CN106680624A - 电网设备性能在环测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种电网设备性能在环测试系统，包括被测功率硬件、接口电路以及仿真控制单元，所述仿真单元通过接口电路与被测功率硬件连接；所述接口电路包括AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、第一闭环控制模块、第二闭环控制模块、电感L1、电阻R1、软启动开关K1、开关K2以及滤波电路；能够对风电的功率器件进行准确测试，能够对风电的最大功率以及有功无功的测试进行准确控制，从而准确测试出风电功率器件的性能，利于对风能并入电网进行准确控制，进而利于减少电网弃风，而且适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试系统，尤其涉及一种电网设备性能在环测试系统。
背景技术
随着社会的发展，化石能源被大量的利用和消耗，因此，寻找的新的能源代替传统的化石能源成为了人们解决能源危机以及保护生态环境的重要课题，因此，可再生能源中的太阳能、风能以及水力发电成为解决上述问题的关键，其中，风能的利用现在越来越普遍，风能即利用风电机组进行发电，风电机组通常通过电能变换装置与电网相连，相对于传统同步机组的发电模，同步发电机组发电有长时间的工程实践经验基础和充分的科学研究，然而由于风力发电的波动性等影响，风电机组的功率器件的性能对风电并网具有至关重要的影响，因此，如何了解电网的功率器件的性能，并保证风力发电输出频率稳定的电能成为了风电并网的关键，然而，现有技术中还没有一种有效的系统对电网的功率器件进行检测。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的功率硬件检测系统。
本发明提供的一种电网功率在环测试系统，包括被测功率硬件、接口电路以及仿真控制单元，所述仿真单元通过接口电路与被测功率硬件连接；
所述接口电路包括AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、第一闭环控制模块、第二闭环控制模块、电感L1、电阻R1、软启动开关K1、开关K2以及滤波电路；
所述电阻R1的一端与开关K2连接，开关K2的另一端与电网母线连接，电阻R1的另一端通过电感L1与AC/DC整流模块的输入端连接，所述AC/DC整流模块的输出端与DC/AC逆变模块的输入端连接，所述DC/AC逆变模块的输出端通过滤波器与被测功率硬件的输入端连接，所述软启动开关K1与电阻R1形成并联结构，所述第一闭环控制模块的输入端与电阻R1和开关K2的公共连接点连接，第一闭环控制模块的输出端与AC/DC整流模块的控制端连接,所述第二闭环控制模块的输入端连接于滤波器与被测功率硬件的公共连接点，第二闭环控制模块的输出端连接于DC/AC逆变模块的控制端，所述AC/DC整流模块的控制输入端与仿真控制单元的输出端连接。
进一步，还包括采集反馈模块，所述采集反馈模块包括电流检测电路，所述电流检测电路的输入端连接于滤波电路和被测功率硬件之间的公共连接点，电流检测电路的输出端与仿真控制单元的反馈输入端连接。
进一步，所述仿真控制单元包括仿真控制主机、PCI总线、AD转换电路以及DA转换电路，所述仿真控制主机通过PCI总线与AD转换电路的输出端以及DA转换电路的输入端连接，所述AD转换电路的输入端作为仿真控制单元的反馈输入端与电流检测电路连接，所述DA转换电路的输出端与DC/AC转换电路的控制输入端连接。
进一步，所述第一闭环控制模块包括第一处理芯片、第二处理芯片、第三处理芯片、第一AD采集电路以及电压采集电路，所述第一处理芯片分别与第二处理芯片和第三处理芯片通信连接，所述第一处理芯片的输入端与第一AD采集电路的输出端连接，所述第一AD采集电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，所述电压采集电路用于采集电网母线电压并输出，所述第一处理芯片的输出端还与AC/DC整流模块的控制端连接。
进一步，所述滤波电路为LCL滤波电路。
进一步，根据如下方法评估测试系统的准确性：
S1.采集测试参数，其中，测试参数包括系统的超调量、调节时间、自然频率以及系统阻尼系数；
S2.构建准确性评估模型：
其中，ετ为系统评估误差，σ′pi％为系统延时时的超调量，σpi％为系统无延时状态下的超调量，t′si为一阶系统动态响应的调节时间，tsi为二阶系统的动态响应的调节时间；
当系统的误差满足上述约束条件要求，则判定系统具有良好准确性。
进一步，步骤S2中，超调量σ％按照如下公式计算：
其中，ζ为系统的阻尼系数。
进一步，步骤S2中，根据如下公式确定系统的评估误差ετ：
其中，为系统无延时的系统阻尼系数，和为系统延时状态下的系统阻尼系数，ωn为系统无延时的自然频率，ωn'为系统有延时的自然频率，te为动态响应的持续时间。
