CN108008253A - 模拟电网及网上负载测试系统装置及其防孤岛测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟电网及网上负载测试系统装置极其防孤岛测试方法，模拟一电网及网上负载，该装置包括一个电流表、一个电压表、一个交流电压源和一个电子负载模拟模块；交流电压源受控，受控模式为交流源状态下进行电网设置值Uset输出，或者受控模式为电子负载状态下经负载模型计算出的电压值Urlc输出；本发明建立的模拟负载RLC电路数学模型是在理想状态下，计算和模拟的结果更精确；简化了测试系统的体积；不再需要机械方式的负载调整，操作简单，提高实验效率。

Description

模拟电网及网上负载测试系统装置及其防孤岛测试方法

技术领域

本发明涉及一种用于模拟电网及网上负载性能的模拟装置，特别是提供一种模拟电网及网上负载测试系统装置，同时还涉及一种采用模拟电网及网上负载测试系统装置进行防孤岛测试的方法。

背景技术

近年来随着新能源的发展，光伏等分布式发电系统应用十分广泛，而孤岛效应检测就成为其中一个极为重要的研究课题之一。

国际能源机构（IEA）对孤岛效应的定义是在任何情况下，分布式光伏发电系统于电网断开时，未能及时检测出电网的停电状态而继续工作，与本地负载形成一个不受公共电网系统控制的自给供电孤岛。孤岛效应会产生严重的后果，如孤岛中的电压和频率无法控制，可能会对用户的设备造成损坏；孤岛中的线路仍然带电，可能会危及检修人员的人身安全；影响电网系统保护开关动作时序；电力公司恢复供电时，由于相位不同步产生大的冲击电流等问题。

因此，国内外均制订了相应的防孤岛保护性能检测标准和检测流程。如国际上IEEStd.929-2000，IEC 62116等，国内的GB/T 29319-2012等，这些标准对孤岛检测的技术参数，测试电路和测试步骤做了详细的规定。IEC 62116给出了防孤岛检测功能的测试电路如图1所示，由以下几部分：直流电源(光伏电池组件)，交流电源(电网)，交流负载，波形监控设备，交流负载及被测设备(逆变器)；其中可调的RLC 并联负载装置的电阻、电容等负载大小采用机械式调整，需要很多元器件的组合，存在以下几个方面的 价格高，可靠性低，体积与重量偏大且操作繁琐，测试效率低，采用基于可调RLC负载，外形过大、调整效率低，且存在运行过程中精度下降等问题。

国内专利也见有关报道，但也存在下述问题和缺陷，如CN201310182793.9-防孤岛保护测试系统自动加载装置及其方法：

本专利装置需要实体R\L\C负载，负载开关K1、网侧开关K2 和RLC 负载单元的组合投切开关等,其存在的缺陷是该装置R\L\C负载实体，体积巨大，多个模拟控制开关，结构复杂，操作控制繁琐；同时，本专利还基于上述装置提出了一种防孤岛测试方法，其防孤岛测试方法中需要同时检测并网光伏电站的站侧电压瞬时值u1 和网侧电压瞬时值u2，及并网光伏电站的站侧电流瞬时值i1 和网侧电流瞬时值i2，由于既需要采集网侧数据也需要采集站侧数据，其缺陷是增加了数据采集单元的复杂度；而后还需判断网侧电流基波值大小，若I2<5％ I1，则断开并网开关K2，进入步骤IV等；网侧数据的采集及基波电流的判断受到电网稳定性的影响大，导致测量不准确。

又如专利CN201310338552.9-一种能量回馈型分布式光伏电源逆变器综合测试系统：

本专利存在的缺陷是通过功率控制交流源的输出，实时性差，因为实测电压和电流是实时性的，但通过电压和电流计算得到功率，不是实时性的需要通过多个采样周期得到平均值或积分值；本专利中揭示的孤岛检测和电网模拟一体化装置采用功率控制策略，实时性差，导致不能够实时精确的进行防孤岛测试模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟电网及网上负载测试系统装置及其防孤岛测试方法，解决装置在防孤岛测试过程中不能准确、连续模拟电网及网上负载性能，及采用基于可调RLC负载，外形过大、调整效率低，且存在运行过程中精度下降的问题。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种模拟电网及网上负载测试系统装置，模拟一电网及网上负载，该装置包括一个电流表、一个电压表、一个交流电压源和一个电子负载模拟模块；

