CN106526347B - 一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，包括步骤1：对被测光伏逆变器进行低电压穿越型式试验；步骤2：构建光伏逆变器数模混合仿真平台；步骤3：对被测光伏逆变器进行低电压穿越数模混合仿真；步骤4：判断试验数据和仿真数据的误差是否满足预置的最大偏差；步骤5：获取与被测光伏逆变器属于同系列型号的光伏逆变器的电气参数，依据电气参数修改光伏逆变器数模混合仿真平台的模型参数，并在修改后的光伏逆变器数模混合仿真平台上对光伏逆变器进行低电压穿越半实物仿真。与现有技术相比，本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，解决了现有型式试验安全隐患多、成本巨大的问题。

Description

一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法

技术领域

本发明涉及光伏并网逆变器检测领域，具体涉及一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法。

背景技术

随着新能源并网发电规模的逐步增加，光伏并网逆变器等新能源并网发电装置正越来越多的接入电网，其并网特性性能优劣已经成为影响电网安全稳定运行的重要因素。因此，如何实现光伏逆变器并网特性的快速、准确、高效检测成为光伏发电能否顺利并网的关键环节。

在光伏并网发电中，由于光伏组件的发电量和输出功率特性受太阳辐照度以及环境温度的影响，导致能够反映复杂天气条件下光伏阵列输出伏安特性的直流源造价昂贵，且随着被测光伏并网逆变器容量增加，并网检测所需直流源以及电网故障模拟装置容量也相应增加，造成光伏逆变器型式试验检测成本巨大；在型式试验中均涉及到大功率，强电流高压测试，对现场测试人员都存在严重的安全隐患。

从目前数百例光伏逆变器低电压穿越检测结果来看，各光伏逆变器厂家拓扑结构以及关键零部件，如IGBT模块、EMI模块、断路器、避雷器等都基本上采用国际上的几大主流品牌，相对比较固定，在检测试验过程中出现问题的概率较小，一般出现的问题都突出表现在控制器方面。光伏逆变器厂家通过型式试验的手段来对其控制器不断进行整改，整改完了之后再参加下一轮的型式试验排队，这无疑增大了逆变器厂家的研发成本和研发时间，同时对于检测中心而言也加重的检测工作压力，降低了检测效率。尤其是针对同一品牌同一系列的逆变器，拓扑结构相同，仅型号不同、元器件参数不同，也均需要开展型式试验测试，增加了检测工作量，也加重了厂家成本。

综上，需要提供一种能够有效解决对同系列的每台逆变器均需进行型式试验的巨大试验与检测成本的光伏逆变器硬件评估方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：对被测光伏逆变器进行低电压穿越型式试验，记录试验数据；

步骤2：构建被测光伏逆变器主电路模型、光伏阵列模型、电网模型以及低电压穿越检测装置模型，并依据所述被测光伏逆变器主电路模型、光伏阵列模型、电网模型和低电压穿越检测装置模型构建光伏逆变器数模混合仿真平台；

步骤3：按照所述低电压穿越型式试验的测试要求，在所述光伏逆变器数模混合仿真平台上对所述被测光伏逆变器进行低电压穿越硬件在环仿真，记录仿真数据；

步骤4：判断所述试验数据和仿真数据的误差是否满足预置的最大偏差：若不满足则返回步骤2修改所述被测光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5；

步骤5：获取与所述被测光伏逆变器属于同系列型号的光伏逆变器的电气参数，依据所述电气参数修改光伏逆变器数模混合仿真平台的模型参数，并在修改后的光伏逆变器数模混合仿真平台上对所述光伏逆变器进行低电压穿越硬件在环仿真；

依据低电压穿越仿真结果对所述光伏逆变器的低电压穿越性能进行评估。

优选的，所述光伏逆变器数模混合仿真平台包括依次连接的仿真器、线性变换单元、仿真器I/O接口和被测控制器；

所述仿真器I/O接口，用于连接仿真器与所述被测控制器的控制器；

所述线性变换单元，用于将所述被测光伏逆变器主电路模型的电压和电流的模拟量信号线性变换到仿真器I/O接口所能接受的电平范围；

优选的，所述仿真器包括被测光伏逆变器主电路模型、电网模型、低电压穿越检测装置模型和光伏阵列模型；

所述低电压穿越测试装置连接于所述电网模型与被测光伏逆变器主电路模型之间的导线上；

所述光伏阵列模型，用于向被测光伏逆变器的主电路模型输出电能；

优选的，对被测光伏逆变器分别进行N次所述低电压穿越型式试验和低电压穿越硬件在环仿真，得到N组试验数据和仿真数据；依据所述N组试验数据和仿真数据分析二者之间的误差，N至少为2，包括：

