CN106959418A - 基于储能pcs的测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种基于储能PCS的测试系统及测试方法。一种基于储能PCS的测试系统，应用于测试利用电池向被测储能PCS供电时所述被测储能PCS的功率变化，所述测试系统包括：电网，用于提供电能；实验储能PCS，与所述被测储能PCS串接于电网上；其中，通过所述实验储能PCS调整电路中的电性参数来模拟所述电池的充、放电的运行工况。一种基于储能PCS的测试方法，所述测试方法包括：实验储能PCS模拟电池的充、放电的运行工况；被测储能PCS根据所述实验储能PCS模拟的运行工况进行功率变换；根据所述被测储能PCS的功率变换情况得到测试结果。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制领域，尤其涉及一种基于储能PCS的测试系统及测试方法。
背景技术
储能技术特别是大规模、大容量储能技术，是解决现代电力系统中可再生能源并网难题的关键技术。储能技术将电能以化学或者物理等形式存储起来，在需要的时候转化成电能释放出来。在可再生能源发电系统以及电网中配备一定容量和功率的储能系统，可以起到平滑和抑制功率波动、提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动等作用。储能系统可以并网运行，向电网随时输送电能或在用电低谷时存储电能。储能系统一般由储能装置(如各种储能电池)和功率变换系统(Power Conversion System,PCS)两部分组成，PCS作为连接储能装置和电网的关键部分，是储能系统的能量传输通道，对输送电能质量具有重要意义，其性能优劣直接影响到电能质量，因此，对储能PCS的测试十分重要。
储能PCS具有为储能电池充放电的功能，目前，一般采用储能电池对其进行测试，结构如图1所示。然而，购置、维护储能电池等不仅需要大量的费用，而且需要较大的存放空间，由于电池为易损耗型器件，循环寿命终结需进行更换，同时在进行极端工况的实验时也有损坏的风险，从而大大增加了对储能PCS的测试研究成本，影响正常的测试进度。同时，对储能系统配套和辅助领域进行研究时，也带来了诸多不便和困难，如无法灵活调节储能电池参数、无法准确控制储能电池工况、电池充放电时间较长等。电池容量有限，为储能PCS大功率长时间的运行带来不便。成本高，占地面积大，购置、维护储能电池等设备需要大量的费用，大容量电池需要较大的空间。
如上所述，现有技术中电池为易损耗型器件，循环寿命终结需进行更换，同时在进行极端工况的实验时也有损坏的风险，大大增加了储能PCS的测试成本，影响正常的测试进度；现有的技术方案欠缺灵活度，无法灵活调节储能电池参数、无法准确控制储能电池工况、电池充放电时间较长等，并且电池电源容量有限，为储能PCS长时间测试，如热测试等，带来不便。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于储能PCS的测试方法及系统，储能PCS采用背靠背结构进行测试，利用背靠背结构的实验储能PCS可模拟电池充放电的运行工况，进而对被测储能PCS的功率变换情况进行测试。
本发明采用如下技术方案：
一种基于储能PCS的测试系统，应用于测试利用电池向被测储能PCS供电时所述被测储能PCS的功率变化，所述测试系统包括：
电网，用于提供电能；
实验储能PCS，与所述被测储能PCS串接于电网上；
其中，通过所述实验储能PCS调整电路中的电性参数来模拟所述电池的充、放电的运行工况。
优选的，所述测试系统还包括：
交流软启动模块，分别与所述实验储能PCS、所述电网连接；
隔离变压器，分别与所述交流软启动模块、所述电网连接；以及
所述交流软启动模块和所述隔离变压器对所述实验储能PCS进行启动保护。
优选的，所述测试系统还包括：
第一人机互动模块，与所述实验储能PCS 485通讯连接，模拟所述电池充、放电的运行工况和/或观测所述电池模拟的运行工况；
第二人机互动模块，与所述被测储能PCS 485通讯连接，控制所述被测储能PCS的运行模式和/或观测所述被测储能PCS运行状况。
一种基于储能PCS的测试方法，所述测试方法包括：
实验储能PCS模拟电池的充、放电的运行工况；
被测储能PCS根据测试要求进行功率变换；
根据所述被测储能PCS的功率变换情况得到测试结果。
优选的，所述测试方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟所述电池的电压逐步升高的运行工况；
当所述被测储能PCS为所述实验储能PCS恒流充电时，所述测试结果为正常。
优选的，所述测试方法中，
所述实验储能PCS模拟电压不变的运行工况；
当所述被测储能PCS采用恒压控制模式为所述实验储能PCS充电时，所述测试结果为正常。
优选的，所述测试方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟电压逐步降低的运行工况；
当所述被测储能PCS为所述实验储能PCS恒流放电或者恒功率放电时，所述测试结果为正常。
优选的，所述方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟电压逐步降低的运行工况；
当所述被测储能PCS根据所述不平衡电流的模式进行放电，则所述测试结果为正常。
优选的，所述方法中，所述实验储能PCS采用三相四桥臂结构。