电流表，用于测量待测设备EUT的电流Ieut；

电压表，用于测量待测设备EUT的电压Ueut；

电子负载模拟模块经用户设置建立负载模型或功率计算模型；

交流电压源受控，受控模式为交流源状态下进行电网设置值Uset输出，或者受控模式为电子负载状态下经负载模型计算出的电压值Ur1c输出；

当交流电压源设置为电网设置值Uset输出时，电子负载模拟模块接受两端电网设置值Uset电压值输入，计算出电子负载支路上的电流Ir1c；

当交流电压源设置为受电子负载状态控制，电子负载模拟模块接受装置内部电流表测量所得的电流值Ieut，计算出电子负载两端电压值Ur1c，控制交流电压源输出Ud。

模拟一电网或者交流源，将装置内部电子负载模拟模块设置为开路，交流电压源给待测设备EUT提供受控设置的电源输出设置值Uset，模拟电网或者交流源的输出Ud，得到公式：Ud=Uset；Ia=Ieut； Uv=Ueut=Ud；

其中：Ud为交流电压源输出；Uset为用户设置电网值；Ia 为电流表量测值；Uv为电压表量测值。

模拟一电网及网上负载，建立电子负载模拟模块为并联RLC负载模型，在交流电压源和待测设备EUT之间并联加载RLC负载模型，计算得到流过RLC负载模型的电流Ir1c是否大于待测设备EUT的输出电流Ieut的95%，

得公式：Ir1c>0.95*Ieut （4）

如果大于则测试环境建立完成，如果小于则调整电阻值R、电感值L和/或电容值C，使其满足公式（4）。

模拟一负载使待测设备EUT进入孤岛状态，将电网及网上负载模式切换为RLC负载模型，控制电压源输出为：Ud=Ur1c ；依据电路数学模型计算得到：

Urlc=Ia×1/((R+jwL+1/jwC))

从而得出具有初始状态的零输入全响应数据模型：

(5)

其初始状态时刻的值Urlc (n)，Urlc (n-1)，Urlc (n-2)，Irlc (n)，Irlc (n-1)，Irlc(n-2)，Irlc (n-3)为电网及网上负载模式在稳定态下的数值，即有：

Irlc(0)=Irlc(-1)=Irlc(-2)= (2)

将待测设备EUT输出有功功率下降直至零的时间t和允许时间tset比对，检查是否满足条件t ≤ tset。

若t ≤ tset，使待测设备EUT的输出有功功率等于在额定功率的33%，66%，100%，继续进行如权利要求2、3和4的步骤，对各个功率等级进行防孤岛保护测试。

采用人工设置并联RLC 电子负载模型中的模拟电阻值R、电感值L、电容值C；或采用人工设置并联RLC 电子负载模型中的谐振电路的品质因数Qf 和标称频率ω，经监测待测设备EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算得到电阻值R、电感值L、电容值C。

将待测设备EUT输出有功功率和无功功率加载在电子负载模拟模块上，计算得到流过RLC负载模型的电流Ir1c大于通过电流表测量待测设备EUT的输出电流Ieut的95% 时，即

Irlc = Urlc /(R // ωL// 1/ωC)；

此时有Urlc = Ud= Ueut= Uset；

并联RLC模拟负载模型总电流：

(1)

其中： 电阻支路： ；

电感支路： ；

电容支路： ；

得出：

(2)

流入电源支路电流：

=； (3)

当:

Irlc＞ 0.95 * Ieut； (4)

则测试环境建立完成。

模拟一功率表功能，将装置内部的交流电压源设置为断开状态，通过电压表采集待测设备EUT两端电压瞬时值Ueut，电流表采集待测设备EUT的电流瞬时值Ieut；通过电子负载模拟模块建立起功率计算模式，计算出待测设备EUT的电流有效值、电压有效值、有功功率和/或无功功率。