有功功率在稳态范围内的均值偏差F₁₁和正序均值最大偏差F₁₂、在暂态范围内的均值偏差F₁₃，以及加权总误差

无功功率在稳态范围内的均值偏差F₂₁和正序均值最大偏差F₂₂、在暂态范围内的均值偏差F₂₃，以及加权总误差

无功电流在稳态范围内的均值偏差F₃₁和正序均值最大偏差F₃₂、在暂态范围内的均值偏差F₃₃，以及加权总误差

优选的，判断所述试验数据和仿真数据的加权总误差F_1G是否满足有功功率的最大偏差、加权总误差F_2G是否满足无功功率的最大偏差，以及加权总误差F_3G是否满足无功电流的最大偏差；

若任意一个加权总误差不满足其最大偏差的要求，则返回步骤2修改所述被测光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，基于数模混合仿真器、仿真模型和被测光伏逆变器控制器，构建光伏逆变器数模混合仿真平台，解决了现有型式试验安全隐患多、成本巨大的问题；

2、本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，通过型式试验的试验数据和光伏逆变器数模混合仿真平台的仿真数据进行对比校验，将二者误差满足标准规定的光伏逆变器数模混合仿真平台作为同系列光伏逆变器的硬件在环评估基础模型，保证该光伏逆变器数模混合仿真平台能够真实反映光伏逆变器的型式试验测试结果；

3、本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，在验证光伏逆变器数模混合仿真平台的准确度后，仅需通过修改其拓扑结构参数或者电气元件参数即可开展同系列光伏逆变器的硬件在环评估，与现有评估方法相比更加简单灵活、方便；

4、本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，将已经通过型式试验验证的光伏逆变器、待测的同系列的光伏逆变器分别接入光伏逆变器数模混合仿真平台，对同系列的光伏逆变器开展硬件在环评估，能够通过半实物仿真建模的手段创造更多的试验条件，进行更多的工况测试，省去了对同系列的每台光伏逆变器均需要进行型式试验的巨大试验规模和检测成本；

5、本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，不需要对光伏逆变器的控制模型进行识别，相比现有数字仿真评估技术更精确地逼近型式试验的检测结果，更真实地评估同系列光伏逆变器的性能指标，极大地节省光伏逆变器型式试验的检测成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中光伏逆变器数模混合仿真平台结构示意图；

图2：本发明实施例中一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法流程图；

图3：本发明实施例中被测光伏逆变器的拓扑结构图；

图4：本发明实施例中对500kW光伏逆变器进行型式试验时的电压波形图；

图5：本发明实施例中对500kW光伏逆变器进行型式试验时的电流波形图；

图6：本发明实施例中对500kW光伏逆变器进行仿真时的电压波形图；

图7：本发明实施例中对500kW光伏逆变器进行仿真时的电流波形图；

图8：本发明实施例中对125kW光伏逆变器进行仿真时的电压波形图；

图9：本发明实施例中对125kW光伏逆变器进行仿真时的电流波形图；

图10：本发明实施例中对125kW光伏逆变器进行型式试验时的电压波形图；

图11：本发明实施例中对125kW光伏逆变器进行型式试验时的电流波形图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，省去了对同系列的每台光伏逆变器均需进行形式试验的巨大试验规模与检测成本，解决了光伏逆变器型式试验的安全隐患多、成本巨大的问题，以及现有评估技术难以准确反映同系列逆变器性能的测试与评估难题。

本发明中光伏逆变器低电压穿越硬件在环评估方法的实施例如图2所示，具体为：

1、对被测光伏逆变器进行低电压穿越型式试验，记录试验数据。

2、构建被测光伏逆变器主电路模型，并依据该模型构建光伏逆变器数模混合仿真平台。

如图1所示，本实施例中光伏逆变器数模混合仿真平台包括依次连接的仿真器、线性变换单元、仿真器I/O接口和被测控制器；

(1)仿真器I/O接口

被测控制器I/O接口包括模拟量输入/输出接口和数字量输入/输出接口，用于连接光伏逆变器控制器。

(2)线性变换单元

线性变换单元，用于将光伏逆变器主电路模型的电压、电流等模拟量线性变换到仿真器I/O接口所能接受的电平范围。

(3)仿真器

仿真器包括电网模型、低电压穿越测试装置、被测光伏逆变器主电路模型和光伏阵列模型，其中：

低电压穿越测试装置连接于电网模型与被测光伏逆变器的主电路之间的导线上。

光伏阵列模型，用于向被测光伏逆变器主电路模型输出电能。

本实施例中仿真器I/O接口也包括模拟量输入/输出接口和数字量输入/输出接口。

3、按照低电压穿越型式试验的测试要求，在光伏逆变器数模混合仿真平台上对被测光伏逆变器进行低电压穿越仿真，记录仿真数据。

本实施例中低电压穿越型式试验的测试要求主要包括低电压穿越性能型式试验的测试标准、测试项目和测试步骤。

4、判断试验数据和仿真数据的误差是否满足预置的最大偏差：若不满足则返回步骤2修改光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5。

