CN108233356A - 一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台 - Google Patents

一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台，包括：构建基于半实物仿真的一致性评估平台；设置不同的电网电压扰动工况，基于半实物仿真器测试两套光伏逆变器控制器并网性能，并记录测试过程中两套光伏逆变器输出电压和电流数据；对电网扰动工况下两套光伏逆变器输出电压、电流进行数据分析，分别计算每种扰动工况下暂态和稳态区间的电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的平均误差、稳态区间最大误差以及加权平均总偏差；判断两套光伏逆变器的控制器性能上是否一致，避免由于光伏逆变器控制器软件程序无法读取，而无法核查被测样机的控制器和现场光伏逆变器的控制器是否一致性的情况，保证电站模型准确反映并网特性。

Description

一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台
技术领域
本发明涉及光伏检测与评估领域，具体涉及一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台。
背景技术
目前，国标GB/T 19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》中明确提出光伏电站并网前需向调度提交光伏电站模型。光伏电站并网性能测试与评估工作是确保电站模型准确反映并网特性、光伏电站并网性能符合要求的重要保障。光伏电站模型的核心是准确的光伏逆变器模型。当前逆变器模型通常依据实验室参数测试结果设定模型参数，但在光伏行业快速发展、逆变器型号更新频繁的背景下，现场安装的逆变器与型式试验的逆变器控制软件版本常出现不一致的现象，直接导致现场逆变器与经过参数测试的逆变器并网性能存在差异，造成电站业主提交的电站模型无法反映电站真实特性，给后续分析运行工作埋下隐患。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种光伏逆变器控制器一致性评估方法及其评估平台，避免由于光伏逆变器控制器软件程序无法读取，而无法核查被测样机的控制器和现场光伏逆变器的控制器是否一致性的情况，保证依据参数测试结果建立的光伏逆变器模型能够准确用于整站建模，保证电站模型准确反映并网特性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种光伏逆变器控制器一致性评估方法，其改进之处在于，所述评估方法包括下述步骤：
(1)构建基于半实物仿真的一致性评估平台；
(2)设置电网电压扰动工况，基于半实物仿真器测试两套光伏逆变器控制器并网性能，并记录分别测试过程中两套光伏逆变器一次功率回路模型的电压和电流数据；
(3)对电网扰动工况下两套光伏逆变器输出电压、电流进行数据分析，分别计算每种扰动工况下暂态和稳态区间的电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的平均误差、稳态区间最大误差以及加权平均总偏差；
(4)判断两套光伏逆变器的控制器性能上是否一致。
进一步地，所述步骤(1)中，评估平台包括依次连接的仿真模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器。
进一步地，对于两套被测的光伏逆变器控制器，所述仿真模型包括并网性能测试一次功率回路模型，其一次功率回路模型是一致的；所述一次功率回路模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、并网检测装置模型和电网模型；其中光伏逆变器模型依据被测的光伏逆变器控制器实际工作的主电路拓扑和电感、电容的电气参数建立，并网检测装置模型能够模拟电网电压跌落。
进一步地，所述物理I/O口包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口和数字量输出接口，通过模拟量输出接口将线性变换(此处线性变换真实功率回路中的电路，即将电压电流按采样电路中的比例系数进行缩减，使通过模拟量输出端口输出的电压、电流信号范围与光伏逆变器相匹配。)的两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，通过数字量输入接口将光伏逆变器控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中。
进一步地，所述步骤(2)中，电网电压扰动工况包含低电压穿越测试工况和高电压穿越测试工况；测试过程是通过模拟电网电压扰动，观测电流的响应特性；若两套被测的光伏逆变器控制器具有一致性，在同种工况下两套光伏逆变器的一次功率回路模型中的电压、电流是一致的。
进一步地，所述步骤(3)中，计算每种扰动工况下电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的稳态区间平均偏差F1max，暂态区间平均偏差F2max，稳态区间最大偏差F3max，加权总偏差FGmax；
将记录的电压、电流数据按照电压扰动发生时间进行同步，则均值误差计算公式表示为：
最大误差计算公式表示为：
其中：KM_Begin、KM_End分别为其中一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；和KS_Begin、KS_End分别为另一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；xM(i)、xs(i)为需要计算误差的物理量；F为均值误差；F’为最大误差；i为开始时间到结束时间的任一时间时间点；
依据暂稳态区间持续时间，通过加权计算电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的加权总偏差。
进一步地，所述步骤(4)中，若所有测试点的误差均小于规定的误差阈值(本发明误差阈值设定为0.05p.u.)，说明两套光伏逆变器控制器的并网性能一致，两套控制器在控制性能上是一致的；否则，说明两套逆变器控制器并网性能不一致，两套控制器具有不一致性。
本发明还提供一种光伏逆变器控制器一致性评估平台，其改进之处在于，所述评估平台包括依次连接的仿真模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器。
进一步地，对于两套被测的光伏逆变器控制器，所述仿真模型包括并网性能测试一次功率回路模型，其一次功率回路模型是一致的；所述一次功率回路模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、并网检测装置模型和电网模型；其中光伏逆变器模型依据被测的光伏逆变器控制器实际工作的主电路拓扑和电感、电容的电气参数建立，并网检测装置模型能够模拟电网电压跌落。