本发明还提供一种模拟电网及网上负载测试系统装置的防孤岛测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1) 将装置工作在模拟电网或交流源工作模式下，启动待测设备EUT，使其在额定交流输出功率下工作，电压表和电流表实时的监测其工作状态；

Ud = Uset；Ia = Ieut; Uv = Ueut= Ud；

Ud为交流电压源输出；Uset为用户设置电网值；Ia为电流表量测值；Uv为电压表量测值。

(2) 根据监测到待测设备EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算出待测设备EUT的有功功率和无功功率输出，直至检测到待测设备EUT输出的有功功率为不随时间变化的定值。

(3) 建立并联RLC模拟电子负载模型；装置提供两类方式，第一类是人工设置并联RLC 模拟负载的模拟电阻值R、电感值L、电容值C；第二类是人工设置并联RLC 模拟负载谐振电路的品质因数Qf 和标称频率ω，通过监测EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算得到电阻值R、电感值L、电容值C。

(4) 加载并联RLC模拟电子负载模型，装置此时切换工作在模拟电网及其网上负载模式下，

将待测设备EUT输出有功功率和无功功率加载在电子负载模拟模块上，计算得到流过RLC电子负载模型的基波电流是否大于通过电流表测量待测设备EUT的输出电流的95% 时，即

Irlc = Urlc /(R // ωL// 1/ωC)；

此时有Urlc = Ud= Ueut= Uset；

并联RLC模拟电子负载模型总电流：

(1)

其中： 电阻支路：；

电感支路：；

电容支路： ；

得出：

(2)

流入电源支路电流：

=； (3)

其中： ——待测设备支路电流，即电流表的量测值：

当:

Irlc＞ 0.95 * Ieut； (4)

测试环境建立完成，进入步骤（5）；若不符合条件，则对RLC继续微调，使其满足式（4）；

(5) 指示测试环境建立完成后，开始进行防孤岛测试，并记录测试过程；此时，装置内部电路从模拟电网及网上负载模式切换为RLC电子负载模型，即待测设备EUT进入了孤岛模式，

进而控制电压源输出由:

Ud= Uset；

转换为 :Ud=Urlc；

而此时的Urlc依据下列的电路数学模型，计算得到；

Urlc= I_rlc × (R // 1/jwL // jwC)

=Irlc × 1/( ( R + jwL + 1/jwC ) )

=Ia × 1/( ( R + jwL + 1/jwC ) )

从而得出：

(5)

其中:

b1、b2、a0、a1、a2为系数，由R、L、C参数和采样周期T决定。

Urlc (n)，Irlc (n)——当前采样点t0时,RLC负载上的电压值和电流值。

Urlc (n-1)，Irlc (n-1)——前一时刻的（t0-T）时，RLC负载上的电压值和电流值。

Urlc (n-2)，Irlc (n-2)——前两时刻（t0-2T）时，RLC负载上的电压值和电流值。

Irlc (n-3) ——为前（t0-3T）时，RLC负载上电流值。

因此，在装置内部电路从模拟电网及网上负载模式切换为RLC电子负载模型模式，加载新的电路数学模型，这是一个具有初始状态的零输入全响应数据模型；其初始状态时刻的值Urlc (n)，Urlc (n-1)，Urlc (n-2)，Irlc (n)，Irlc (n-1)，Irlc (n-2)，Irlc (n-3)即为上一个电路数学模型，即电网即网上负载模式在稳定态下的数值；即有：

则由式（2）计算所得，

Irlc(0)=Irlc(-1)=Irlc(-2)= (2)

至此，装置模拟待测设备EUT进入了孤岛模式，记录待测设备EUT输出有功功率下降直至零的时间t，并检查是否满足条件t ≤ tset，若满足，则测试通过，满足预期的孤岛保护要求，进入下一步骤；若超过了设定时间tset，待测设备的输出的有功功率还未下降至零，则测试未通过，并返回记录测试数据；