本实施中试验数据和仿真数据的误差通过对N次低电压穿越试验数据和仿真数据分析得到，具体是对被测光伏逆变器分别进行N次所述低电压穿越型式试验和低电压穿越硬件在环仿真，得到N组试验数据和仿真数据；依据N组试验数据和仿真数据分析试验数据和仿真数据之间的误差，包括：

①：有功功率在稳态范围内的均值偏差F₁₁和正序均值最大偏差F₁₂、在暂态范围内的均值偏差F₁₃，以及加权总误差

②：无功功率在稳态范围内的均值偏差F₂₁和正序均值最大偏差F₂₂、在暂态范围内的均值偏差F₂₃，以及加权总误差

③：无功电流在稳态范围内的均值偏差F₃₁和正序均值最大偏差F₃₂、在暂态范围内的均值偏差F₃₃，以及加权总误差

判断试验数据和仿真数据的加权总误差F_1G是否满足有功功率的最大偏差、加权总误差F_2G是否满足无功功率的最大偏差，以及加权总误差F_3G是否满足无功电流的最大偏差；若任意一个加权总误差不满足其最大偏差的要求，则返回步骤2修改被测光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5。

本实施例中试验数据和仿真数据主要包括并网逆变器输出的电压、电流等测试数据，同时最大偏差可以按照标准《光伏发电系统模型及参数测试规程》设定。若误差结果满足最大偏差，说明此时构建的光伏逆变器数模混合仿真平台能够真实反映光伏逆变器的低电压穿越型式试验的试验结果。若误差结果不满足最大偏差，需要对光伏逆变器主电路模型进行修改，重新构建光伏逆变器数模混合仿真平台。

5、获取与被测光伏逆变器属于同系列型号的光伏逆变器的电气参数，依据电气参数修改光伏逆变器数模混合仿真平台的模型参数，并在修改后的光伏逆变器数模混合仿真平台上对光伏逆变器进行低电压穿越仿真；依据低电压穿越仿真结果对光伏逆变器的低电压穿越性能进行评估。

本实施例中光伏逆变器的电气参数主要包括光伏逆变器的拓扑结构参数和电气元件参数。

本发明中如图3所示某型500kW光伏逆变器采用基于数模混合仿真的光伏逆变器硬件在环评估方法对其同系列型号的125kW光伏逆变器开展低电压穿越性能硬件在环评估过程为：

本实施例中该500kW光伏逆变器已经通过GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》中低电压穿越能力测试，其各元器件的参数如表1所示：

表1

直流侧电容	13200uF
		IGBT，开关频率	4.5kHz
交流侧滤波电感	200uH
		交流侧滤波电容	200uF

(1)基于RT-LAB软件构建500kW光伏逆变器主电路模型，并依据该模型构建光伏逆变器数模混合仿真平台。

(2)按照500kW光伏逆变器低电压穿越能力测试型式试验的测试要求，在光伏逆变器数模混合仿真平台上对500kW光伏逆变器进行低电压穿越仿真，记录仿真数据。

本实施例中测试要求为依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》开展共计96个跌落点的低电压穿越测试，其中当电网电压跌落至40％额定电压时：

图4示出了500kW光伏逆变器进行型式试验的电压波形图，图5示出了500kW光伏逆变器进行型式试验的电流波形图，图6示出了500kW光伏逆变器进行仿真的电压波形图，图7示出了500kW光伏逆变器进行仿真的电流波形图。

(3)判断500kW光伏逆变器的试验数据和仿真数据的误差是否满足预置的最大偏差。本实施例中参考标准《光伏发电系统模型及参数测试规程》，试验数据和仿真数据的对比需要考虑光伏逆变器在故障穿越时的无功电流、有功功率、无功功率的基波正序分量，从而计算试验数据与仿真数据之间的误差，定量评价光伏逆变器数模混合仿真平台的准确度。

对96次电压跌落试验和仿真进行误差分析，其结果如表2所示：

表2

F₁为稳态范围内均值偏差；F₂为暂态范围内均值偏差；F₃为稳态范围内正序均值的最大偏差；F_G为三者的加权总误差，通过表2可以得到500kW光伏逆变器的试验数据和仿真数据的误差满足依据《光伏发电系统模型及参数测试规程》设定的最大偏差。

