CN106814265A - 一种光伏逆变器发电效率测试系统 - Google Patents

一种光伏逆变器发电效率测试系统 Download PDF

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秦筱迪
夏烈
周荣蓉
杨青斌
郭重阳
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Abstract

本发明提供一种光伏逆变器发电效率测试系统，包括组件模拟直流源、电流传感器、数据采集仪、光伏逆变器和交流电网；组件模拟直流源、光伏逆变器和交流电网依次连接，电流传感器安装在组件模拟直流源的高压直流母线上，其通过二次电流母线与数据采集仪连接。本发明使用模块化串并联结构的组件模拟直流源，硬件结构灵活，适用性强，可高精度逼近真实光伏组件的出力特性，降低模拟的光伏组件IV曲线失真度，依据直流源并联情况调整电流传感器，实现电流测量精度最优，确保发电效率数值准确可靠；本发明提供的测试系统可广泛用于光伏逆变器发电效率测试场合，可提高多个效率测试工况下的测试精度，大大降低测试方案的误差。

Description

一种光伏逆变器发电效率测试系统
技术领域
本发明涉及一种测试系统，具体涉及一种光伏逆变器发电效率测试系统。
背景技术
目前国内的光伏并网发电容量逐年上升，光伏发电在部分区域电网中占据相当大的比例，由于光伏电站的收益和其发电量直接相关，电站开发商和业主均将注意力转移到电站的发电效率上。光伏电站的系统损耗是多元的，影响因素包括组件效率、线缆损耗、逆变器效率和配电损耗等，组件效率可通过专业的组件测试实验室来测试组件衰减率，线缆损耗和配电损耗通常是比较固定和容易评估的，而逆变器效率则是目前影响光伏电站系统发电效率的关键，如何精确测试和评估光伏逆变器发电效率也是目前行业的难点和热点。
目前的光伏逆变器效率测试主要使用以下几个标准，欧洲常用标准为英国的EN50530：2010Overall efficiency of grid connected photovoltaic inverters，该标准主要内容为并网光伏逆变器整体效率测试，标准中对测试环境和组件模拟直流源的性能均作了规范，其测试部分包括静态测试、动态测试和启停机测试3个部分，其中静态测试中包含MPPT效率测试和转换效率测试，效率值需在多个MPP电压点和运行功率段工况下测得，使用欧洲效率和加州效率加权因子分别计算生成欧洲效率和加州效率。国内的光伏逆变器效率测试主要使用2013年推出的CGC/GF 035：2013《光伏并网逆变器中国效率技术条件》，与EN50530：2010相比，中国效率依据中国太阳能资源区的辐照度情况对静态最大功率点跟踪(Maximum Power PointTracking,，MPPT)效率中的权重系数进行修正，使之更加符合中国本土光伏发电效率评估要求。
上述标准中的测试方法均对测试环境做了严格定义，包括组件模拟直流源的稳态精度和动态响应速度、测试仪器的采样率和测量精度等，但多数指标均为额定工况下测得。光伏逆变器实际运行时前端的直流组件为连续模拟参量，会自动随着辐照度变化调整出力曲线，其曲线是连续平滑的，而实验室测试使用的组件模拟直流源为开关电源，会存在控制精度步长问题，步长越小，其曲线模拟平滑度则越高。
由于实验室在进行光伏逆变器发电效率测试时多使用和逆变器容量等同的组件模拟直流源完成全部测试，无法依据测试工况调整回路结构和控制精度，在输出高电压小电流和和低电压大电流时直流源的模拟精度较差，同样电流传感器的测量精度也难以全量程满足要求，比如组件模拟直流源的电流控制精度为0.5％In，电压控制精度为0.5％Un，则若组件模拟直流源模拟IV曲线最大功率点电流为5％In时，等效的电流控制精度最差可达10％，图1为额定电流800A时直流源模拟的IV曲线，电流精度为4A，图2为直流源模拟40A(5％额定电流)时的IV曲线，实线为理想曲线，圆点虚线为直流源实际模拟曲线，实际曲线按4A的电流分辨率生成曲线点，点间使用线性插值获得，直流源难以精确控制点间部分曲线。