(6) 重复以上测试步骤，依次修改步骤1中，使待测设备EUT的输出功率等于在额定功率的33％，66％，100％，进行各个功率等级的防孤岛保护测试；

(7) 分析测试过程中记录的数据，判断待测设备EUT是否通过防孤岛保护测试。

步骤3中第二类是由测量所得的待测设备EUT的有功功率和无功功率，进行模拟RLC负载模型建模过程步骤如下：

1）待测设备输出有功功率为Peut，输出的无功功率Qeut；设置RLC谐振电路的品质因数为Qf；

2）由RLC 消耗的有功功率等于待测设备EUT发出的有功功率；LC 消耗的无功功率等于待测设备EUT发出的无功功率；

PR＝ Peut；QC+QL＝-Qeut；

3）RLC 电路消耗的感性无功满足关系式：QL＝ Qf* PR，计算模拟电感L；

L＝(U*U)/(QL*ω)

RLC 电路消耗的容性无功满足关系式：QC+QL＝-Q_EUT；计算模拟得到电容C；

C＝QC/(U*U*ω)

RLC 电路消耗的有功功率PR，计算的电阻R；

R＝(U*U)/PR

其中,U 表示待测设备EUT测试点处的电压，即装置中电压表测量值；

ω 表示待测设备工作角速度；

4）根据计算得到的模拟电阻值R、电感值L、电容值C 以及模拟电网输出，建立并联RLC电路的等式方程。

5）将RLC负载电路模型接入模拟电网和待测设备中，控制电压源的输出，模拟防孤岛测试电路的电压响应。

本发明的有益效果是：

1、现有技术测试系统采用电阻、电感和电容元件，一般都不是理想的，存在寄生电阻、寄生电感、寄生电容等特性，测试过程受这些寄生参数影响很大，本设计采用模拟电网及网上负载测试系统装置进行测试，建立的模拟负载RLC电路数学模型是在理想状态下，计算和模拟的结果更精确；

2、本装置可代替测试系统中电网模块，RLC负载模块，以及功率计模块等，按照需求配置本模拟装置来搭建一个完整的测试系统，极大的简化了测试系统的体积；

3、测试过程中，可通过自适应的加载不同数学电路模型，完成装置工作模式的切换，适应测试步骤对测试环境的调整，这些使得测试过程简易，便捷，极大的提高其可实施性。该装置可用于孤岛检测模拟装置，它采用模拟的电子负载替换RLC并联负载，内部交流电压源模拟电网输出，电压表和电流表实时检测被测设备，精简各类实验测试设备，降低了实验和维护成本，体积与重量方面具有明显的优势，同时不再需要机械方式的负载调整，操作简单，提高实验效率。

附图说明

图1为现有技术中孤岛测试电路示意图；

图2为本发明模拟功率表功能示意图；

图3为本发明模拟电网及网上负载的原理示意图；

图4为本发明模拟电网或者交流源的原理示意图；

图5为本发明模拟电子负载原理示意图；

图6为本发明模拟待测设备EUT进入孤岛模式状态原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本实施例提供一种模拟各类测试系统的简易便捷的测试装置，对包括直流电源、交流电源、交流负载、波形监控设备和被测设备的测试系统进行模拟测试，能够模拟大电网的输出，建立RLC交流负载模型，内置功率计功能，实时监测待测设备EUT，进而快速实时模拟出各种测试环境和条件，简化了测试设备，自适应的实现整个测试流程，使得测试结果更为精确。

内置一个电压源，用于模拟大电网和RLC负载联合作用下的电压输出，交流电压源输出受控，可选择为电网设置值输出，作为源设备工作；可选择为电子负载模型计算出的电压值输出，工作于载模式下。且可以在两种模式之间实现切换，仿真测试装置中开关断开的电路性能；

内置一个电压表，用于测量待测设备EUT的两端电压瞬时值；

内置一个电流表，用于测量流经待测设备EUT的电流瞬时值；

内置一个模拟RLC负载电路模型，模型中RLC 电路中由R支路，L 支路和C 支路并联而成。

本测试装置可应用于四种工作模式下：

1.该装置可模拟电网或者交流源设备，给待测设备提供源；如图4，可提供大电网输出或人工设置源输出Uset,此时内部RLC负载数学模型设置为开路。电压源提供相应的设置输出。

