CN107134977B - 一种户用光储一体机测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种户用光储一体机的测试方法，步骤如下：步骤1：利用实时仿真器建立仿真测试平台；步骤2：根据户用光储一体机基本特性建立户用光储一体机仿真模型；步骤3：利用仿真测试平台进行全数字仿真校验仿真测试平台准确度；步骤4：利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行功能校验；步骤5：利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试、功率因素测试和功能测试。本发明实现户用光储一体机仿真模型和实体机的相互校验，可以完成对户用光储一体机效率测试、功率因数测试和功能测试，可用于户用光储一体机并网前测试。
Description
技术领域
本发明涉及一种户用光储一体机的测试方法。
背景技术
户用光储一体机是一种应用于户用光伏发电系统中实现交/直流电能转换的设备。户用光储一体机可以利用储能能量管理系统对光伏发出的电能进行充放电处理，同时对户用负荷供电，实现电能的自发自用和余电上网。户用光储一体机具有光伏最大功率点跟踪能力和储能能量管理能力，可以用作备用电源，也可以作为小储能电站被电网调度。
硬件在环仿真是一种利用实时仿真器建立电力系统对实物设备性能仿真和测试的一种仿真测试方法。由于电力系统的工况较为复杂，且利用实际电力系统发生故障进行测试经济成本较高，利用仿真系统进行测试成为较为经济有效的测试方法。利用仿真系统进行测试需要进行精细化建模，保证建模的准确性。仿真模型和实物进行相互校验能够提升仿真模型的准确度。
对于相关内容的研究，目前NB-T 32004-2013光伏发电并网逆变器技术规范提出了光伏逆变器检测的基本内容，NB-T 31016-2011电池储能功率控制系统技术条件提出了储能变流器检测的基本条件，专利201510415268.6一种储能变流器的模型验证方法提出了储能变流器模型的基本检测步骤，专利201310503848.1一种用于大型储能变流器的测试平台给出了储能变流器测试平台的建设方案。但是在现行的标准和专利中，对于户用光储一体机这种兼顾光伏和储能特性的设备的测试方法并未提及，对于户用光储一体机而言，在使用前应该对其功能进行测试。
发明内容
为克服现有技术的不足，满足市场需求，本发明提出一种户用光储一体机的测试方法。
本发明利用硬件在环仿真方法，对户用光储一体机和测试系统建立精准仿真模型，同时，利用建立的仿真模型对户用光储一体机进行效率测试、功率因数测试和功能测试，完成对户用光储一体机的并网前测试，提高户用光储一体机并网的安全性。
本发明方法包括以下步骤：
步骤1，利用实时仿真器建立仿真测试平台；
步骤2，根据户用光储一体机基本特性建立户用光储一体机仿真模型；
步骤3，利用仿真测试平台进行全数字仿真校验仿真测试平台准确度；
步骤4，利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行功能校验；
步骤5，利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试、功率因数测试和功能测试。
所述的户用光储一体机应用于居民用户，总体容量为5kW，具备并离网切换模式、光伏最大功率点跟踪能力，并可以根据光照条件和电网特性实现对户用光储一体机中的储能装置能量管理，能够实现家庭电源自发自用和余电上网功能。
步骤1中，所述的实时仿真器可以利用RT-LAB、RTDS等商业化实时仿真器，建立的仿真测试平台为含有光伏、风电等新能源的配电网仿真系统，该配电网仿真系统频率电压可以调节。
步骤2中，所述的户用光储一体机基本特性包括户用光储一体机的功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能。所建立的户用光储一体机仿真模型能够实现对户用光储一体机功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能的模拟。
步骤3中，所述的利用仿真测试平台进行全数字仿真校验仿真测试平台准确度，仿真校验内容包括性能测试和通信测试。
其中，
所述的性能测试的内容主要是检测电力系统运行时的频率、电压和三相电压不平衡和谐波电压是否满足国家标准。具体包括：
1)检测配电网仿真系统的电压偏差是否符合GB/T 12325-2008的规定，测试配电网仿真系统电压偏差，确定电压偏差在额定电压的±10％以内；
2)检测配电网仿真系统的频率偏差是否符合GB/T 15945-2008的规定，测试配电网仿真系统频率变化范围，确定频率范围在47.5Hz-51.5Hz以内；
3)检测配电网仿真系统的交流输出端三相电压不平衡度是否符合GB/T 15543-2008的规定，测试配电网仿真系统三相不平衡度，确定三相不平衡度在2％以内，且短时三相不平衡度不超过4％；
4)检测配电网谐波电压应是否符合GB/T 14549-2008的规定，测试配电网仿真系统电压总谐波畸变率，确定电压总谐波率不大于5％，同时，奇次谐波电压含有率不大于4％，偶次谐波电压含有率不大于2％。
若性能测试标准不合格，调节配电网仿真系统，再次进行1)-4)项测试，调节配电网仿真系统直到满足测试标准为止。
所述的通信测试的主要内容为利用硬件在环连接户用光储一体机实物与电网时，检测通信延迟情况和数据传输准确性，要求通信延迟不超过100ms，数据传输准确性误差不超过满足最大误差不超过1％，均值误差不超过0.5％，若不满足通信测试标准，调节配电网仿真系统直到满足测试标准为止。