本发明的有益效果：能够对风电的功率器件进行准确测试，能够对风电的最大功率以及有功无功的测试进行准确控制，从而准确测试出风电功率器件的性能，利于对风能并入电网进行准确控制，进而利于减少电网弃风，而且适应性强。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
图1为本发明的原理图，如图所示，本发明提供的一种电网设备性能在环测试系统，包括被测功率硬件、接口电路以及仿真控制单元，所述仿真单元通过接口电路与被测功率硬件连接；
所述接口电路包括AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、第一闭环控制模块、第二闭环控制模块、电感L1、电阻R1、软启动开关K1、开关K2以及滤波电路；
所述电阻R1的一端与开关K2连接，开关K2的另一端与电网母线连接，电阻R1的另一端通过电感L1与AC/DC整流模块的输入端连接，所述AC/DC整流模块的输出端与DC/AC逆变模块的输入端连接，所述DC/AC逆变模块的输出端通过滤波器与被测功率硬件的输入端连接，所述软启动开关K1与电阻R1形成并联结构，所述第一闭环控制模块的输入端与电阻R1和开关K2的公共连接点连接，第一闭环控制模块的输出端与AC/DC整流模块的控制端连接,所述第二闭环控制模块的输入端连接于滤波器与被测功率硬件的公共连接点，第二闭环控制模块的输出端连接于DC/AC逆变模块的控制端，所述AC/DC整流模块的控制输入端与仿真控制单元的输出端连接。
其中，本发明的电力设备是指风力发电机、变压器等；通过上述结构，能够对风电的功率器件进行准确测试，能够对风电的最大功率以及有功无功的测试进行准确控制，从而准确测试出风电功率器件的性能，利于对风能并入电网进行准确控制，进而利于减少电网弃风，而且适应性强
本实施例中，还包括采集反馈模块，所述采集反馈模块包括电流检测电路，所述电流检测电路的输入端连接于滤波电路和被测功率硬件之间的公共连接点，电流检测电路的输出端与仿真控制单元的反馈输入端连接，所述电流采集电路采用现有的电流传感器或者现有的电路，现有的采集芯片，比如MAX471采集芯片，MAX472采集芯片等，通过这种结构，能够对测试系统输出的电流进行准确采集，进而采集测试系统的频率、相位等信息，进而形成闭环控制，利于准确测试功率器件的性能。
本实施例中，所述仿真控制单元包括仿真控制主机、PCI总线、AD转换电路以及DA转换电路，所述仿真控制主机通过PCI总线与AD转换电路的输出端以及DA转换电路的输入端连接，所述AD转换电路的输入端作为仿真控制单元的反馈输入端与电流检测电路连接，所述DA转换电路的输出端与DC/AC转换电路的控制输入端连接，其中AD转换电路和DA转换电路均采用现有的电路，比如ADS7805芯片，DA转换电路采用DAC0832或者TLV2543芯片。
本实施例中，所述第一闭环控制模块包括第一处理芯片、第二处理芯片、第三处理芯片、第一AD采集电路以及电压采集电路，所述第一处理芯片分别与第二处理芯片和第三处理芯片通信连接，所述第一处理芯片的输入端与第一AD采集电路的输出端连接，所述第一AD采集电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，所述电压采集电路用于采集电网母线电压并输出，所述第一处理芯片的输出端还与AC/DC整流模块的控制端连接，其中，第一AD采集电路采用AD7705芯片，其中，第二处理芯片和第三处理芯片均采用DSP芯片，第二处理芯片用于进行数据管理、算法控制等，采用CY37064芯片，第三处理芯片用于进行人机交互，通过显示器输出处理过程的参数拟合成曲线并输出，采用TMSC6000芯片，第一处理芯片采用CPLD芯片，如MAX7000E芯片，其中，第一处理芯片用于对AC/DC整流模块进行逻辑控制和保护控制；第二闭环控制模块与第一闭环控制模块的结构相同，其中，第二闭环控制模块的电压采集电路的输入端与滤波电路和被测功率硬件之间的公共连接点，第二闭环控制模块的第一处理芯片的输出端与DC/AC转换电路的控制端连接，第二闭环控制模块与仿真控制单元一起用于控制DA/AC逆变模块的工作，从而输出稳定的电能，进而对功率器件进行测试。
本实施例中，所述滤波电路为LCL滤波电路，其中，该滤波电路由图1中L2、L3以及C1组成，其中，电感L3和电容C分别对开关纹波电流呈现了高阻和低阻特性，二者配合使用可以实现对高频纹波的并联分流，进而保证滤波的效果通过这种结构，用于滤出高次谐波，从而准确测试功率器件的性能参数。
本实施例中，本系统用来测试电网功率器件的性能，需要对其进行准确性评估后才能使用，而且本系统既可以描述成一阶系统，也可以描述成二阶系统，因此，通过将两种系统结合进行准确性评估，具体方法如下：