2.该装置可模拟负载设备，如图5。通过人工设置内部模拟RLC负载的电阻R,电容C,电感L，内部建立RLC负载电路的数学模型，并通过测量外部待测设备EUT的电流Ieut，由电路模型可知

Ieut=Irlc；

可计算得到模拟RLC负载的两端电压

Urlc = Ieut*(R // ωL// )

此时控制电压源输出Urlc，即完成装置模拟RLC负载输出。

还可以通过设置模拟RLC负载的有功功率Prlc和无功功率Prlc以及品质因子Qf,来计算得到相应的模拟负载的电阻R,电容C,电感L值。

3.该装置可实现功率表功能，如图2。此应用中，内部的电压源处于断开状态，通过电压表采集待测设备EUT两端电压瞬时值Ueut，电流表采集待测设备EUT的电流瞬时值Ieut；内部通过模拟负载模型中功率计算单元，计算出待测设备EUT的电流有效值，电压有效值，有功功率和无功功率等。

4.该装置可用于模拟电网及其电网上负载设备，如图3，该模式可应用于防孤岛测试。装置内部可模拟大电网的输出，可模拟建立相应的RLC负载模型，同时，内置电压表和电流表实时监测待测设备的电路状态。

本实施例还提供一种防孤岛测试方法：

(1) 测试装置工作在模拟电网工作模式下，启动待测设备EUT，使其在额定交流输出功率下工作，电压表和电流表实时的监测其工作状态，Ud = Uset；Ia = Ieut; Uv = Ueut= Ud；

其中Ud为交流电压源输出；Uset为用户设置电网值；Ia 为电流表量测值；Uv为电压表量测值。

(2) 根据监测到EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算出待测设备EUT的有功功率和无功功率输出，直至检测到EUT输出的有功功率平稳。

(3) 建立并联RLC模拟负载模型；装置提供两类方式，第一类是人工设置并联RLC模拟负载的模拟电阻值R、电感值L、电容值C；第二类是人工设置并联RLC 模拟负载谐振电路的品质因数Qf 和标称频率ω，通过监测EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算得到电阻值R、电感值L、电容值C。

(4) 加载并联RLC模拟负载模型，测试装置此时工作在模拟电网及其电网上负载设备模式下，将待测设备EUT输出有功功率和无功功率加载在电子负载模拟单元上，计算得到流过RLC负载模型的基波电流是否大于通过电流表测量EUT的输出电流的95% 时，即

Irlc = Urlc /(R // ωL// 1/ωC)；

此时有Urlc = Ud= Ueut= Uset；

并联RLC模拟负载模型总电流：

(1)

其中： 电阻支路： ；

电感支路：；

电容支路： ；

得出：

(2)

流入电源支路电流：

=； (3)

其中： ——待测设备支路电流，即电流表的量测值：

当:

Irlc＞ 0.95 * Ieut； (4)

测试环境建立完成。进入步骤（5），若不符合条件，则对RLC继续微调，使其满足式（4）。

指示测试环境建立完成后，开始进行防孤岛测试，并记录测试过程。

此时，装置内部电路从电网及网上负载模式图3切换为模型RLC电子负载模型如图5，即待测设备EUT进入了孤岛模式，

进而控制电压源输出由:

Ud= Uset；

转换为 :Ud=Urlc；

而此时的Urlc依据下列的电路数学模型，计算得到；

Urlc=I_rlc×(R//1/jwL//jwC)

=Irlc×1/((R+jwL+1/jwC))

=Ia×1/((R+jwL+1/jwC))

从而得出：

(5)

其中:

b1、b2、a0、a1、a2为系数，由R、L、C参数和采样周期T决定。

Urlc (n)，Irlc (n)——当前采样点t0时,RLC负载上的电压值和电流值。

Urlc (n-1)，Irlc (n-1)——前一时刻的（t0-T）时，RLC负载上的电压值和电流值。

Urlc (n-2)，Irlc (n-2)——前两时刻（t0-2T）时，RLC负载上的电压值和电流值。

Irlc (n-3) ——为前（t0-3T）时，RLC负载上电流值。

因此，在内部电路从电网及网上负载模式图3切换为模型RLC电子负载模型图5，加载新的电路数学模型，这是一个具有初始状态的零输入全响应数据模型。其初始状态时刻的值Urlc (n)，Urlc (n-1)，Urlc (n-2)，Irlc (n)，Irlc (n-1)，，Irlc (n-2)，Irlc (n-3)即为上一个电路数学模型，即电网即网上负载模式在稳定态下的数值。即有：