步骤4中，所述的利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行的功能校验包括户用光储一体机的功率特性一致性校验、光伏最大功率点跟踪特性一致性校验和储能能量管理功能一致性校验。
其中，一致性校验的步骤如下：
1)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
2)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
3)将步骤1)和步骤2)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤1)和2)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性稳态一致性校验；
4)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
5)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
6)将步骤4)和步骤5)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤4)和5)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性暂态一致性校验；
7)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
8)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
9)将步骤7)和步骤8)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤7)和8)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型光伏部分最大功率点跟踪一致性校验；
10)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
11)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
12)将步骤10)和步骤11)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤10)和11)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型储能部分能量管理功能的一致性校验；
步骤3中所述的误差要求范围包括最大误差范围和均值误差范围，其中，最大误差范围不超过3％，均值误差范围不超过2％。
最大误差计算公式为：
均值误差计算公式为：
其中，fmax为最大误差，favr为均值误差，xS为采用户用光储一体机实物时测得的仿真波形，xm为采用户用光储一体机仿真模型时测得的仿真波形，k1为仿真开始时间，kn为仿真结束时间，j为仿真数据的序号。
步骤5中所述的利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)利用光纤通信将户用光储一体机输出的功率返回给配电网仿真系统；
3)利用效率测试公式测试户用光储一体机效率。
效率测试公式为：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，PIN为配电网仿真系统给出的有功功率指令。
步骤5中所述的利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行功率因数测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)将户用光储一体机启动并置于正常工作状态；
3)测试户用光储一体机输出端功率因数，验证户用光储一体机在不同工作状态下，即功率分别为额定功率的30％、50％、70％和100％时的功率因数。
功率因数满足公式：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，QOUT为户用光储一体机输出的无功功率。
步骤5中，所述的利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行的功能测试主要包括电网适应能力测试，过载能力测试，反孤岛保护测试，低电压穿越功能测试，交流输出侧过频/欠频保护测试和过电压/欠电压保护测试。
所述的电网适应能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，按照极限调节配电网仿真系统的电压幅值和频率。
2)使配电网仿真系统的电压、频率在最大值和最小值的持续时间不小于1min，其中，电压最大值为额定电压的110％，电压最小值为额定电压的90％，频率最大值为51.5Hz，频率最小值为47.5Hz。
3)观察户用光储一体机运行状态，测试户用光储一体机实物能否保持正常运行。
所述的过载能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，给定户用光储一体机输出110％的额定电流，持续时间10min；
2)时间间隔不超过10min，再次进行测试，循环测试3次；
3)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作。
4)调节实时仿真测试平台参数，给定户用光储一体机输出120％的额定电流，持续时间1min；
5)时间间隔不大于10min，再次进行测试，循环测试3次；