部分光伏逆变器的MPP电压范围极宽，比如450Vdc-800Vdc，使用1000Vdc额定输出电压的直流源模拟450V时则很难响应较小步长的电压扰动，如此在测试的过程中极易引起光伏逆变器在最大功率点两侧震荡和光伏逆变器进行直流功率扰动时直流源无响应或响应错误等现象，极为影响发电效率测试的准确性，且在小电流功率段使用大量程电流传感器也难以获得准确的二次信号，这些也影响所测效率的准确性。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种光伏逆变器发电效率测试系统，通过调整组件模拟直流源的结构和输出容量，实现输出电压/电流精度最优和所模拟的光伏组件IV曲线低失真度，同时依据测试工况选择合适量程的电流传感器，实现测量数据精度最优。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种光伏逆变器发电效率测试系统，所述测试系统包括组件模拟直流源、电流传感器、数据采集仪、光伏逆变器和交流电网；所述组件模拟直流源、光伏逆变器和交流电网依次连接，所述电流传感器安装在组件模拟直流源的高压直流母线上，其通过二次电流母线与数据采集仪连接。
所述发电效率包括光伏逆变器的MPPT效率和逆变效率。
所述组件模拟直流源模拟光伏组件在不同辐照度工况下的出力特性，提供直流电给光伏逆变器。
所述组件模拟直流源包括j个并联的高压直流源模块；高压直流源模块并联在高压直流母线和低压直流母线之间；每个高压直流源模块包括依次串联的k个直流源模块；
每个直流源模块的输出额定电压、输出额定电流、输出额定功率分别为Un、In、Pn，则每个高压直流源模块的输出额定电压为k×Un，j个高压直流源模块并联后输出额定电流和输出额定功率分别为j×In和k×j×Pn，即组件模拟直流源输出额定电流和输出额定功率分别j×In和k×j×Pn。
所述组件模拟直流源中高压直流源模块并联个数j由所模拟光伏组件IV曲线的短路电流Isc决定，且满足(j-1)*In≤Isc≤j*In，其中1≤j≤n，n表示组件模拟直流源中并联的高压直流源模块最大个数。
每个高压直流源模块中串联的直流源模块个数k由所模拟光伏组件IV曲线的开路电压Uoc决定，且满足(k-1)*Un≤Uoc≤k*Un，其中1≤k≤m，m表示高压直流源模块中串联的直流源模块最大个数。
所述电流传感器的数量与并联在高压直流母线上的高压直流源模块数量相等，用CT1、CT2、…、CTj表示；
电流传感器CT1测量第一个高压直流源模块的电流Idc1，CT2测量前2个高压直流源模块的总电流Idc2，电流传感器CTj测量前j个高压直流直流源模块的总电流Idcj。
电流传感器CT1、CT2、…、CTj选择相同转换类型和变比；
电流传感器CT1、CT2、…、CTj的二次侧均连接二次电流母线。
电流传感器的输出为电流型或电压型；采用手动方式或继电器自动投切的方式切换电流传感器。
所述数据采集仪通过二次电流母线采集电流传感器测量的电流Idc，同时采集光伏逆变器直流侧电压Udc、光伏逆变器交流侧电流Iac、光伏逆变器交流侧电压Uac；
通过电流传感器测量的电流Idc和光伏逆变器直流侧电压Udc得到光伏逆变器直流侧功率Pdc，有Pdc＝Udc×Idc；
通过光伏逆变器交流侧电流Iac和光伏逆变器交流侧电压Uac得到光伏逆变器交流侧功率Pac，有Pac＝Uac×Iac；
最后根据Pac和Pdc得到光伏逆变器的逆变效率ηcon，有ηcon＝Pac/Pdc；且依据Pdc和组件模拟直流源的设定功率Pset得到光伏逆变器的MPPT效率ηMPPT，有ηMPPT＝Pdc/Pset。
所述光伏逆变器将直流电转换为交流电，并将该交流电传输给交流电网；所述交流电网采用真实电网或交流电源。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
1)该系统使用模块化串并联结构的组件模拟直流源，硬件结构灵活，适用性强，可高精度逼近真实光伏组件的出力特性，降低模拟的光伏组件IV曲线失真度，避免由于直流源控制精度不足造成的光伏逆变器跟踪振荡，使得测试环境更加符合现场电站工况，依据直流源并联情况调整电流传感器，实现电流测量精度最优，确保发电效率数值准确可靠；
2)该测试系统中的优化配置理念可推广至当前多数光伏逆变器测试平台，用以提高平台的测试精度，具体的精度提升幅度受其使用的组件模拟直流源结构和电流传感器精度影响；
