CN110824275A - 一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双向功率变换器测试平台，一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台，包括交流母线、直流母线、第一化学能电池模拟装置、第一光伏电池模拟装置、第二化学能电池模拟装置、第二光伏电池模拟装置、交流电源、隔离变压器、电网模拟装置、模拟阻抗、交流模拟负载、功率分析仪、多抽头变压器、待检测接口变换器、电能质量分析仪、直流模拟负载、检测操作系统、10个开关，一套测试平台能够实现不同电压等级的中小型微电网交直流母线接口变换器的性能测试，适应于交流侧120～380V电压等级，直流侧110～750V电压等级的待检测双向功率变换器测试，具有多适应性的特点。

Description

一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台

技术领域

本发明涉及一种双向功率变换器测试平台，具体涉及一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台。

背景技术

微电网交直流母线接口变换器作为连接混合微电网交流子网和直流子网的功率接口，是混合微电网的核心部件，通过控制功率双向流动维持系统稳定运行。微电网交直流母线接口变换器在产品最终定型投放市场之前都需要通过各种性能测试，也需要对不同厂商生产的该种产品进行性能比较。目前微电网交直流母线接口变换器所做的测试项目包括电气性能测试、并网特性测试和安规测试。

专利CN201110043797.X“光伏并网逆变器测试平台”，提出了一种光伏并网逆变器的测试平台，用于进行并网逆变器的测试。该测试平台的电路结构适用于中小功率等级的光伏并网逆变器的测试；专利CN20131010503848“一种用于大型储能变流器的测试平台”提出了利用大功率电力电子装置模拟储能电池特性，开展大功率储能变流器的测试，具有较高的灵活性，适用于单输入储能变流器的测试。专利CN201120134815.0“大容量多适应性并网光伏逆变器检测平台”，专利CN201320250550.X“一种多适应性光伏逆变器检测系统”等对光伏并网逆变器测试适应性进行改进，但是无法满足储能变流器能量双向流动的测试需求。

总结目前变流器系统测试平台的特点，各种测试平台存在着测试对象单一，大多针对单输入特定变流器的测试，无法满足变换器能量双向流动的测试需求，测试平台结构不适用于双向功率变换器的性能测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：是克服当前相关测试平台测试功能单一、自动化程度低问题，提出一种多适应性微电网交直流母线接口变换器实证测试平台，能够适应目前市场上不同输入/输出电压等级的中小型双向功率变换器，实现交直流母线接口变换器检测的高度自动化，有效提高检测效率。

本发明所采用的技术方案是：一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台，包括交流母线（1）、直流母线（2）、第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、第二光伏电池模拟装置（6）、交流电源（7）、隔离变压器（8）、电网模拟装置（9）、模拟阻抗（13）、交流模拟负载（10）、功率分析仪（11）、多抽头变压器（12）、待检测接口变换器（18）、电能质量分析仪（14）、直流模拟负载（15）、检测操作系统（16）、10个开关，第一化学能电池模拟装置（3）通过第一开关S1连接交流母线（1），第一光伏电池模拟装置（4）通过第二开关S2连接交流母线（1），交流电源（7）顺序通过隔离变压器（8）、第三开关S3连接交流母线（1），电网模拟装置（9）顺序通过模拟阻抗（13）、第四开关S4连接交流母线（1），交流模拟负载（10）通过第五开关S5连接交流母线（1），第二化学能电池模拟装置（5）通过第七开关S7连接直流母线（2），第二光伏电池模拟装置（6）通过第八开关S8连接直流母线（2），直流模拟负载（15）通过第十开关S10连接直流母线（2），交流母线（1）顺序通过多抽头变压器（12）、待检测接口变换器（18）、第六开关S6连接直流母线（2），功率分析仪（11）连接在待检测接口变换器（18），电能质量分析仪（14）连接待检测接口变换器（18），检测操作系统（16）通过网线连接第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、电网模拟装置（9）、隔离变压器（8）、模拟阻抗（13）、交流模拟负载（10）、功率分析仪（11）、待检测接口变换器（18）、电能质量分析仪（14）、直流模拟负载（15）。