6)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作。
所述的反孤岛保护功能测试的方法为：
1)在实时仿真测试平台外接端口处加装分压RLC线路，分压RLC线路开关为K2，配电网系统电源连接处开关为K1；
2)闭合配电网系统电源连接处开关K1，断开分压RLC线路开关K2，启动功率控制系统，通过调节实时仿真测试平台功率输出，使得输出功率P等于额定交流功率，测量此时输出的无功功率Q；
3)关闭户用光储一体机，同时断开配电网系统电源连接处开关K1；
4)调节分压RLC线路，使系统品质因数满足Qf＝1+j0.05，具体调节方法为：
(1)分压RLC电路消耗的无功功率满足关系式QL＝QfP＝1.0P；
(2)接入电感L，使其消耗的无功功率等于QL；
(3)并入电容C，使其消耗的容性无功功率满足关系式QC+QL＝-Q；
(4)并入电阻R，使其消耗的有功功率等于P；
5)闭合分压RLC线路开关K2，接入分压RLC线路，闭合配电网系统电源连接处开关K1，启动户用光储一体机，确认其输出功率符合2)的规定，调节分压RLC线路，使流过配电网系统电源连接处开关K1的基频电流小于稳态时户用光储一体机额定输出电流的1％；
6)断开配电网系统电源连接处开关K1，记录配电网系统电源连接处开关K1断开到户用光储一体机输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下所用的时间，判断反孤岛保护时间是否满足要求，需要满足的要求为：
(1)当被测户用光储一体机的输出功率为100％额定交流输出功率，输入电压大于直流输入电压范围的90％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
(2)当被测户用光储一体机的输出功率为50％-66％额定交流输出功率，输入电压为直流输入电压范围的50％±10％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
(3)当被测户用光储一体机的输出功率为25％-33％额定交流输出功率，输入电压小于直流输入电压范围的10％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
所述的低电压穿越功能测试方法为：
1)利用实时仿真测试平台设置故障，设置两相故障、三相故障，使配电网仿真系统可以实现电压跌落程度为20％，40％，60％，80％。80％跌落时设置故障时间为0.6s，其他方式设置跌落时间为2s；
2)测试户用光储一体机能否实现对该故障的穿越功能，即保持故障时间内不脱网；
所述的交流输出侧过频/欠频保护测试方法为：给定工况改变实时仿真系统中电力系统频率，测试方法为采用改变系统负荷或者切机的工况改变方案，使户用光储一体机运行在测试频率范围内，测试户用光储一体机工作状态，工作状态满足如下要求。
(1)当配电网频率满足f<47.5Hz时，户用光储一体机在0.2s内停止运行；
(2)当配电网频率满足47.5Hz≤f≤48.5Hz时，户用光储一体机在2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网；
(3)当配电网频率满足48.5Hz<f≤49.5Hz时，户用光储一体机在10min后停止运行；
(4)当配电网频率满足49.5Hz<f≤50.2Hz时，户用光储一体机正常运行；
(5)当配电网频率满足50.2Hz<f≤50.5Hz时，户用光储一体机在10min后停止运行；
(6)当配电网频率满足50.5Hz<f≤51.5Hz时，户用光储一体机运行2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网；
(7)当配电网频率满足f>51.5Hz时，户用光储一体机在0.2s内停止向电网供电，此时处于停运状态的设备不得并网。
所述的过电压/欠电压保护测试包括直流输入侧过电压保护测试和交流输出侧过电压/欠电压保护测试。
所述的直流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定直流输入侧电压变化，当直流侧输入电压高于户用光储一体机运行的直流仿真接入电压最大值时，户用光储一体机不得启动，对于已经启动的，保证在0.1s内停机，同时发出警示信号，直流侧电压恢复到户用光储一体机允许工作范围，即额定电压的±10％后，户用光储一体机应能正常启动。
所述的交流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定交流输入侧电压变化，户用光储一体机交流输出端电压超过电网允许电压范围时，允许户用光储一体机断开电网供电，切断时应发出警示信号，在电网电压恢复到允许的电压范围即额定电压的±10％时，额定电压以UN表示，户用光储一体机应能正常启动运行。户用光储一体机外对异常电压的响应时间满足如下要求。
(1)当电网电压U满足U<20％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.05s；
(2)当电网电压U满足20％UN≤U<40％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.7s；
(3)当电网电压U满足40％UN≤U<90％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为2s；
(4)当电网电压U满足90％UN≤U<110％UN时，户用光储一体机保持连续运行；