3)本发明提供的测试系统可广泛用于光伏逆变器发电效率测试场合，覆盖MPPT效率(包括静态MPPT效率和动态MPPT效率)和逆变效率等，可提高多个效率测试工况下的测试精度，大大降低测试方案的误差；
4)适用于国内外主流光伏逆变器发电效率测试标准，在光伏逆变器发电效率测试和电站整体性能评估场合极具应用价值。
附图说明
图1是现有技术中额定电流在800A条件下组件模拟直流源模拟的光伏组件IV曲线图；
图2是现有技术中额定电流在40A(5％额定电流)条件下组件模拟直流源模拟的光伏组件IV曲线图；
图3是本发明实施例中光伏逆变器发电效率测试系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供一种光伏逆变器发电效率测试系统，如图3，所述测试系统包括组件模拟直流源、电流传感器、数据采集仪、光伏逆变器和交流电网；所述组件模拟直流源、光伏逆变器和交流电网依次连接，所述电流传感器安装在组件模拟直流源的高压直流母线上，其通过二次电流母线与数据采集仪连接。
所述发电效率包括光伏逆变器的MPPT效率和逆变效率。
所述组件模拟直流源模拟光伏组件在不同辐照度工况下的出力特性，提供直流电给光伏逆变器。
所述组件模拟直流源包括j个并联的高压直流源模块；高压直流源模块并联在高压直流母线和低压直流母线之间；每个高压直流源模块包括依次串联的k个直流源模块；
每个直流源模块的输出额定电压、输出额定电流、输出额定功率分别为Un、In、Pn，则每个高压直流源模块的输出额定电压为k×Un，j个高压直流源模块并联后输出额定电流和输出额定功率分别为j×In和k×j×Pn，即组件模拟直流源输出额定电流和输出额定功率分别j×In和k×j×Pn。
所述组件模拟直流源中高压直流源模块并联个数j由所模拟光伏组件IV曲线的短路电流Isc决定，且满足(j-1)*In≤Isc≤j*In，其中1≤j≤n，n表示组件模拟直流源中并联的高压直流源模块最大个数。
每个高压直流源模块中串联的直流源模块个数k由所模拟光伏组件IV曲线的开路电压Uoc决定，且满足(k-1)*Un≤Uoc≤k*Un，其中1≤k≤m，m表示高压直流源模块中串联的直流源模块最大个数。
所述电流传感器的数量与并联在高压直流母线上的高压直流源模块数量相等，用CT1、CT2、…、CTj表示；
电流传感器CT1测量第一个高压直流源模块的电流Idc1，CT2测量前2个高压直流源模块的总电流Idc2，电流传感器CTj测量前j个高压直流直流源模块的总电流Idcj。
电流传感器CT1、CT2、…、CTj选择相同转换类型和变比；
电流传感器CT1、CT2、…、CTj的二次侧均连接二次电流母线。
电流传感器的输出为电流型或电压型；采用手动方式或继电器自动投切的方式切换电流传感器。
所述数据采集仪通过二次电流母线采集电流传感器测量的电流Idc，同时采集光伏逆变器直流侧电压Udc、光伏逆变器交流侧电流Iac、光伏逆变器交流侧电压Uac；
通过电流传感器测量的电流Idc和光伏逆变器直流侧电压Udc得到光伏逆变器直流侧功率Pdc，有Pdc＝Udc×Idc；
通过光伏逆变器交流侧电流Iac和光伏逆变器交流侧电压Uac得到光伏逆变器交流侧功率Pac，有Pac＝Uac×Iac；
最后根据Pac和Pdc得到光伏逆变器的逆变效率ηcon，有ηcon＝Pac/Pdc；且依据Pdc和组件模拟直流源的设定功率Pset得到光伏逆变器的MPPT效率ηMPPT，有ηMPPT＝Pdc/Pset。
所述光伏逆变器将直流电转换为交流电，并将该交流电传输给交流电网；所述交流电网采用真实电网或交流电源。
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，所属领域的普通技术人员参照上述实施例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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (11)