进一步地，所述物理I/O口包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口和数字量输出接口，通过模拟量输出接口将线性变换(此处线性变换真实功率回路中的电路，即将电压电流按采样电路中的比例系数进行缩减，使通过模拟量输出端口输出的电压、电流信号范围与光伏逆变器相匹配)后的两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，通过数字量输入接口将光伏逆变器控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中。
为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：
(1)本发明提出的一种光伏逆变器控制器一致性评估方法，无需进行控制器内部软件读取，就能快速测试出两套逆变器控制器并网性能是否一致。
(2)本发明提出的一种光伏逆变器控制器一致性评估方法，避免了对两台逆变器重复开展型式试验测试，减少安全隐患，节约检测成本。
(3)本发明通过半实物仿真测试的手段开展控制器一致性评估，通过仿真模型就能创造低电压穿越、高电压穿越等多工况测试条件，对被测控制器并网性能一致性开展全面测试。
(4)本发明建立的评估平台中，包含两套相同的一次功率回路模型，对两套控制器同时开展测试，确保测试环境的一致性，且有效缩减测试时间。
(5)本发明提出的方法，能够有效判别出两套控制器并网性能是否一致，保证依据参数测试结果建立的光伏逆变器模型能够准确用于整站建模，确保电站模型准确反映其并网特性。
为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。
附图说明
图1是本发明提供的一种光伏逆变器控制器一致性评估方法的流程图；
图2是本发明提供的一种光伏逆变器控制器一致性评估平台的示意图；
图3是本发明提供的控制器A与控制器B半实物仿真测试的关键数据对比图，其中(a)为控制器A与控制器B半实物仿真测试的无功电流数据对比图；(b)为控制器A与控制器B半实物仿真测试的无功功率数据对比图；(c)为控制器A与控制器B半实物仿真测试的有功功率数据对比图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
本发明提出了一种基于半实物仿真建立控制器一致性评估平台，通过控制器硬件在环仿真获取电网扰动工况下光伏逆变器电压、电流数据，评估两套光伏逆变器控制器的并网控制性能是否具有一致性，流程图如图1所示。
(1)构建基于半实物仿真的一致性评估平台，如图2所示。评估平台包括：仿真模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器。
1)对于两套被测的光伏逆变器控制器，其并网性能测试一次功率回路模型是一致的。并网性能测试一次功率回路模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、并网检测装置模型和电网模型。其中光伏逆变器模型依据被测的光伏逆变器控制器实际工作的主电路拓扑和参数建立，并网检测装置模型能够模拟电网电压跌落。
2)物理I/O口包含模拟量输入/输出接口、数字量输入/输出接口，通过模拟量接口将线性变换后的两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，通过数字量输入接口将控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中。
(2)参照逆变器型式试验的测试标准、测试项目和测试步骤，设置不同的电网电压扰动工况，包括低电压穿越、高电压穿越等，基于半实物仿真器测试两套光伏逆变器控制器并网性能，并记录测试过程中两套光伏逆变器输出电压、电流等关键数据。
(3)对电网扰动工况下两套光伏逆变器输出电压、电流进行数据分析，分别计算每种扰动工况下电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的稳态区间平均偏差F1max，暂态区间平均偏差F2max，稳态区间最大偏差F3max，加权总偏差FGmax；
将记录的电压、电流数据按照电压扰动发生时间进行同步，则均值误差计算公式表示为：
最大误差计算公式表示为：
其中：KM_Begin、KM_End分别为其中一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；和KS_Begin、KS_End分别为另一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；xM(i)、xs(i)为需要计算误差的物理量；F为均值误差；F’为最大误差；i为开始时间到结束时间的任一时间时间点；
依据暂稳态区间持续时间，通过加权计算电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的加权总偏差。
(4)若所有测试点的误差均小于规定的误差阈值，说明两套逆变器控制器的并网性能一致，两套控制器在控制性能上是一致的；说明两套逆变器控制器并网性能不一致，两套控制器具有不一致性。
实施例一
某三电平T型光伏逆变器，额定功率为125kW，功率器件IGBT开关频率为6kHz。评估安装于按型号逆变器上的控制器A和控制器B是否具有一致性。
(1)建立两套相同的并网性能测试一次回路模型，包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、电压跌落发生装置模型和电网模型。
(2)通过物理I/O装置，将两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，将控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中，实现两套控制器与仿真模型的对接。
(3)设置测试工况，依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》要求，开展共计48个跌落的低电压穿越测试，记录测试过程中两套光伏逆变器输出电压、电流等关键数据。
(4)对电网扰动工况下两套光伏逆变器输出电压、电流进行数据分析，分别计算每种扰动工况下暂态和稳态区间的电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的平均误差、稳态区间最大误差以及加权平均总偏差。
以逆变器重载运行时，三相电网电压跌落至20％额定电压测试工况为例，控制器A与控制器B半实物仿真测试的关键数据对比如图3(a)、(b)、(c)所示，暂稳态区间误差如表1所示。其中F1max为稳态区间平均偏差最大值，F2max为暂态区间平均偏差最大值，F3max为稳态区间最大偏差，FGmax为加权总偏差。