S1.采集测试参数，其中，测试参数包括系统的超调量、调节时间、自然频率以及系统阻尼系数；
S2.构建准确性评估模型：
其中，ετ为系统评估误差，σ′pi％为系统延时时的超调量，σpi％为系统无延时状态下的超调量，t′si为一阶系统动态响应的调节时间，tsi为二阶系统的动态响应的调节时间；
当系统的误差满足上述约束条件要求，则判定系统具有良好准确性。
进一步，步骤S2中，超调量σ％按照如下公式计算：
其中，ζ为系统的阻尼系数，其中，系统的阻尼系数在有无延时下是不同的，因此具有不同的超调量。
步骤S2中，根据如下公式确定系统的评估误差ετ：
其中，为系统无延时的系统阻尼系数，和为系统延时状态下的系统阻尼系数，ωn为系统无延时的自然频率，ωn'为系统有延时的自然频率，te为动态响应的持续时间。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种电网设备性能在环测试系统，其特征在于：包括被测功率硬件、接口电路以及仿真控制单元，所述仿真单元通过接口电路与被测功率硬件连接；
所述接口电路包括AC/DC整流模块、DC/AC逆变模块、第一闭环控制模块、第二闭环控制模块、电感L1、电阻R1、软启动开关K1、开关K2以及滤波电路；
所述电阻R1的一端与开关K2连接，开关K2的另一端与电网母线连接，电阻R1的另一端通过电感L1与AC/DC整流模块的输入端连接，所述AC/DC整流模块的输出端与DC/AC逆变模块的输入端连接，所述DC/AC逆变模块的输出端通过滤波器与被测功率硬件的输入端连接，所述软启动开关K1与电阻R1形成并联结构，所述第一闭环控制模块的输入端与电阻R1和开关K2的公共连接点连接，第一闭环控制模块的输出端与AC/DC整流模块的控制端连接,所述第二闭环控制模块的输入端连接于滤波器与被测功率硬件的公共连接点，第二闭环控制模块的输出端连接于DC/AC逆变模块的控制端，所述AC/DC整流模块的控制输入端与仿真控制单元的输出端连接。
2.根据权利要求1所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：还包括采集反馈模块，所述采集反馈模块包括电流检测电路，所述电流检测电路的输入端连接于滤波电路和被测功率硬件之间的公共连接点，电流检测电路的输出端与仿真控制单元的反馈输入端连接。
3.根据权利要求2所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：所述仿真控制单元包括仿真控制主机、PCI总线、AD转换电路以及DA转换电路，所述仿真控制主机通过PCI总线与AD转换电路的输出端以及DA转换电路的输入端连接，所述AD转换电路的输入端作为仿真控制单元的反馈输入端与电流检测电路连接，所述DA转换电路的输出端与DC/AC转换电路的控制输入端连接。
4.根据权利要求3所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：所述第一闭环控制模块包括第一处理芯片、第二处理芯片、第三处理芯片、第一AD采集电路以及电压采集电路，所述第一处理芯片分别与第二处理芯片和第三处理芯片通信连接，所述第一处理芯片的输入端与第一AD采集电路的输出端连接，所述第一AD采集电路的输入端与电压采集电路的输出端连接，所述电压采集电路用于采集电网母线电压并输出，所述第一处理芯片的输出端还与AC/DC整流模块的控制端连接。
5.根据权利要求1所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：所述滤波电路为LCL滤波电路。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：根据如下方法评估测试系统的准确性：
S1.采集测试参数，其中，测试参数包括系统的超调量、调节时间、自然频率以及系统阻尼系数；
S2.构建准确性评估模型：
其中，ετ为系统评估误差，σ′pi％为系统延时时的超调量，σpi％为系统无延时状态下的超调量，t′si为一阶系统动态响应的调节时间，tsi为二阶系统的动态响应的调节时间；
当系统的误差满足上述约束条件要求，则判定系统具有良好准确性。
7.根据权利要求6所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：步骤S2中，超调量σ％按照如下公式计算：
其中，ζ为系统的阻尼系数。
8.根据权利要求6所述电网设备性能在环测试系统，其特征在于：步骤S2中，根据如下公式确定系统的评估误差ετ：
其中，为系统无延时的系统阻尼系数，和为系统延时状态下的系统阻尼系数，ωn为系统无延时的自然频率，ωn'为系统有延时的自然频率，te为动态响应的持续时间。
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