第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、第二光伏电池模拟装置（6）都由实时仿真控制器（17）和双向DC/DC功率变换器构成，实时仿真控制器（17）与双向DC/DC功率变换器通过高速以太网通讯设备连接。与专利CN201410395363.X中的内容保持一致，实时仿真控制器搭载有实时操作系统，实时运行由simulink、labview等仿真软件搭建编译的电池数学模型，实现不同电池特性的实时模拟，包括光伏电池、化学储能电池等，模拟电池状态执行机构为双向DC/DC功率变换器，实时控制器通过采集双向DC/DC功率变换器输出的电压电流，进行电池荷电状态SOC的计算，同时得到电池实时电压电流输出特性，通过高速以太网通讯线路下达控制指令至双向DC/DC功率变换器进行电压电流指令的跟踪执行。

本发明的有益效果是：一套测试平台能够实现不同电压等级的中小型微电网交直流母线接口变换器的性能测试，适应于交流侧120～380V电压等级，直流侧110～750V电压等级的待检测双向功率变换器测试，具有多适应性的特点。同时，待检测接口变换器通过控制功率流动维持交直流侧电压母线稳定，既可运行在整流模式，又可运行在逆变模式，本测试平台能够满足待检测功率变换器能量双向流动的多项性能测试，多项性能测试包括逆变模式效率、同步特性、功率分配性能测试等。本发明的监控操作系统通过通讯设备与测试设备互联，结合自动测试软件能够按照设定的流程自动执行交直流母线接口变换器的测试，大大提高测试效率，实现检测流程的高度自动化。与现有检测平台相比，本发明可实现并网工况、模拟并网工况、孤岛工况测试。并网测试时，开关S3闭合，电网经隔离变压器进入交流母线；模拟并网工况下，开关S4闭合，模拟电网经模拟阻抗进入交流母线；孤岛工况下，开关S3、S4均断开连接，系统以孤岛模式运行。电池模拟装置给整个检测平台供电，投入储能系统，即可运行在孤岛工况下。本发明的检测平台中，模拟负载可以模拟不同的负载特性，为满足交直流母线接口变换器的过载保护试验、过流保护试验、功率因数测定试验、工作效率测量试验、并网电流谐波试验所需要。平台选择的三相模拟负载三相功率独立控制，可以任意组合模拟各种功率负荷。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中，1、交流母线，2、直流母线，3、第一化学能电池模拟装置，4、第一光伏电池模拟装置，5、第二化学能电池模拟装置，6、第二光伏电池模拟装置，7、交流电源，8、隔离变压器，9、电网模拟装置，10、交流模拟负载，11、功率分析仪，12、多抽头变压器，13、模拟阻抗，14、电能质量分析仪，15、直流模拟负载，16、检测操作系统，17、实时仿真控制器，18、待检测接口变换器。