(5)当电网电压U满足110％UN≤U<125％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为2s；
(6)当电网电压U满足U≥125％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.05s。
附图说明
图1户用光储一体机的测试方法流程图；
图2实时仿真测试系统模型；
图3户用光储一体机仿真模型一致性测试结果；
图4户用光储一体机实物效率测试、功率因数测试和功能测试平台构建图；
图5户用光储一体机实物反孤岛保护检测平台构建图；
图6户用光储一体机实物低电压穿越要求。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1所示为户用光储一体机的测试方法流程图。本发明户用光储一体机应用于居民用户，总体容量为5kW，具备并离网切换模式、光伏最大功率点跟踪能力，并可以根据光照条件和电网特性实现对户用光储一体机中的储能装置能量管理，能够实现家庭电源自发自用和余电上网功能。如图1所示，本发明测试方法包括5个步骤，分别是：
步骤1、利用实时仿真器建立仿真测试平台；
步骤2、根据户用光储一体机基本特性建立户用光储一体机仿真模型；
步骤3、利用仿真测试平台进行全数字仿真校验仿真测试平台准确度；
步骤4、利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行功能校验；
步骤5、利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试、功率因数测试和功能测试。
步骤1中利用的实时仿真器可以是RT-LAB或RTDS等商业化实时仿真器，本发明采用RT-LAB实时仿真器，建立的仿真测试平台如图2所示。
图2中的仿真测试平台包括通信部分和主测试部分两大模块。其中，通信部分主要实现配电网仿真系统与户用光储一体机的通信，保证硬件在环仿真的实现。主测试部分为含有光伏、风电等新能源的配电网仿真系统，该配电网仿真系统频率电压可以调节。
另外，在主测试部分中还需要根据户用光储一体机基本特性建立步骤2的户用光储一体机仿真模型。所依据的光储一体机基本特性包括户用光储一体机的功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能。建立的户用光储一体机仿真模型能够实现对户用光储一体机功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能的模拟。
完成步骤1的仿真测试平台搭建后，需要利用仿真测试平台进行步骤3的全数字仿真校验仿真测试平台准确度，测试内容包括性能测试和通信测试。其中，性能测试的测试内容主要检测电力系统运行时的频率、电压和三相电压不平衡和谐波电压是否满足国家标准。具体包括：
1)检测配电网仿真系统的电压偏差是否符合GB/T 12325-2008的规定，测试配电网仿真系统电压偏差，确定电压偏差在额定电压的±10％以内；
2)检测配电网仿真系统的频率偏差是否符合GB/T 15945-2008的规定，测试配电网仿真系统频率变化范围，确定频率范围在47.5Hz-51.5Hz以内；
3)检测配电网仿真系统的交流输出端三相电压不平衡度是否符合GB/T 15543-2008的规定，测试配电网仿真系统三相不平衡度，确定三相不平衡度在2％以内，且短时三相不平衡度不超过4％；
4)检测配电网谐波电压应是否符合GB/T 14549-2008的规定，测试配电网仿真系统电压总谐波畸变率，确定电压总谐波率不大于5％，同时，奇次谐波电压含有率不大于4％，偶次谐波电压含有率不大于2％。
若性能测试标准不合格，调节配电网仿真系统，再次进行1)-4)项测试，调节仿真系统直到系统满足测试标准为止。
通信测试的主要内容为检测利用硬件在环连接户用光储一体机实物与电网时通信延迟情况和数据传输准确性，要求通信延迟不超过100ms，数据传输准确性误差不超过满足最大误差不超过1％，均值误差不超过0.5％，若不满足通信测试标准，调节配电网仿真系统直到系统满足测试标准为止。
同时，还需要利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行功能校验。功能检验包括户用光储一体机的功率特性一致性校验、光伏最大功率点跟踪特性一致性校验和储能能量管理功能一致性校验。其中，一致性校验的校验步骤如下：
1)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
2)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
3)将1)和2)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤1)和2)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性稳态一致性校验；
4)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
5)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
6)将4)和5)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤4)和5)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性暂态一致性校验；
7)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
