅提出了低电压穿越的相关指标，对高电压穿越暂不作要求，而北美市场主流逆变器厂商推出的逆变器多数带有高电压穿越功能，随着国内光伏发电技术的发展和完善，具备高电压穿越功能将是光伏发电系统并网逆变器的发展趋势。

因此，为保障大规模光伏发电接入后的电力系统安全稳定运行，亟需开展光伏逆变器电压骤升能力测试，而研制能够真实模拟电网电压骤升特性的测试装置则是重中之重。实用新型专利《移动式风电机组高低电压穿越测试装置》专利号为：201220255118.5，虽提供了一种电网高电压模拟方案，其通过变压器副边绕组抽头跳变实现风电机组机端电压的上升，但该方法所产生的高电压波形，其电压上升速率过快，且无法模拟实际电网过电压过程中的相角与电能质量变化情况，不适合风电机组高电压能力的测试要求。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种光伏逆变器电压骤升测试系统。

一种光伏逆变器电压骤升测试系统，包括电源进线隔离变压器，高压断路器K2、可调电抗器L、高压断路器K1、电容器C、可调电阻R、配出线隔离变压器，所述电源进线隔离变压器与高压断路器K2串联，高压断路器K2与电抗器L串联，电抗器L与配出线隔离变压器串联，高压断路器K1与电容器C、可调电阻R串联，然后并联在电抗器L与被测试装置的隔离变压器串联点之间，模拟电网高电压穿越过程，测试光伏逆变器高电压穿越能力，其特征在于，所述高压断路器K1采用既可以三相同时投入的断路器也可以分相投入的断路器或晶闸管开关，电容器C与可调电阻R串联采用星型接法，并且中性点接地；可调电抗器L、电容器C、和可调电阻R相互配合，实现提高光伏逆变器的电压骤升所述容性无功功率在可调电抗器L的感抗X_L上产生电压降，提高光伏逆变器电压；所述感抗X_L采用干式空心电抗器，电抗器的电抗值X_L与电抗器的电阻R_L比值X_L/R_L应大于10。

所述电压骤升测试系统投入测试之前，预先将可调电抗器L的分接头连接在合适的位置，所述高压断路器K1断开，高压断路器K2断开；启动测试时，先闭合所述高压断路器K2，然后闭合所述高压断路器K1；结束测试时，先断开所述高压断路器K1，然后，断开所述高压断路器K2。

通过设置不同的感抗X_L与电阻R参数匹配实现所述光伏逆变器不同幅度的电压骤升，感抗X_L与电阻R的参数选择使所述光伏逆变器电压骤升系统在100％Un-150％Un范围内有132种不同电压幅度的电压骤升波形；控制所述真空断路器K1实现对所述光伏逆变器电压骤升时间长度进行控制。

所述每相电容器与可调节电阻串联，通过高压断路器K1，可三相同时投入，实现三相电压平衡电压骤升，三相中的任意一相可以单独控制，也可以实现三相电压不平衡电压骤升。

实现所述高电压穿越测试系统的电压骤升装置包括电源进线变压器、高压开关柜、电抗器柜、电容器柜、电阻箱柜、光伏逆变器变压器；所述电抗器为感抗X_L，所述电容器为容抗X_C，所述高压开关柜内装有高压断路器K1、高压断路器K2，所述电容器柜内装有电容器C，所述电阻箱柜为可调节电阻R，所述高压断路器K2选取一般真空断路器，所述高压断路器K1选取具有既可同时投入的真空断路器也可分相投入真空断路器或晶闸管开关，所述高压开关柜、电容器柜、电阻箱柜绝缘水平应在15KV及以上，所述电阻箱柜需加装散热装置，所述电阻箱柜与高压开关柜和电容器柜之间需加装隔热装置。

所述电压骤升装置串接于被测光伏逆变器与电网之间，模拟电网过电压测试所述被测光伏逆变器电压骤升能力，所述电压骤升装置包括可调电抗器L感抗X_L、电容器C容抗X_C、高压断路器K1和高压断路器K2，所述感抗X_L与所述开关K1串联后接入所述配出线隔离变压器，所述电源进线隔离变压器二次绕组采用星型接线并中性点直接接地，所述高压断路器K1与电容器和电阻R串联星型接线并中性点直接接地。