则由式（2）计算所得，

Irlc(0)=Irlc(-1)=Irlc(-2)= (2)

此时，装置内部电路切换为模型RLC电子负载模型，即待测设备EUT进入了孤岛模式。记录待测设备EUT输出有功功率下降直至零的时间t，并检查是否满足条件t ≤ tset。若满足，则测试通过，满足预期的孤岛保护要求，进入下一步骤。若超过了设定时间tset，待测物的输出的有功功率还未下降至零，则测试未通过，并返回记录测试数据。

(6) 重复以上测试步骤，依次修改步骤1中，使待测设备EUT得输出功率等于在额定功率的33％，66％，100％，进行各个功率等级的防孤岛保护测试。

(7) 分析测试过程中记录的数据，判断待测设备EUT是否通过防孤岛保护测试。

其中，步骤（3）中第二类是由测量所得的待测设备EUT的有功功率和无功功率，进行模拟RLC负载模型建模过程完成如下：

1）待测设备输出有功功率为Peut，输出的无功功率Qeut；设置RLC谐振电路的品质因数为Qf；

2）由RLC 消耗的有功功率等于待测设备EUT发出的有功功率；LC 消耗的无功功率等于待测设备EUT发出的无功功率；

PR＝Peut；QC+QL＝-Qeut；

3）RLC 电路消耗的感性无功满足关系式：QL＝Qf* PR，计算模拟电感L；

L＝(U*U)/(QL*ω)

RLC 电路消耗的容性无功满足关系式：QC+QL＝-Q_EUT；计算模拟得到电容C；

C＝QC/(U*U*ω)

RLC 电路消耗的有功功率PR，计算的电阻R；

R＝(U*U)/PR

其中， U 表示待测设备EUT测试点处的电压，即装置中电压表测量值；

ω 表示待测设备工作角速度；

4）根据计算得到的模拟电阻值R、电感值L、电容值C 以及模拟电网输出，建立并联RLC电路的等式方程；

5）将RLC负载电路模型接入模拟电网和待测设备中，控制交流电压源的输出，模拟防孤岛测试电路的电压响应。

本实施例的有益效果是在用于孤岛检测模拟装置时，它采用模拟的电子负载数学模块替换RLC并联负载，内部交流电压源模拟电网输出，电压表和电流表实时检测被测设备，精简各类实验测试设备，降低了实验和维护成本，体积与重量方面具有明显的优势，同时不再需要机械方式的负载调整，操作简单，提高实验效率。

Claims (10)

1.一种模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：模拟一电网及网上负载，该装置包括一个电流表、一个电压表、一个交流电压源和一个电子负载模拟模块；

电流表，用于测量待测设备EUT的电流Ieut；

电压表，用于测量待测设备EUT的电压Ueut；

电子负载模拟模块经用户设置建立负载模型或功率计算模型；

交流电压源受控，受控模式为交流源状态下进行电网设置值Uset输出，或者受控模式为电子负载状态下经负载模型计算出的电压值Urlc输出；

当交流电压源设置为电网设置值Uset输出时，电子负载模拟模块接受两端电网设置值Uset电压值输入，计算出电子负载支路上的电流Irlc；

当交流电压源设置为受电子负载状态控制，电子负载模拟模块接受装置内部电流表测量所得的电流值Ieut，计算出电子负载两端电压值Urlc，控制交流电压源输出Ud。

2.根据权利要求1所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：模拟一电网或者交流源，将装置内部电子负载模拟模块设置为开路，交流电压源给待测设备EUT提供受控设置的电源输出设置值Uset，模拟电网或者交流源的输出Ud，得到公式： Uv=Ueut=Ud=Uset。