优选的，所述方法中，
所述实验储能PCS和/或所述被测储能PCS的无功参考值设为零。
本发明的有益效果是：
本发明的测试系统将储能PCS配置成实验用设备和测试用设备，将两台储能PCS采用背靠背式结构连接至电网，电能由交流系统发出的有功电能回到交流系统，实现两端交流系统功率的相互交换，降低了对电源容量的要求，节省了测试成本的同时也给测试带来了便利。测试方法中，通过合理控制将实验用PCS模拟成储能电池，使其实现储能电池充放电工况，可灵活对储能PCS完成充放电实验，实现储能PCS充放电工况测试。
附图说明
图1为现有技术中的测试系统的结构示意图；
图2-图3为本发明基于储能PCS测试系统的结构示意图；
图4为本发明实验储能PCS模拟电池运行工况的仿真示意图；
图5.1-5.9为本发明基于储能PCS的测试方法示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，下述技术方案，技术特征之间可以相互组合。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
本实施例提供了一种基于储能PCS的测试系统，该系统的结构如图2所示，测试系统包括两台储能PCS，分别接入电网，这两个储能PCS的工作状态不再以它们工作于整流或逆变的状态来区分，而以实验设备(实验储能PCS)和被测试设备(被测储能PCS)进行区分。如图2所示，作为实验设备的PCS侧接有隔离变压器，配有交流软启动装置，测试前，启动交流软启动装置，即断开开关，建立母线电压，待母线电压建立后，合上开关，确保测试系统启动时，冲击电流被限制在安全范围内，以保证实验安全。其中，作为实验设备的储能PCS通过交流软启模块，隔离变压器与电网连接，通过合理控制，可模拟电池充放电工况。本发明的测试系统可对被测储能PCS进行测试，如图3所示，将实验装置替代储能电池，通过合理控制，可使其完全模拟储能电池充放电工况，对被测储能PCS进行各项测试，包括恒流充放电，恒功率充放电，恒压充电测试等等，节省了成本和空间，灵活可靠，并降低了对电源容量的要求，为测试提供了便利。
进一步的，本实施例中的两个储能PCS均可以通过485通讯的方式连接一个人机互动模块：第一人机互动模块HMI1和第二人机互动模块HMI2，连接方式如图2所示，第一人机互动模块HMI1可以控制实验设备的模拟充放电工况，第二人机互动模块HMI2可以对被测储能PCS的功率变换情况进行控制和/或观测。
在测试过程中，可由不同类型电池数据，通过matlab等仿真平台线性拟合出电池电压输出特性，设置合理的直流电压参考值，对实验用PCS电池电压进行有效控制，以模拟出不同电池特性，完成各个工况下的测试工作。如锂电池不同放电倍率下电压输出如图4所示，最上面的一条线表示的是0.3C的电池电压与使用时间的关系，下面依次是0.6C和1C的电池，可根据采集到的相关数据，进行线性拟合，推出锂电池输出电压与放电电流及时间关系，得到各个时刻下的输出电压，作为系统直流电压参考值，参与控制。由此，实验用PCS便可模拟出锂电池特性，完成测试。
作为实验设备的PCS，工作在不同的控制模式下来模拟电池的不同运行工况，对被测储能PCS做功能测试。下面以5种不同的运行工况介绍基于储能PCS的测试方法。
实施例一
如图5.1-5.2所示，被测储能PCS给电池恒流充电的工况：
当被测储能PCS给电池恒流充电的时候，电池的电压会逐步升高，为实现该工况，实验储能PCS采用压控方式，模拟电池电压逐步升高的变化，观测被测PCS是否能为模拟电池恒流充电，若可以则测试结果为正常。
其中，表示直流母线电压参考值，udc表示直流母线电压检测值，表示有功电流参考值，其值大小表征输出有功功率参考值大小，表示直流侧电流参考值，idc表示直流侧电流检测值。两装置均采用双环PI调节控制，其中，图5.1-5.9的有部分均为无功控制部分，无功参考值iq设为0即可，此后不再赘述，无功分量的实际值为iq *。此工况下，可根据实际电池电压变化进行变化以模拟电池的输出电压。
图5.1为实验储能PCS的控制框图，图5.2为被测储能PCS的控制框图，如图5.1所示，本实施例中，直流母线电压检测值即实验储能PCS输出给被测储能PCS的电压，该电压需要以直流母线电压参考值为参考进行变化，本实施例中可以为Udc逐步升高，通过比例积分调节确定有功电流参考值，如图5.2所示，被测储能PCS的控制方式同理，以为参考值，将idc保持恒定，通过比例积分(PI)调节得到
实施例二
图5.3为实验储能PCS的控制框图，图5.4为被测储能PCS的控制框图，本实施例提供了被测储能PCS给模拟电池(实验储能PCS)恒压充电的运行工况，当PCS给电池恒压充电时，一般为电池快充满电情况，此时电池电压几乎不变，充电电流较小，为实现该工况，实验储能PCS采用小功率放电，模拟电池电压变化，被测试PCS为恒压控制模式。此时，可根据小功率放电情况直接给定定值，可根据实际母线电压期望值给定。图5.3所示，本实施例中，实验储能PCS对电流进行模拟，其模拟控制过程与实施例一中的被测储能PCS类似，其中id为有功电流检测值通过以为参考值，调节id实现小电流放电，被测储能PCS的电压调节的外环与实施例一中的实验储能PCS较为类似，此处不进行赘述。
实施例三
本实施例提供了被测储能PCS给模拟电池恒流放电：