所述光伏逆变器高电压骤升测试系统还包括就地测控系统和远方监控系统；就地测控系统与所述高电压穿越测试系统连接，就地测控系统与远方监控系统相通讯；所述就地测控系统将系统的信息采集，进行分析判断后实现高电压穿越控制，也可通过网络功能将电压骤升信息上传给外部的远方监控系统。

测试原理如下：可调电抗器L的AB两端电压降ΔU_AB＝(PR_L+QX_L)/Un，其中R_L为可调电抗器L的电阻，X_L＝ωL为可调电抗器L的电抗，Q为通过可调电抗器L的无功功率，P为通过可调电抗器L的有功功率，当Q为感性无功功率时，Q为正值，当Q为容性无功功率时，Q为负值，当Q为容性无功功率并且QX_L>PR_L时，ΔU_AB<0，即B点电压高于A点电压，所谓的电压升高，提高所述光伏逆变器的连接点处的电压，为了减小通过可调电抗器L有功功率在可调电抗器L电阻R_L上的电压降，一般要求X_L/R_L大于10。

所述电压骤升装置投入测试之前，所述高压断路器K1、K2断开；

启动测试时，先闭合所述高压断路器K2，然后闭合所述高压断路器K1；

结束测试时，先断开所述高压断路器K1，然后断开所述高压断路器K2。

所述电容C与电阻串联，采用星型接法中性点接地；

所述电容器容抗X_C及串联电阻R，当高压断路器K1三相同时投入时，B点三相电压平衡抬升，当高压断路器K1三相不同时投入时，B点三相电压不平衡抬升。

本发明提供：通过不同的感抗与不同容抗和电阻R参数匹配实现所述电压骤升装置与所述光伏逆变器不同幅度的电压上升，电感L值分为22个等级,电容值两个等级(正常情况固定),电阻R值分为6个等级，不同的电感L值与电阻R值选择使所述电压骤升装置与所述光伏逆变器的连接点电压在100％Un-150％Un范围内有132种不同电压骤升的高电压波形；

所述高压断路器K1采用既可同时投入也可分相投入的机械开关或者晶闸管开关，高压断路器K2采用一般机械开关，控制所述高压断路器K1、K2，实现对所述电压骤升装置与所述被测光伏逆变器的高电压时间长度进行控制。

所述就地测控系统和远方监控系统均与所述电压骤升装置连接；所述就地测控系统采集所述电压骤升装置与光伏逆变器的连接点的电压等信息并将所述信息上传给外部的远方监控系统；所述电压骤升装置将状态信号发送给所述就地控制系统后，所述就地控制系统将状态信号实时传送给所述远方监控系统。

本发明针对现有技术的不足，提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统的有益效果包括：

1、本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，感抗X_L与高压断路器K2串联后接入被测光伏逆变器与电网之间，电压骤升装置与被测光伏逆变器的连接点处通过串联的高压断路器K1和电容器C和电阻R串联星型接线并中性点直接接地，测试过程通过控制高压断路器K1和K2按照时序的断开和闭合实现，测试点产生的电压骤升与实际电网电压骤升产生的机理相同，电压上升的速率及其电压波形质量均与实际电网过电压特性十分吻合，能够真实模拟产生实际的电网过电压特性，可以实现690V、10KV和35KV电力系统的高电压状态模拟。

2、电容器C与电阻R串联采用星型接法并中性点接地，串联电阻可以减小电容器投切瞬间电流与电压的过渡过程；电容器可以提供容性无功功率，配合感抗X_L抬升测试点的电压。并且控制K1三相同时投入或者分相投入可以使该电压骤升装置的测试点电压三相电压平衡抬升或者不平衡抬升。

3、不同的感抗值X_L与电阻R共同作用可以在测试点得到不同的电压幅度，实施例中感抗X_L与电阻R的参数选择可在电压100％Un-150％Un范围内有132种不同电压幅度的电压骤升波形。

4、光伏逆变器电压骤升测试系统还包括外部相连的远方监控系统，测试系统的所有信息均通过网络上传给远方监控系统。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升装置的单线原理图；