8)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
9)将7)和8)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤7)和8)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型光伏部分最大功率点跟踪一致性校验；
10)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
11)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
12)将10)和11)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤10)和11)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型储能部分能量管理功能的一致性校验；
其中，误差要求范围包括最大误差范围和均值误差范围，其中，最大误差范围不超过3％，均值误差范围不超过2％。
最大误差计算公式为：
均值误差计算公式为：
其中，fmax为最大误差，favr为均值误差，xS为采用户用光储一体机实物时测得的仿真波形，xm为采用户用光储一体机仿真模型时测得的仿真波形，k1为仿真开始时间，kn为仿真结束时间，j为仿真数据的序号。
如图3所示，经过一致性校验后，户用光储一体机仿真模型能够准确模拟户用光储一体机实物的状态和功能。在图3中，全数字仿真表示仿真时采用户用光储一体机仿真模型，数模混合仿真表示采用户用光储一体机实物。
图4为户用光储一体机实物效率测试、功率因数测试和功能测试平台构建图。如图4所示，RT-；LAB实时仿真测试平台是本发明所建立的实时仿真测试平台的简化图，即从母线A处等值的仿真系统，RT-LAB实时仿真测试平台与户用光储一体机的连接出口即为所述的母线A处，利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)利用光纤通信将户用光储一体机输出的功率返回给配电网仿真系统；
3)利用效率测试公式测试户用光储一体机效率。
效率测试公式为：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，PIN为配电网仿真系统给出的有功功率指令。
利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行功率因数测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)将户用光储一体机启动并置于正常工作状态；
3)测试户用光储一体机输出端功率因数，验证户用光储一体机在不同工作状态下，即设置功率为额定功率的30％、50％、70％和100％时的功率因数。
功率因数满足公式：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，QOUT为户用光储一体机输出的无功功率。
利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行的功能测试主要包括电网适应能力测试，过载能力测试，反孤岛保护测试，低电压穿越功能测试，交流输出侧过频/欠频保护测试和过电压/欠电压保护测试。
所述的电网适应能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，按照极限调节配电网仿真系统的电压幅值和频率。
2)使配电网仿真系统的电压、频率在最大值和最小值的持续时间不小于1min，其中，电压最大值为额定电压的110％，电压最小值为额定电压的90％，频率最大值为51.5Hz，频率最小值为47.5Hz。
3)观察户用光储一体机运行状态，测试户用光储一体机实物能否保持正常运行。
所述的过载能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，给定户用光储一体机输出110％的额定电流，持续时间10min；
2)时间间隔不超过10min，再次进行测试，循环测试3次；
3)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作。
4)调节实时仿真测试平台参数，给定户用光储一体机输出120％的额定电流，持续时间1min；
5)时间间隔不大于10min，再次进行测试，循环测试3次；
6)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作。
图5为户用光储一体机实物反孤岛保护检测平台构建图，与图4所示户用光储一体机实物效率测试、功率因数测试和功能测试平台构建图的主要区别在于，在母线A处设计了分压RLC线路，反孤岛保护功能测试的方法为：
1)在实时仿真测试平台外接端口处加装分压RLC线路，分压RLC线路开关为K2，配电网系统电源连接处开关为K1；
2)闭合配电网系统电源连接处开关K1，断开分压RLC线路开关K2，启动功率控制系统，通过调节实时仿真测试平台功率输出，使得输出功率P等于额定交流功率，测量此时输出的无功功率Q；
3)关闭户用光储一体机，同时断开配电网系统电源连接处开关K1；
4)调节分压RLC线路，使系统品质因数满足Qf＝1+j0.05，具体调节方法为：
(1)分压RLC电路消耗的无功功率满足关系式QL＝QfP＝1.0P；
(2)接入电感L，使其消耗的无功功率等于QL；
(3)并入电容C，使其消耗的容性无功功率满足关系式QC+QL＝-Q；
(4)并入电阻R，使其消耗的有功功率等于P.
