CN106374832A - 基于rtds的光伏机组仿真测试平台 - Google Patents

基于rtds的光伏机组仿真测试平台 Download PDF

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Abstract

本发明属于光伏机组实时仿真的技术领域，提供了一种基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，光伏机组由太阳能电池阵列、逆变器、控制器组成，在RTDS实时仿真平台上，搭建太阳能电池阵列、逆变器、控制器仿真模型，利用RTDS实时仿真平台丰富的IO接口，结合实际的控制器，形成光伏机组‑RTDS硬件在环测试平台，测试光伏机组在稳态、暂态运行工况下的系统参数是否满足国家标准，并进行优化，提高其发电效率。

Description

基于RTDS的光伏机组仿真测试平台
技术领域
本发明属于光伏机组实时仿真的技术领域，涉及一种基于RTDS（Real TimeDigital Simulator）的光伏机组仿真测试平台。
背景技术
太阳能光伏发电将会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。光伏发电系统是利用太阳能电池直接将太阳能转换成电能的发电系统，具有可靠性高、使用寿命长、不污染环境、能独立发电又能并网运行的特点，在发展低碳经济的大背景下，受到各国企业组织的青睐，具有广阔的发展前景。
为了发挥光伏发电技术的优势，使光伏机组能够安全、稳定、高效运行，根据光伏机组结构，在RTDS实时仿真平台上，搭建太阳能电池阵列、逆变器、控制器等仿真模型，形成光伏机组RTDS仿真平台，结合实际的控制器，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，验证光伏机组在各工况下的运行特性，提高其发电效率。由于光伏机组运行的复杂性，国内外对光伏机组特性进行了多年的研究，其目标为：测试光伏机组在稳态、暂态运行工况下的系统参数，包括发电效率、电压、电能质量、频率等，是否在国家标准为GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》的规定的范围内，并进行优化，提高其发电效率。
例如，公开号为CN105514973A，公开日为2016年4月20日，发明名称为“光伏发电系统的实时仿真方法”中国专利文献，解决了利用光伏发电系统模型测试光伏系统控制策略，公开一种基于dsPACE仿真平台的光伏发电系统测试平台，测试光伏系统的控制策略是否满足国家相关要求，但是这种测试平台不能对真实的光伏机组控制器性能进行测试。
发明内容
本发明的目的是结合我国光伏机组实时仿真的现状，提出一种基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，基于RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，根据光伏机组结构，搭建太阳能电池阵列、逆变器、控制器仿真模型，形成光伏机组RTDS仿真平台，利用RTDS实时仿真平台丰富的IO接口，结合实际的控制器，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，测试光伏机组在稳态、暂态运行工况下的系统参数，包括发电效率、电压、电能质量、频率等，是否在国家标准GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》的规定的范围内，并进行优化，提高其发电效率。
为此，本发明采取如下技术方案：
基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：光伏机组包括：太阳能电池阵列、逆变器、控制器；
首先，在RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，搭建形成光伏机组RTDS仿真模型，按照光伏机组国家标准进行测试，结合光伏机组实际产品特性曲线，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真模型；
进一步，结合设备实际控制器，利用RTDS实时仿真平台的IO接口，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台；
然后，基于光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，结合控制策略，根据光伏机组的各运行工况，检测光伏机组处于稳态或暂态时的相应系统参数是否在国家标准的规定的范围内，并进行优化，提高发电效率。
所述光伏机组仿真测试平台，形成的光伏机组RTDS仿真模型至少包括：太阳能电池阵列RTDS仿真模型、逆变器RTDS仿真模型、控制器RTDS仿真模型、运行工况模拟RTDS仿真模型。
各个仿真模型的具体形成过程如下：
根据光伏机组中太阳能电池阵列的组成，利用RSCAD仿真软件，搭建形成太阳能电池阵列RTDS仿真模型，按照太阳能电池阵列国家标准进行测试，结合太阳能电池阵列实际产品特性曲线，形成具有工程精度的太阳能电池阵列RTDS仿真模型；形成的太阳能电池阵列RTDS仿真模型至少包括：光伏电池板功率、效率、电压、电池板串并联结构等；
根据光伏机组中逆变器的拓扑结构，利用RSCAD仿真软件，搭建形成光伏逆变器RTDS仿真模型，按照光伏逆变器国家标准进行测试，结合逆变器实际产品特性曲线，形成具有工程精度的光伏逆变器RTDS仿真模型；形成的逆变器RTDS仿真模型至少包括：直流母线电容仿真模型、DC/AC变换器仿真模型、变压器仿真模型，其关键参数为：直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、开关频率、功率等；