图5.5为实验储能PCS的控制框图，图5.6为被测储能PCS的控制框图，当实验储能PCS给电池恒流放电时，电池电压慢慢降低，为实现该工况，实验用PCS采用压控方式，模拟电池电压变化，被测试PCS为模拟电池恒流放电。实验储能PCS可双向功率变化，同实施例一所述，可采取相同的控制方式，只是在参考值给定时方向不同，无功参考值设为0即可。如图5.5-5.6所示，本实施例中的实验储能PCS的电压慢慢降低，其实现方式与实施例一中的电压逐步升高方法类似，不同的是电压变化的趋势是不同的，恒流放电是被测储能PCS是相对于这一电流参考值电流逐步减小。
如图5.7-5.8所示，图5.7为实验储能PCS的控制框图，图5.8为被测储能PCS的控制框图，当实验储能PCS给电池恒功率放电时，电池电压慢慢降低，为实现该工况，实验用实验储能PCS采用压控方式，模拟电池电压变化，被测储能PCS为模拟电池恒功率放电。可根据实际电池电压变化进行变化以模拟电池的输出电压，可根据功率要求计算得出，无功参考值设为0即可，与上述的被测储能PCS采用的是恒功率放电。
实施例四
本实施例的实验储能PCS的控制框图和被测储能PCS的控制框图与图5.7和图5.8相同，在被测储能PCS控制框图中增加一控制框图，即图5.9，如图5.7-5.9所示，若实验储能PCS采用三相四桥臂结构，则可以输出不平衡电流，被测试储能PCS根据给定电流进行不平衡电流放电模式进行放电。实验用PCS采用压控方式，被测试用PCS可采用正负序分离，进行PI调节。其中，表示负序有功分量和无功分量，无功参考值设为0即可。
综上所述，本发明较为节省成本并且占地少，使用储能PCS替代储能电池，节省了购买储能电池的成本，储能PCS较储能电池占地面积小，本发明使用储能PCS模拟电池进行测试更为可靠，间接减少了储能PCS的测试成本，本发明的实验储能PCS可模拟不同电池输出特性，完成储能PCS测试，实现两端交流系统功率的相互交换，降低了对电源容量的要求，为测试提供了便利。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (10)
1.一种基于储能PCS的测试系统，其特征在于，应用于测试利用电池向被测储能PCS供电时所述被测储能PCS的功率变化，所述测试系统包括：
电网，用于提供电能；
实验储能PCS，与所述被测储能PCS串接于电网上；
其中，通过所述实验储能PCS调整电路中的电性参数来模拟所述电池的充、放电的运行工况。
2.根据权利要求1所述的基于储能PCS的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：
交流软启动模块，分别与所述实验储能PCS、所述电网连接；
隔离变压器，分别与所述交流软启动模块、所述电网连接；以及
所述交流软启动模块和所述隔离变压器对所述实验储能PCS进行启动保护。
3.根据权利要求1所述的基于储能PCS的测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括：
第一人机互动模块，与所述实验储能PCS 485通讯连接，模拟所述电池充、放电的运行工况和/或观测所述电池模拟的运行工况；
第二人机互动模块，与所述被测储能PCS 485通讯连接，控制所述被测储能PCS的运行模式和/或观测所述被测储能PCS运行状况。
4.一种基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
实验储能PCS模拟电池的充、放电的运行工况；
被测储能PCS根据测试要求进行功率变换；
根据所述被测储能PCS的功率变换情况得到测试结果。
5.根据权利要求4所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述测试方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟所述电池的电压逐步升高的运行工况；
当所述被测储能PCS为所述实验储能PCS恒流充电时，所述测试结果为正常。
6.根据权利要求4所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述测试方法中，
所述实验储能PCS模拟电压不变的运行工况；
当所述被测储能PCS采用恒压控制模式为所述实验储能PCS充电时，所述测试结果为正常。
7.根据权利要求4所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述测试方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟电压逐步降低的运行工况；
当所述被测储能PCS为所述实验储能PCS恒流放电或者恒功率放电时，所述测试结果为正常。
8.根据权利要求4所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述方法中，
所述实验储能PCS采用压控方式模拟电压逐步降低的运行工况；
当所述被测储能PCS根据所述不平衡电流的模式进行放电，则所述测试结果为正常。
9.根据权利要求8所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述方法中，所述实验储能PCS采用三相四桥臂结构。
10.根据权利要求5-8中任意一项所述的基于储能PCS的测试方法，其特征在于，所述方法中，
所述实验储能PCS和/或所述被测储能PCS的无功参考值设为零。
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