该工况下，控制器A和控制器B仿真时，输出电压、无功电流、功率等关键物理量的误差非常小。
表1暂稳态区间误差
电气参数 F1max F2max F3max FGmax
电压偏差 0.000 0.004 0.000 0.001
电流偏差 0.022 0.010 0.055 0.006
无功电流 0.001 0.005 0.023 0.001
有功功率 0.022 0.011 0.055 0.006
无功功率 0.001 0.002 0.023 0.001
(4)对其他测试点的误差进行逐一分析，加权总偏差均小于0.01，说明控制器A和控制器B并网性能一致，两套控制器在控制性能上是一致的。
本发明基于半实物仿真建立含一次功率回路模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器一致性评估平台，对两套控制器同时开展硬件在环仿真测试获取电网扰动工况下光伏逆变器输出电压、电流数据，通过对比电压、电流和功率等关键物理量的误差评估两套被测的光伏逆变器控制器是否具有一致性。评估现场使用逆变器的控制器并网性能与被用于参数测试的光伏逆变器控制器的一致性，保证电站模型准确反映并网特性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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 (10)

1.一种光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述评估方法包括下述步骤：
(1)构建基于半实物仿真的一致性评估平台；
(2)设置电网电压扰动工况，基于半实物仿真器测试两套光伏逆变器控制器并网性能，并记录分别测试过程中两套光伏逆变器一次功率回路模型的电压和电流数据；
(3)对电网扰动工况下两套光伏逆变器输出电压、电流进行数据分析，分别计算每种扰动工况下暂态和稳态区间的电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的平均误差、稳态区间最大误差以及加权平均总偏差；
(4)判断两套光伏逆变器的控制器性能上是否一致。
2.如权利要求1所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述步骤(1)中，评估平台包括依次连接的仿真模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器。
3.如权利要求2所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，对于两套被测的光伏逆变器控制器，所述仿真模型包括并网性能测试一次功率回路模型，其一次功率回路模型是一致的；所述一次功率回路模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、并网检测装置模型和电网模型；其中光伏逆变器模型依据被测的光伏逆变器控制器实际工作的主电路拓扑和电感、电容的电气参数建立，并网检测装置模型能够模拟电网电压跌落。
4.如权利要求2所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述物理I/O口包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口和数字量输出接口，通过模拟量输出接口将线性变换的两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，通过数字量输入接口将光伏逆变器控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中。
5.如权利要求1所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中，电网电压扰动工况包含低电压穿越测试工况和高电压穿越测试工况；测试过程是通过模拟电网电压扰动，观测电流的响应特性；若两套被测的光伏逆变器控制器具有一致性，在同种工况下两套光伏逆变器的一次功率回路模型中的电压、电流是一致的。
6.如权利要求1所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算每种扰动工况下电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的稳态区间平均偏差F1max，暂态区间平均偏差F2max，稳态区间最大偏差F3max，加权总偏差FGmax；
将记录的电压、电流数据按照电压扰动发生时间进行同步，则均值误差计算公式表示为：
最大误差计算公式表示为：
其中：KM_Begin、KM_End分别为其中一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；和KS_Begin、KS_End分别为另一套光伏逆变器一次功率回路模型中任一区间的电压、电流的开始时间、结束时间；xM(i)、xs(i)为需要计算误差的物理量；F为均值误差；F’为最大误差；i为开始时间到结束时间的任一时间时间点；
依据暂稳态区间持续时间，通过加权计算电压、电流、无功电流、有功功率和无功功率的加权总偏差。
7.如权利要求1所述的光伏逆变器控制器一致性评估方法，其特征在于，所述步骤(4)中，若所有测试点的误差均小于规定的误差阈值，说明两套光伏逆变器控制器的并网性能一致，两套控制器在控制性能上是一致的；否则，说明两套逆变器控制器并网性能不一致，两套控制器具有不一致性。
8.一种光伏逆变器控制器一致性评估平台，其特征在于，所述评估平台包括依次连接的仿真模型、物理I/O接口和两套被测的光伏逆变器控制器。
9.如权利要求8所述的光伏逆变器控制器一致性评估平台，其特征在于，对于两套被测的光伏逆变器控制器，所述仿真模型包括并网性能测试一次功率回路模型，其一次功率回路模型是一致的；所述一次功率回路模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器模型、并网检测装置模型和电网模型；其中光伏逆变器模型依据被测的光伏逆变器控制器实际工作的主电路拓扑和电感、电容的电气参数建立，并网检测装置模型能够模拟电网电压跌落。
10.如权利要求8所述的光伏逆变器控制器一致性评估平台，其特征在于，所述物理I/O口包括模拟量输入接口、模拟量输出接口、数字量输入接口和数字量输出接口，通过模拟量输出接口将线性变换后的两套一次功率回路模型中的电压、电流输出至对应的光伏逆变器控制器，通过数字量输入接口将光伏逆变器控制器发出的PWM脉冲波输入至对应的光伏逆变器一次功率回路模型中。
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