5)闭合分压RLC线路开关K2，接入分压RLC线路，闭合配电网系统电源连接处开关K1，启动户用光储一体机，确认其输出功率符合2)的规定，调节分压RLC线路，使流过配电网系统电源连接处开关K1的基频电流小于稳态时户用光储一体机额定输出电流的1％；
6)断开配电网系统电源连接处开关K1，记录配电网系统电源连接处开关K1断开到户用光储一体机输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下所用的时间，判断反孤岛保护时间是否满足要求，需要满足的要求如下表。
图6为户用光储一体机实物低电压穿越要求，图6中，UL0为正常运行的最低电压限值，取0.85倍额定电压。UL1为需要耐受的电压下限，T1为电压跌落到UL1时需要保持并网的时间，T2为电压跌落到UL0时需要保持并网的时间。UL1、T1、T2的数值可调。本发明采用的低电压穿越功能测试方法为：
1)利用实时仿真测试平台设置故障，设置两相故障、三相故障，使配电网仿真系统可以实现电压跌落程度为20％，40％，60％，80％。设置跌落时故障时间，其中，80％跌落时故障时间为0.6s，其他方式跌落时，故障时间为2s；
2)测试户用光储一体机能否实现对该故障的穿越功能，即保持故障时间内不脱网；
所述的交流输出侧过频/欠频保护测试方法为：给定工况改变实时仿真系统中电力系统频率，测试方法采用改变系统负荷或者切机的工况改变方案，使户用光储一体机运行在测试频率范围内，测试户用光储一体机工作状态，工作状态应满足下表。
| 配电网频率f(Hz) | 户用光储一体机响应 |
| f<47.5 | 0.2s内停止向电网供电，此时处于停运状态的设备不得并网 |
| 47.5≤f≤48.5 | 运行2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网 |
| 48<f≤49.5 | 10min后停止运行 |
| 49.5<f≤50.2 | 正常运行 |
| 50.2<f≤50.5 | 10min后停止运行 |
| 50.5<f≤51.5 | 运行2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网 |
| f>51.5 | 0.2s内停止向电网供电，此时处于停运状态的设备不得并网 |
所述的过电压/欠电压保护测试包括直流输入侧过电压保护测试和交流输出侧过电压/欠电压保护测试。
所述的直流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定直流输入侧电压变化，当直流侧输入电压高于户用光储一体机运行的直流仿真接入电压最大值时，户用光储一体机不得启动，对于已经启动的，保证在0.1s内停机，同时发出警示信号，直流侧电压恢复到户用光储一体机允许工作范围，即额定电压的±10％后，户用光储一体机应能正常启动。
所述的交流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定交流输入侧电压变化，户用光储一体机交流输出端电压超过电网允许电压范围时，允许户用光储一体机断开电网供电，切断时应发出警示信号，在电网电压恢复到允许的电压范围，即额定电压的±10％时，户用光储一体机应能正常启动运行。户用光储一体机外对异常电压的响应时间满足下表。
Claims (5)
1.一种户用光储一体机测试方法，其特征在于，所述测试方法包括以下步骤：
步骤1，利用实时仿真器建立仿真测试平台；所述仿真测试平台为含有光伏、风电的配电网仿真系统，该配电网仿真系统频率电压能够调节；
步骤2，根据户用光储一体机基本特性建立户用光储一体机仿真模型；所述的户用光储一体机基本特性包括户用光储一体机的功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能；所建立的户用光储一体机仿真模型能够实现对户用光储一体机功率特性、光伏最大功率点跟踪特性和储能能量管理功能的模拟；
步骤3，利用仿真测试平台进行全数字仿真校验仿真测试平台准确度；利用全数字仿真校验仿真测试平台准确度测试的内容包括性能测试和通信测试；
步骤4，利用硬件在环实验对户用光储一体机仿真模型进行功能校验；所述的功能校验包括户用光储一体机的功率特性一致性校验、光伏最大功率点跟踪特性一致性校验和储能能量管理功能一致性校验；
步骤5，利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试、功率因数测试和功能测试。
2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤3中，所述的性能测试的内容为检测电力系统运行时的频率、电压和三相电压不平衡和谐波电压是否满足国家标准，具体包括：
1)检测配电网仿真系统的电压偏差是否符合GB/T 12325-2008的规定，测试配电网仿真系统电压偏差，确定电压偏差在额定电压的±10％以内；
2)检测配电网仿真系统的频率偏差是否符合GB/T 15945-2008的规定，测试配电网仿真系统频率变化范围，确定频率范围在47.5Hz-51.5Hz以内；
3)检测配电网仿真系统的交流输出端三相电压不平衡度是否符合GB/T 15543-2008的规定，测试配电网仿真系统三相不平衡度，确定三相不平衡度在2％以内，且短时三相不平衡度不超过4％；
4)检测配电网谐波电压是否符合GB/T 14549-2008的规定，测试配电网仿真系统电压总谐波畸变率，确定电压总谐波率不大于5％，同时，奇次谐波电压含有率不大于4％，偶次谐波电压含有率不大于2％；
若性能测试标准不合格，调节配电网仿真系统，再次进行1)-4)项测试，调节配电网仿真系统直到满足测试标准为止；
所述的通信测试的主要内容为检测利用硬件在环连接户用光储一体机实物与电网时通信延迟情况和数据传输准确性，要求通信延迟不超过100ms，数据传输准确性最大误差不超过1％，均值误差不超过0.5％；