3.根据权利要求1或2所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：模拟一电网及网上负载，建立电子负载模拟模块为并联RLC负载模型，在交流电压源和待测设备EUT之间并联加载RLC负载模型，计算得到流过RLC负载模型的电流Ir1c是否大于待测设备EUT的输出电流Ieut的95%，

得公式：Ir1c>0.95*Ieut （4）

如果大于则测试环境建立完成，如果小于则调整电阻值R、电感值L和/或电容值C，使其满足公式（4）。

4.根据权利要求3所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：模拟一负载使待测设备EUT进入孤岛状态，将电网及网上负载模式切换为RLC负载模型，控制电压源输出从而得出具有初始状态的零输入全响应数据模型：

(5)

其初始状态时刻的值Urlc (n)，Urlc (n-1)，Urlc (n-2)，Irlc (n)，Irlc (n-1)，Irlc(n-2)，Irlc (n-3)为电网及网上负载模式在稳定态下的数值，即有：

Irlc(0)=Irlc(-1)=Irlc(-2)= (2)

将待测设备EUT输出有功功率下降直至零的时间t和允许时间tset比对，检查是否满足条件t ≤ tset。

5.根据权利要求4所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：若t ≤tset，使待测设备EUT的输出有功功率等于在额定功率的33%，66%，100%，继续进行如权利要求2、3和4的步骤，对各个功率等级进行防孤岛保护测试。

6.根据权利要求3所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：采用人工设置并联RLC 电子负载模型中的模拟电阻值R、电感值L、电容值C；或采用人工设置并联RLC电子负载模型中的谐振电路的品质因数Qf 和标称频率ω，经监测待测设备EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算得到电阻值R、电感值L、电容值C。

7.根据权利要求3所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：将待测设备EUT输出有功功率和无功功率加载在电子负载模拟模块上，计算得到流过RLC负载模型的电流Ir1c大于通过电流表测量待测设备EUT的输出电流Ieut的95% 时，此时有Urlc = Ud=Ueut= Uset；

并联RLC模拟负载模型总电流：

(1)

得出： (2)

流入交流电压源支路电流：

=； (3)

当:

Irlc＞ 0.95 * Ieut； (4)

则测试环境建立完成。

8.根据权利要求1所述的模拟电网及网上负载测试系统装置，其特征在于：模拟一功率表功能，将装置内部的交流电压源设置为断开状态，通过电压表采集待测设备EUT两端电压瞬时值Ueut，电流表采集待测设备EUT的电流瞬时值Ieut；通过电子负载模拟模块建立起功率计算模式，计算出待测设备EUT的电流有效值、电压有效值、有功功率和/或无功功率。

9.一种采用模拟电网及网上负载测试系统装置的防孤岛测试方法，其特征在于包括如下步骤：

(1) 将装置工作在模拟电网或交流源工作模式下，启动待测设备EUT，使其在额定交流输出功率下工作，电压表和电流表实时的监测其工作状态；

Ud = Uset；Ia = Ieut; Uv = Ueut= Ud；

Ud为交流电压源输出；Uset为用户设置电网值；Ia 为电流表量测值；Uv为电压表量测值；

(2) 根据监测到待测设备EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算出待测设备EUT的有功功率和无功功率输出，直至检测到待测设备EUT输出的有功功率为不随时间变化的定值；

(3) 建立并联RLC模拟电子负载模型；装置提供两类方式，第一类是人工设置并联RLC模拟负载的模拟电阻值R、电感值L、电容值C；第二类是人工设置并联RLC 模拟负载谐振电路的品质因数Qf 和标称频率ω，通过监测EUT的电压瞬时值和电流瞬时值，计算得到电阻值R、电感值L、电容值C；

(4) 加载并联RLC模拟电子负载模型，装置此时切换工作在模拟电网及其网上负载模式下，

将待测设备EUT输出有功功率和无功功率加载在电子负载模拟模块上，计算得到流过RLC电子负载模型的基波电流是否大于通过电流表测量待测设备EUT的输出电流的95% 时，即

Irlc = Urlc /(R // ωL// 1/ωC)；

此时有Urlc = Ud= Ueut= Uset；

并联RLC模拟电子负载模型总电流：

(1)

其中： 电阻支路：；

电感支路：；

电容支路：；

得出：

(2)