(4)以上述500kW光伏逆变器构建的光伏逆变器数模混合仿真平台对125kW光伏逆变器进行硬件在环仿真。

125kW光伏逆变器与500kW光伏逆变器的拓扑结构相同，各元器件参数如表3所示：

表3：

直流侧电容	6200uF
		IGBT，开关频率	4.5kHz
交流侧滤波电感	500uH
		交流侧滤波电容	100uF

依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》开展共计96个跌落点的低电压穿越测试，其中当电网电压跌落至40％额定电压时：图8示出了125kW光伏逆变器进行仿真的电压波形图，图9示出了125kW光伏逆变器进行仿真的电流波形图。

为了验证本发明中基于数模混合仿真的光伏逆变器硬件在环评估方法的正确性，对125kW光伏逆变器进行低电压穿越能力测试的型式试验，同样依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》开展共计96个跌落点的低电压穿越测试，其中当电网电压跌落至40％额定电压时：图10是示出了125kW光伏逆变器进行型式试验的电压波形图，图11示出了125kW光伏逆变器进行型式试验的电流波形图。

判断125kW光伏逆变器的仿真数据和试验数据是否满足按照参考标准《光伏发电系统模型及参数测试规程》设定的最大偏差，对96次电压跌落试验和仿真进行误差分析，其结果如表4所示：

表4

F₁为稳态范围内均值偏差；F₂为暂态范围内均值偏差；F₃为稳态范围内正序均值的最大偏差；F_G为三者的加权总误差，通过表4可以得到125kW光伏逆变器的试验数据和仿真数据的误差满足依据《光伏发电系统模型及参数测试规程》设定的最大偏差，该基于数模混合仿真的光伏逆变器硬件在环仿真结果能够真实反映型式试验的测试性能。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于数模混合仿真的光伏逆变器低电压穿越评估方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：对被测光伏逆变器进行低电压穿越型式试验，记录试验数据；

步骤2：构建被测光伏逆变器主电路模型、光伏阵列模型、电网模型和低电压穿越检测装置模型，并依据所述被测光伏逆变器主电路模型、光伏阵列模型、电网模型和低电压穿越检测装置模型构建光伏逆变器数模混合仿真平台；

步骤3：按照所述低电压穿越型式试验的测试要求，在所述光伏逆变器数模混合仿真平台上对所述被测光伏逆变器进行低电压穿越硬件在环仿真，记录仿真数据；

步骤4：判断所述试验数据和仿真数据的误差是否满足预置的最大偏差：若不满足则返回步骤2修改所述被测光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5；

步骤5：获取与所述被测光伏逆变器属于同系列型号的光伏逆变器的电气参数，依据所述电气参数修改光伏逆变器数模混合仿真平台的模型参数，并在修改后的光伏逆变器数模混合仿真平台上对所述光伏逆变器进行低电压穿越硬件在环仿真；

依据低电压穿越仿真结果对所述光伏逆变器的低电压穿越性能进行评估。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏逆变器数模混合仿真平台包括依次连接的仿真器、线性变换单元、仿真器I/O接口和被测控制器；

所述仿真器I/O接口，用于连接仿真器与所述被测控制器；

所述线性变换单元，用于将所述被测光伏逆变器主电路模型的电压和电流的模拟量信号线性变换到仿真器I/O接口所能接受的电平范围。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述仿真器包括被测光伏逆变器主电路模型、电网模型、低电压穿越检测装置模型和光伏阵列模型；

所述低电压穿越检测装置模型连接于所述电网模型与被测光伏逆变器主电路模型之间的导线上；

所述光伏阵列模型，用于向被测光伏逆变器的主电路模型输出电能。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对被测光伏逆变器分别进行N次所述低电压穿越型式试验和低电压穿越硬件在环仿真，得到N组试验数据和仿真数据；依据所述N组试验数据和仿真数据分析二者之间的误差，N至少为2，包括：

有功功率在稳态范围内的均值偏差F₁₁和正序均值最大偏差F₁₂、在暂态范围内的均值偏差F₁₃，以及加权总误差

无功功率在稳态范围内的均值偏差F₂₁和正序均值最大偏差F₂₂、在暂态范围内的均值偏差F₂₃，以及加权总误差

无功电流在稳态范围内的均值偏差F₃₁和正序均值最大偏差F₃₂、在暂态范围内的均值偏差F₃₃，以及加权总误差

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，判断所述试验数据和仿真数据的加权总误差F_1G是否满足有功功率的最大偏差、加权总误差F_2G是否满足无功功率的最大偏差，以及加权总误差F_3G是否满足无功电流的最大偏差；

若任意一个加权总误差不满足其最大偏差的要求，则返回步骤2修改所述被测光伏逆变器主电路模型，若满足则执行步骤5。