根据得到的太阳能电池阵列、逆变器工程精度的仿真模型，结合控制策略，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真模型。
光伏机组的运行工况通过光照、电网及负荷RTDS模型来实现，其中，电网RTDS仿真模型，根据电网参数，利用RSCAD仿真软件，搭建电网RTDS仿真模型，电网参数包括：电压、频率、相位、模拟故障器等，可模拟电网正常工况，也可模拟电网故障工况；负荷RTDS仿真模型，利用RSCAD仿真软件，搭建负荷RTDS仿真模型，负荷参数包括电压、电流、有功、无功、功率因数等，模拟各个负荷工况。
形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台时，所述设备包括实际的光伏控制器。
所述RTDS实时仿真平台有丰富的IO接口，包括高速数字量和模拟量的各种输入/输出接口，通过IO接口，与光伏机组的实际控制器连接起来，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台。
所述光伏机组处于稳态或暂态时的相应系统参数至少包括发电效率、电压、电能质量、功率、频率。所述暂态工况至少包括电网电压波动、频率波动、电网故障、光照变化。
所述国家标准为GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》。
当光伏机组并网运行时，所述控制策略用于最大功率跟踪；当光伏机组离网运行时，所述控制策略使光伏机组在各种工况下稳定运行。
本发明的有益效果如下：
本发明基于RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，根据光伏机组结构，搭建太阳能电池阵列、逆变器、控制器仿真模型，形成光伏机组RTDS仿真平台，利用RTDS实时仿真平台丰富的IO接口，结合实际的控制器，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，测试光伏机组在稳态、暂态运行工况下的系统参数，包括发电效率、电压、电能质量、功率、频率等，是否在国家标准GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》的规定的范围内，并进行优化，提高其发电效率。
附图说明
图1为本发明的光伏机组RTDS仿真平台的架构示意图；
图2为本发明的光伏机组-RTDS硬件在环仿真测试平台图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提出的基于RTDS 光伏机组仿真测试平台，所述光伏机组包括：太阳能电池阵列、逆变器、控制器。本发明是基于RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，根据光伏机组结构，搭建光伏机组RTDS仿真平台，包括：太阳能电池阵列、逆变器、控制器等仿真模型，搭建相应的仿真模型，每个子系统仿真模型均与实际特性曲线进行校核，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真平台。
如见图2所示，本发明结合光伏机组实际控制器，利用RTDS实时仿真平台丰富的IO接口，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，根据光伏机组稳态、暂态的运行工况，测试系统参数，包括发电效率、电压、电能质量、功率、频率等，是否在国家标准GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》的规定的范围内，并进行优化，提高其发电效率。
基于RTDS 光伏机组仿真测试平台，可快速得到光伏机组在各工况下运行特性，并进行优化，提高其发电效率，其方法主要为：
（1）光伏机组RTDS仿真模型，基于RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，根据光伏机组结构，搭建光伏机组RTDS仿真平台，包括：太阳能电池阵列、逆变器、控制器等仿真模型，按照光伏机组国家标准进行测试，结合光伏机组实际产品特性曲线，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真模型。
（2）光伏机组的运行工况通过光照、电网及负荷RTDS模型来实现，其中，电网RTDS仿真模型，根据电网参数，利用RSCAD仿真软件，搭建电网RTDS仿真模型，电网参数包括：电压、频率、相位、模拟故障器等，可模拟电网正常工况，也可模拟电网故障工况；负荷RTDS仿真模型，利用RSCAD仿真软件，搭建负荷RTDS仿真模型，负荷参数包括电压、电流、有功、无功、功率因数等，模拟各个负荷工况。
（3）基于光伏机组RTDS仿真模型，结合光伏机组实际控制器，利用RTDS实时仿真平台丰富的IO接口，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台。
（4）基于光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，根据光伏机组稳态、暂态的运行工况，测试系统参数，包括发电效率、电压、电能质量、功率、频率等，是否在国家标准GB19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》的规定的范围内，其中暂态工况包括：电网电压波动、频率波动、电网故障、光照变化，就可得到光伏机组在各工况下的运行特性，并进行优化，提高其发电效率。
光伏机组控制策略，当光伏机组并网运行时，所述控制策略用于最大功率跟踪；当光伏机组离网运行时，所述控制策略使光伏机组在各种工况下稳定运行。