流入电源支路电流：

=； (3)

其中：为待测设备支路电流，即电流表的量测值：

当:

Irlc＞ 0.95 * Ieut； (4)

测试环境建立完成，进入步骤（5）；若不符合条件，则对RLC继续微调，使其满足式（4）；

(5) 指示测试环境建立完成后，开始进行防孤岛测试，并记录测试过程；此时，装置内部电路从模拟电网及网上负载模式切换为RLC电子负载模型，即待测设备EUT进入了孤岛模式，

进而控制电压源输出由:

Ud= Uset；

转换为 :Ud=Urlc；

而此时的Urlc依据下列的电路数学模型，计算得到；

Urlc= I_rlc × (R // 1/jwL // jwC)

=Irlc × 1/( ( R + jwL + 1/jwC ) )

=Ia × 1/( ( R + jwL + 1/jwC ) )

从而得出：

(5)

其中:b1、b2、a0、a1、a2为系数，由R、L、C参数和采样周期T决定；Urlc (n)，Irlc (n)为当前采样点t0时,RLC负载上的电压值和电流值；Urlc (n-1)，Irlc (n-1)为前一时刻的（t0-T）时，RLC负载上的电压值和电流值；Urlc (n-2)，Irlc (n-2)为前两时刻（t0-2T）时，RLC负载上的电压值和电流值；Irlc (n-3) 为前（t0-3T）时，RLC负载上电流值；

因此，在装置内部电路从模拟电网及网上负载模式切换为RLC电子负载模型模式，加载新的电路数学模型，这是一个具有初始状态的零输入全响应数据模型；其初始状态时刻的值Urlc (n)，Urlc (n-1)，Urlc (n-2)，Irlc (n)，Irlc (n-1)，Irlc (n-2)，Irlc (n-3)即为上一个电路数学模型，即电网即网上负载模式在稳定态下的数值；即有：

则由式（2）计算所得，

Irlc(0)=Irlc(-1)=Irlc(-2)= (2)

至此，装置模拟待测设备EUT进入了孤岛模式，记录待测设备EUT输出有功功率下降直至零的时间t，并检查是否满足条件t ≤ tset，若满足，则测试通过，满足预期的孤岛保护要求，进入下一步骤；若超过了设定时间tset，待测设备的输出的有功功率还未下降至零，则测试未通过，并返回记录测试数据。

10.根据权利要求9所述的模拟电网及网上负载测试系统装置的防孤岛测试方法，其特征在于：还包括步骤（6）和（7）；步骤（6）重复权利要求9的测试步骤，依次修改步骤（1）中，使待测设备EUT的输出功率等于在额定功率的33%，66%，100%时，进行各个功率等级的防孤岛保护测试；步骤（7）分析测试过程中记录的数据，判断待测设备EUT是否通过防孤岛保护测试；

其中步骤（3）中第二类测量所得的待测设备EUT的有功功率和无功功率，进行模拟RLC负载模型建模包括如下步骤：

1）待测设备输出有功功率为Peut，输出的无功功率Qeut；设置RLC谐振电路的品质因数为Qf；

2）由RLC 消耗的有功功率等于待测设备EUT发出的有功功率；LC 消耗的无功功率等于待测设备EUT发出的无功功率；

PR＝ Peut；QC+QL＝ -Qeut；

3）RLC 电路消耗的感性无功满足关系式：QL＝ Qf* PR，计算模拟电感L；

L ＝ (U*U)/(QL*ω)

RLC 电路消耗的容性无功满足关系式：QC+QL＝ -Q _EUT；计算模拟得到电容C；

C ＝ QC/(U*U*ω)

RLC 电路消耗的有功功率PR，计算的电阻R；

R ＝ (U*U)/PR

其中， U 表示待测设备EUT测试点处的电压，即装置中电压表测量值；

ω 表示待测设备工作角速度；

4）根据计算得到的模拟电阻值R、电感值L、电容值C 以及模拟电网输出，建立并联RLC电路的等式方程；

5）将RLC负载电路模型接入模拟电网和待测设备中，控制电压源的输出，模拟防孤岛测试电路的电压响应。