最大误差计算公式为：
均值误差计算公式为：
其中，fmax为最大误差，favr为均值误差，xS为采用户用光储一体机实物时测得的仿真波形，xm为采用户用光储一体机仿真模型时测得的仿真波形，k1为仿真开始时间，kn为仿真结束时间，j为仿真数据的序号；
若不满足通信测试标准，调节配电网仿真系统直到满足测试标准为止。
3.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤4中，所述的一致性校验的校验步骤如下：
1)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
2)设置工况1，配电网仿真系统处于稳态，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
3)将步骤1)和步骤2)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤1)和步骤2)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性稳态一致性校验；
4)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压变化情况；
5)设置工况2，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网在10s时发生持续时间1s的三相故障，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测仿真模型接入时的电力系统的有功功率、无功功率、电网频率和电压的变化情况；
6)将步骤4)和步骤5)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤4)和步骤5)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机功率特性暂态一致性校验；
7)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
8)设置工况3，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网处于稳态，改变光照强度，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的有功功率输出情况；
9)将步骤7)和步骤8)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤7)和步骤8)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型光伏部分最大功率点跟踪一致性校验；
10)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机仿真模型，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
11)设置工况4，在仿真测试平台的母线A处接入户用光储一体机，配电网给定1kW负荷变动，负荷变动功率利用户用光储一体机平抑，其中户用光储一体机采用户用光储一体机实物，利用实时仿真器和功率放大器实现户用光储一体机实物与配电网仿真系统的互联，检测户用光储一体机的储能SOC变动情况；
12)将步骤10)和步骤11)中得到的仿真波形进行对比，根据波形误差对户用光储一体机仿真模型参数进行修改，重复步骤10)和步骤11)，直到波形误差满足误差要求范围，完成对户用光储一体机仿真模型储能部分能量管理功能的一致性校验。
4.如权利要求3所述的测试方法，其特征在于，步骤3)、步骤6)、步骤9)、步骤12)中所述的误差要求范围包括最大误差范围和均值误差范围，其中，最大误差范围不超过3％，均值误差范围不超过2％。
5.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述步骤5中，利用硬件在环实验对户用光储一体机实物进行效率测试、功率因数测试和功能测试的方法为：
效率测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)利用光纤通信将户用光储一体机输出的功率返回给配电网仿真系统；
3)利用效率测试公式测试户用光储一体机效率；
效率测试公式为：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，PIN为配电网仿真系统给出的有功功率指令；
功率因数测试的方法为：
1)通过实时仿真器中配电网仿真系统给出功率指令；
2)将户用光储一体机启动并置于正常工作状态；
3)测试户用光储一体机输出端功率因数，验证户用光储一体机在不同工作状态下，分别检测功率为额定功率的30％、50％、70％和100％时的功率因数；
功率因数满足公式：
其中，POUT为户用光储一体机输出的有功功率，QOUT为户用光储一体机输出的无功功率；
功能测试包括电网适应能力测试，过载能力测试，反孤岛保护测试，低电压穿越功能测试，交流输出侧过频/欠频保护测试和过电压/欠电压保护测试；
其中，
电网适应能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，按照极限调节配电网仿真系统的电压幅值和频率；
2)使配电网仿真系统的电压、频率在最大值和最小值的持续时间不小于1min，其中，电压最大值为额定电压的110％，电压最小值为额定电压的90％，频率最大值为51.5Hz，频率最小值为47.5Hz；
3)观察户用光储一体机运行状态，测试户用光储一体机实物能否保持正常运行；
过载能力测试的方法为：
1)利用实时仿真测试平台，给定户用光储一体机输出110％的额定电流，持续时间10min；
2)时间间隔不超过10min，再次进行测试，循环测试3次；