Claims (11)

1.基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：
首先，在RTDS实时仿真平台，利用RSCAD仿真软件，搭建形成光伏机组RTDS仿真模型，按照光伏机组国家标准进行测试，结合光伏机组实际产品特性曲线，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真模型；
进一步，结合设备实际控制器，利用RTDS实时仿真平台的IO接口，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台；
然后，基于光伏机组-RTDS硬件在环测试平台，结合控制策略，根据光伏机组的各运行工况，检测光伏机组处于稳态或暂态时的相应系统参数是否在国家标准的规定的范围内，并进行优化，提高发电效率。
2.根据权利要求1所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：所述光伏机组仿真测试平台，形成的光伏机组RTDS仿真模型至少包括：太阳能电池阵列RTDS仿真模型、逆变器RTDS仿真模型、控制器RTDS仿真模型、运行工况模拟RTDS仿真模型。
3.根据权利要求2所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：根据光伏机组中太阳能电池阵列的组成，利用RSCAD仿真软件，搭建形成太阳能电池阵列RTDS仿真模型，按照太阳能电池阵列国家标准进行测试，结合太阳能电池阵列实际产品特性曲线，形成具有工程精度的太阳能电池阵列RTDS仿真模型；形成的太阳能电池阵列RTDS仿真模型至少包括：光伏电池板功率、效率、电压、电池板串并联结构。
4.根据权利要求3所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：根据光伏机组中逆变器的拓扑结构，利用RSCAD仿真软件，搭建形成光伏逆变器RTDS仿真模型，按照光伏逆变器国家标准进行测试，结合逆变器实际产品特性曲线，形成具有工程精度的光伏逆变器RTDS仿真模型；形成的逆变器RTDS仿真模型至少包括：直流母线电容仿真模型、DC/AC变换器仿真模型、变压器仿真模型，关键参数至少包括：直流电压、直流电流、交流电压、交流电流、开关频率、功率。
5.根据权利要求4所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：根据得到的太阳能电池阵列RTDS仿真模型、光伏逆变器RTDS仿真模型，结合控制策略，形成具有工程精度的光伏机组RTDS仿真模型。
6.根据权利要求2所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：所述运行工况模拟RTDS仿真模型包括电网RTDS仿真模型和负荷RTDS仿真模型，其中：
根据电网参数，利用RSCAD仿真软件，搭建电网RTDS仿真模型，用于模拟电网正常工况，也用于模拟电网故障工况，电网参数至少包括：电压、频率、相位、模拟故障器；
根据负荷参数，利用RSCAD仿真软件，搭建负荷RTDS仿真模型，用于模拟各个负荷工况，负荷参数至少包括：电压、电流、有功、无功、功率因数。
7.根据权利要求1所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台时，所述设备实际控制器包括光伏控制器。
8.根据权利要求1所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：所述RTDS实时仿真平台的IO接口，包括高速数字量和模拟量的各种输入/输出接口，通过IO接口，与光伏机组的实际控制器连接起来，形成光伏机组-RTDS硬件在环测试平台。
9.根据权利要求1所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：所述光伏机组处于稳态或暂态时的相应系统参数至少包括发电效率、电压、电能质量、功率、频率。
10.根据权利要求1或9所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：所述暂态的工况至少包括电网电压波动、频率波动、电网故障、光照变化。
11.根据权利要求2所述的基于RTDS的光伏机组仿真测试平台，其特征在于：当光伏机组并网运行时，所述控制策略用于最大功率跟踪；当光伏机组离网运行时，所述控制策略使光伏机组在各种工况下稳定运行。
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