1.一种光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述测试系统包括组件模拟直流源、电流传感器、数据采集仪、光伏逆变器和交流电网；所述组件模拟直流源、光伏逆变器和交流电网依次连接，所述电流传感器安装在组件模拟直流源的高压直流母线上，其通过二次电流母线与数据采集仪连接。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述发电效率包括光伏逆变器的MPPT效率和逆变效率。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述组件模拟直流源模拟光伏组件在不同辐照度工况下的出力特性，提供直流电给光伏逆变器。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述组件模拟直流源包括j个并联的高压直流源模块；高压直流源模块并联在高压直流母线和低压直流母线之间；每个高压直流源模块包括依次串联的k个直流源模块；
每个直流源模块的输出额定电压、输出额定电流、输出额定功率分别为Un、In、Pn，则每个高压直流源模块的输出额定电压为k×Un，j个高压直流源模块并联后输出额定电流和输出额定功率分别为j×In和k×j×Pn，即组件模拟直流源输出额定电流和输出额定功率分别j×In和k×j×Pn。
5.根据权利要求4所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述组件模拟直流源中高压直流源模块并联个数j由所模拟光伏组件IV曲线的短路电流Isc决定，且满足(j-1)*In≤Isc≤j*In，其中1≤j≤n，n表示组件模拟直流源中并联的高压直流源模块最大个数。
6.根据权利要求4所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：每个高压直流源模块中串联的直流源模块个数k由所模拟光伏组件IV曲线的开路电压Uoc决定，且满足(k-1)*Un≤Uoc≤k*Un，其中1≤k≤m，m表示高压直流源模块中串联的直流源模块最大个数。
7.根据权利要求1所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述电流传感器的数量与并联在高压直流母线上的高压直流源模块数量相等，用CT1、CT2、…、CTj表示；
电流传感器CT1测量第一个高压直流源模块的电流Idc1，CT2测量前2个高压直流源模块的总电流Idc2，电流传感器CTj测量前j个高压直流直流源模块的总电流Idcj。
8.根据权利要求5所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：电流传感器CT1、CT2、…、CTj选择相同转换类型和变比；
电流传感器CT1、CT2、…、CTj的二次侧均连接二次电流母线。
9.根据权利要求1或7所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：电流传感器的输出为电流型或电压型；采用手动方式或继电器自动投切的方式切换电流传感器。
10.根据权利要求7所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述数据采集仪通过二次电流母线采集电流传感器测量的电流Idc，同时采集光伏逆变器直流侧电压Udc、光伏逆变器交流侧电流Iac、光伏逆变器交流侧电压Uac；
通过电流传感器测量的电流Idc和光伏逆变器直流侧电压Udc得到光伏逆变器直流侧功率Pdc，有Pdc＝Udc×Idc；
通过光伏逆变器交流侧电流Iac和光伏逆变器交流侧电压Uac得到光伏逆变器交流侧功率Pac，有Pac＝Uac×Iac；
最后根据Pac和Pdc得到光伏逆变器的逆变效率ηcon，有ηcon＝Pac/Pdc；且依据Pdc和组件模拟直流源的设定功率Pset得到光伏逆变器的MPPT效率ηMPPT，有ηMPPT＝Pdc/Pset。
11.根据权利要求1所述的光伏逆变器发电效率测试系统，其特征在于：所述光伏逆变器将直流电转换为交流电，并将该交流电传输给交流电网；所述交流电网采用真实电网或交流电源。
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