如图2所示为本发明提供的一种电压骤升装置的开关动作与阻抗投入情况的时序图；

如图3所示为本发明提供的一种电压骤升装置中容抗X_C的基本拓扑结构图；

如图4所示为本发明提供的一种电压骤升装置实际应用中的布局示意图；

如图5所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统就地测试控制示意图；

如图6所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统为三相对称电压骤升时的实施例的实测线电压实时波形图；

如图7所示为本发明提供的光伏逆变器电压骤升测试系统为三相对称电压骤升时的实施例的线电压有效值波形图；

如图8所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统为三相对称电压骤升时的实施例的实测电容器电流实时波形图；

如图9所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统为三相不对称电压骤升时的实施例的实测线电压实时波形图。

如图10所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统为三相不对称电压骤升时的实施例的线电压有效值波形图；

如图11所示为本发明提供的一种光伏逆变器电压骤升测试系统为三相不对称电压骤升时的实施例的实测电容器电流实时波形图.

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种光伏逆变器电压骤升测试系统，包括电压骤升装置，该电压骤升装置的接入点连接电网侧，测试点连接被测配出线变压器高压侧，模拟电网过电压测试该被测光伏逆变器的电压骤升能力，该电压骤升装置的单线原理图如图1所示，由图1可知，该电压骤升电路包括所述电源进线变压器与可调电抗器L串联，然后可调电抗器L与配出线隔离变压器串联，电容器C与可调电阻R串联后并联在可调电抗器L与被测试装置的隔离变压器串联点之间，高压断路器K1与电容器C和电阻R串联后，中性点直接接地。

测试过程中高压断路器K2先闭合，然后高压断路器K1闭合，电容器提供容性无功功率支持，该容性无功功率在感抗X_L上产生的电压降，提高测试点的电压幅度，同时减小了对电网侧接入点电压的影响。

进一步的，电压骤升发生装置投入测试过程中，高压断路器K1和高压断路器K2的开断需按照一定的顺序执行，如图2所示为本发明提供的一种电压骤升装置的开关动作与阻抗投入情况的时序图，由图2可知，电压骤升装置投入测试之前，高压断路器K1断开，高压断路器K2断开，此时，可调电抗器L和电容器C均没有接入电路中；启动测试时，先闭合高压断路器K2，使电抗器L先投入测试电路中，然后闭合高压断路器K1，使电容器C_C投入测试电路中，产生测试过程中的电压骤升，电压骤升持续时间由高压断路器K1闭合的时间决定，即图中的时间T1决定；结束测试时，先断开高压断路器K1，然后再断高压断路器K2。该电压骤升装置，能够真实模拟产生实际的电网电压骤升特性，产生的电压骤升与实际电网过电压产生的机理相同，电压上升的速率及其电压波形质量均与实际电网电压骤升特性十分吻合，并且该测试系统可以实现690V、10KV和电力系统的高电压状态模拟。

可调电抗器L与电容器C和电阻R共同作用在测试点得到不同电压幅度的电压上升，电压抬升的幅度由感抗值X_L与电容器的容性无功功率和电阻R共同决定。

可调电抗器可采用干式空心电抗器，为满足并网运行条件下的测试要求，减小光伏逆变器有功功率对测试点电压幅值的影响，要求的可调电抗的电抗值X_L与可调电抗器的电阻值R_L比值X_L/R_L(X_L＝ωL)应该越大越好(减小有功功率在可调电抗器的电阻上的电降)，一般情况下应大于10。

所述高压断路器K1与电容器C和电阻R基本拓扑结构图如图3所示，三相容抗支路接线方式采用星型接法，中性点直接接地，高压断路器K1可以同时投入或者分相投入，测试点三相电压平衡抬升，或者测试点三相电压不平衡抬升。

每条电容C与电阻R串联支路，电阻R用于减小电容器投切瞬间电流与电压的过渡过程，电容器C的作用是提供容性无功功率，配合可调电抗器抬升测试点的电压，在测试点模拟产生电压骤升过程，由于感抗X_L的电压抬升作用，电容器C的端电压有所提高，应选高压断路器K1的额定电压、电容器的额定电压、电阻箱的额定电压在15KV及以上。