3)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作；
4)调节实时仿真测试平台参数，给定户用光储一体机输出120％的额定电流，持续时间1min；
5)时间间隔不大于10min，再次进行测试，循环测试3次；
6)检测户用光储一体机的运行状态，确定是否可以正常工作；
反孤岛保护功能测试的方法为：
1)在实时仿真测试平台外接端口处加装分压RLC线路，分压RLC线路开关为K2，配电网系统电源连接处开关为K1；
2)闭合配电网系统电源连接处开关K1，断开分压RLC线路开关K2，启动功率控制系统，通过调节实时仿真测试平台功率输出，使得输出功率P等于额定交流功率，测量此时输出的无功功率Q；
3)关闭户用光储一体机，同时断开配电网系统电源连接处开关K1；
4)调节分压RLC线路，使系统品质因数满足Qf＝1+j0.05，具体调节方法为：
(1)分压RLC电路消耗的无功功率满足关系式QL＝QfP＝1.0P；
(2)接入电感L，使其消耗的无功功率等于QL；
(3)并入电容C，使其消耗的容性无功功率满足关系式QC+QL＝-Q；
(4)并入电阻R，使其消耗的有功功率等于P；
5)闭合分压RLC线路开关K2，接入分压RLC线路，闭合配电网系统电源连接处开关K1，启动户用光储一体机，确认其输出功率符合2)的规定，调节分压RLC线路，使流过配电网系统电源连接处开关K1的基频电流小于稳态时户用光储一体机额定输出电流的1％；
6)断开配电网系统电源连接处开关K1，记录配电网系统电源连接处开关K1断开到户用光储一体机输出电流下降并维持在额定输出电流的1％以下所用的时间，判断反孤岛保护时间是否满足要求，需要满足的要求如下：
(1)当被测户用光储一体机的输出功率为100％额定交流输出功率，输入电压大于直流输入电压范围的90％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
(2)当被测户用光储一体机的输出功率为50％-66％额定交流输出功率，输入电压为直流输入电压范围的50％±10％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
(3)当被测户用光储一体机的输出功率为25％-33％额定交流输出功率，输入电压小于直流输入电压范围的10％时，被测户用光储一体机跳闸时间为2s；
低电压穿越功能测试方法为：
1)利用实时仿真测试平台设设置两相故障、三相故障，使配电网仿真系统可以实现电压跌落程度为20％，40％，60％，80％。80％跌落时设置故障时间为0.6s，其他方式设置跌落时间为2s；
2)测试户用光储一体机能否实现对该故障的穿越功能，即保持故障时间内不脱网；
交流输出侧过频/欠频保护测试方法为：
给定工况改变实时仿真系统中电力系统频率，测试时采用改变系统负荷或者切机的工况改变方案，使户用光储一体机运行在测试频率范围内，测试户用光储一体机工作状态，工作状态满足如下要求：
(1)当配电网频率满足f＜47.5Hz时，户用光储一体机在0.2s内停止运行；
(2)当配电网频率满足47.5Hz≤f≤48.5Hz时，户用光储一体机在2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网；
(3)当配电网频率满足48.5Hz＜f≤49.5Hz时，户用光储一体机在10min后停止运行；
(4)当配电网频率满足49.5Hz＜f≤50.2Hz时，户用光储一体机正常运行；
(5)当配电网频率满足50.2Hz＜f≤50.5Hz时，户用光储一体机在10min后停止运行；
(6)当配电网频率满足50.5Hz＜f≤51.5Hz时，户用光储一体机运行2min后停止运行，此时处于停运状态的设备不得并网；
(7)当配电网频率满足f＞51.5Hz时，户用光储一体机在0.2s内停止向电网供电，此时处于停运状态的设备不得并网；
过电压/欠电压保护测试包括直流输入侧过电压保护测试和交流输出侧过电压/欠电压保护测试；
其中，直流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定直流输入侧电压变化，当直流侧输入电压高于户用光储一体机运行的直流仿真接入电压最大值时，户用光储一体机不得启动，对于已经启动的，保证在0.1s内停机，同时发出警示信号，直流侧电压恢复到户用光储一体机允许工作范围，即额定电压的±10％后，户用光储一体机应能正常启动；
交流输入侧过电压保护测试的测试方法为利用实时仿真测试平台给定交流输入侧电压变化，户用光储一体机交流输出端电压超过电网允许电压范围时，允许户用光储一体机断开电网供电，切断时应发出警示信号，在电网电压恢复到允许的电压范围，即额定电压的±10％时，额定电压以UN表示，户用光储一体机应能正常启动运行；户用光储一体机外对异常电压的响应时间满足如下要求；
(1)当电网电压U满足U＜20％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.05s；
(2)当电网电压U满足20％UN≤U＜40％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.7s；
(3)当电网电压U满足40％UN≤U＜90％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为2s；
(4)当电网电压U满足90％UN≤U＜110％UN时，户用光储一体机保持连续运行；
(5)当电网电压U满足110％UN≤U＜125％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为2s；
(6)当电网电压U满足U≥125％UN时，户用光储一体机的最大脱网时间为0.05s。
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