高压断路器K2采用真空断路器，高压断路器K1采用既可以三相同时投入的断路器也可分相投入的断路器或晶闸管作为开关。

通过不同的可调电抗器感抗X_L与电阻R的取值，可以在测试点得到不同规格的电网电压上升幅度，且对测试系统电网接入点的影响达到最小。为了更加真实的模拟电网高电压过程，其感抗X_L的取值不能过大，应保证测试点的短路容量至少是被测机组容量3倍以上。

现有设备实际输出性能进行说明：

(1)测试系统设定为三相对称高电压，高电压幅度设定值为130％Un，持续时间200ms。实测线电压实时波形如图6所示，图7为对应时刻的线电压有效值,图8为电容器的电流实时波形图。

(2)测试系统设定为三相不对称高电压，高电压幅度设定值为116％Un，持续时间200ms。实测线电压实时波形如图9所示，图10为对应时刻的线电压有效值，图11为对应时刻的电容器的电流实时波形图。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种光伏逆变器电压骤升测试系统，包括电源进线隔离变压器，高压断路器K2、可调电抗器L、高压断路器K1、电容器C、可调电阻R、配出线隔离变压器，所述电源进线隔离变压器与高压断路器K2串联，高压断路器K2与电抗器L串联，电抗器L与配出线隔离变压器串联，高压断路器K1与电容器C、可调电阻R串联，然后并联在电抗器L与被测试装置的隔离变压器串联点之间，模拟电网高电压穿越过程，测试光伏逆变器高电压穿越能力，其特征在于，所述高压断路器K1采用可以三相同时投入的断路器或分相投入的断路器或晶闸管开关，电容器C与可调电阻R串联采用星型接法，并且中性点接地；可调电抗器L、电容器C、和可调电阻R相互配合，实现提高光伏逆变器的电压骤升所述容性无功功率在可调电抗器L的感抗X_L上产生电压降，提高光伏逆变器电压；所述感抗X_L采用干式空心电抗器，电抗器的电抗值X_L与电抗器的电阻R_L比值X_L/R_L应大于10。

2.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，其特征在于，所述电压骤升测试系统投入测试之前，预先将可调电抗器L的分接头连接在合适的位置，所述高压断路器K1断开，高压断路器K2断开；启动测试时，先闭合所述高压断路器K2，然后闭合所述高压断路器K1；结束测试时，先断开所述高压断路器K1，然后，断开所述高压断路器K2。

3.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，其特征在于，通过设置不同的感抗X_L、电容器C和电阻R参数匹配实现所述光伏逆变器不同幅度的电压骤升，感抗X_L、电容器C和电阻R的参数选择使所述光伏逆变器电压骤升系统在100％Un-150％Un范围内有132种不同电压幅度的电压骤升波形；控制所述断路器K1实现对所述光伏逆变器电压骤升时间长度进行控制。

4.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，其特征在于，所述电源进线隔离变压器二次绕组采用星型接线并中性点直接接地，所述每相电容器与可调节电阻串联，星型接线并中性点直接接地，通过断路器K1,可三相同时投入，实现三相电压平衡电压骤升，三相中的任意一相可以单独控制，也可以实现三相电压不平衡电压骤升。

5.根据权利要求1所述的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，其特征在于，实现所述高电压穿越测试系统的电压骤升装置包括电源进线变压器、高压开关柜、电抗器柜、电容器柜、电阻箱柜、光伏逆变器变压器；所述电抗器为感抗X_L，所述电容器为容抗X_C，所述高压开关柜内装有高压断路器K1、高压断路器K2，所述电容器柜内装有电容器C，所述电阻箱柜为可调节电阻R，所述高压断路器K2选取一般真空断路器，所述高压断路器K1选取具有既可同时投入的真空断路器也可分相投入真空断路器或晶闸管开关，所述高压开关柜、电容器柜、电阻箱柜绝缘水平应在15KV及以上，所述电阻箱柜需加装散热装置，所述电阻箱柜与高压开关柜和电容器柜之间需加装隔热装置。

6.根据权利要求5所述的一种光伏逆变器电压骤升测试系统，其特征在于，所述光伏逆变器高电压穿越测试系统还包括就地测控系统和远方监控系统；就地测控系统与所述高电压穿越测试系统连接，就地测控系统与远方监控系统相通讯；所述就地测控系统将系统的信息采集，进行分析判断后实现高电压穿越控制，也可通过网络功能将电压骤升信息上传给外部的远方监控系统。