具体实施方式

整体结构及连接关系如图1所示，本实施例中，交流母线1和直流母线2都分别为一段导线，为避免并网特性试验过程对上一级线路造成影响，设置隔离变压器，选用星形-三角形结构，有效抑制零序谐波和直流分量流入电网，可避免并网试验对上级线路造成影响。本实施例采用上海西鲁电气科技有限公司三相干式隔离变压器SG-50KVA。电网模拟装置9可以模拟实际电网工况，宽范围调节电压和频率，可编程控制输出电压的幅值和频率变化，实现逆变器的并网特性测试，能够实现电网不同跌落深度、过欠压、过欠频等状态模拟。本实施例使用致茂电子公司生产的可编程交流电源（chroma 6590）来模拟电网各种情况，该电网模拟装置可满足电性能测试要求并且使电网电压可控。交流电源7作为模拟电网，电网模拟源输出端接连接模拟阻抗网络，使待检测接口变换器端口的电能环境接近真实电网。根据电网与微网交流母线传输线距离得出传输阻抗值，进而连接设定模拟阻抗值。交直流模拟负载可以模拟不同的负载特性，为满足交直流母线接口变换器的过载保护试验、过流保护试验、功率因数测定试验、工作效率测量试验、并网电流谐波试验所需要。本实施例采用东莞市能一电气科技有限公司模拟交流电阻负载箱10KW 220/110V，三相模拟负载三相功率独立控制，可以任意组合模拟各种功率负荷。为适应多种微电网交直流母线接口变换器电压等级的测试，安装多抽头变压器12，可根据不同微电网交直流母线接口变换器调节输出，以满足不同输出等级的要求。本实施例采用上海西鲁电气科技有限公司多抽头三相变压器SBK-150KW，输入输出电压根据所接待检测接口变换器电压等级需求定制。待检测接口变换器侧输出电压定为以下几个电压等级36V、200V、210V、380V、400V，输入电压定为以下几个电压等级220V、380V、415V。待检测接口变换器是本发明的核心，实质是测量不同厂家在相同电压等级下的双向功率变换器，在接于微电网交直流母线接口处控制功率流动维持交直流侧电压稳定时，其工作性能以及保护特性的优劣和差异。微电网交直流母线接口变换器实证测试平台的二次系统由功率分析仪、电能质量分析仪组成。实验平台使用了RS-485接口实现各设备与监控操作系统的通信。将各测试点数据存储起来，测量数据传输到监控操作系统，监控操作系统对其进行数据处理，分析计算，得出测试结果。本测试平台的测试项目包括微电网交直流母线接口变换器效率测试、同步性能测试、功率分配特性、过欠频、过欠压等项目。其中，为了分析并网逆变器的效率、功率因数以及并网电流谐波等指标，本测试平台采用福禄克电能质量分析仪（FLUKE 435）和福禄克高精度功率分析仪（FLUKNORMA 5000）做为测量设备。电能质量分析仪能够对多种电能质量问题进行分析，包括电压不平衡度，谐波及电压闪变等，可以同时对多个电能质量进行分析，减小了重复进行实验的时间，提髙效率。

本实施例检测目的是模拟双向功率变换器正常工作状况和极端工作情况，利用检测装置测试其并离网性能和保护特性，从而分析比较不同厂家在相同电压等级下工作特性的优劣性。如附图1所示，在做并网性能测试时，以待检测接口变换器逆变效率这一性能指标展开测试，具体测试实施如下：

1)闭合开关S4，电网模拟装置接入电路，其既能模拟实际正常电网，又能模拟电网过欠压、过欠频工况，便于对待检测接口变换器保护动作时间的测试。对于此性能的测试，将电网模拟装置输出电压设定为三相线电压380V运行；

2)闭合开关S1，启动电池模拟装置，调节至电池储能特性，设置为低压侧储能模式，对电池模拟装置进行充电，用于“削峰填谷”作用；

3)闭合开关S2，启动光伏模拟装置，调节至光伏输出特性，设置为最大功率跟踪模式模式，输出功率至交流母线上。在微电网接入分布式电源，出力的随机性和不确定性使测试平台更接近于真实电网环境；

4)闭合开关S9，启动交流模拟负载，调节交流模拟负载中电阻、电感、电容参数，使交流母线功率供需平衡；

5)闭合开关S5，待检测接口变换器接入交流母线；

6)闭合开关S6，直流母线工作，待检测接口变换器交流侧接入交流母线，直流侧接入直流母线；

7)闭合开关S7、S8，启动直流侧电池模拟装置、光伏模拟装置，作用同上；

8)闭合开关S10，启动直流模拟负载；

9)微电网检测平台开始运行，此时调高交流模拟负载中电阻值，使负载消耗功率大于源侧输出功率，调低直流模拟负载电阻值，使负载消耗功率小于源侧输出功率。导致交流母线过负载运行，直流母线满功率运行，于是待检测接口变换器运行在逆变模式，将直流侧功率补偿到交流侧以维持功率平衡；

通过功率分析仪得出直流侧功率和交流侧功率参数，得出接口变换器逆变效率；同时，从电能质量分析仪传输到监控操作系统的数据和波形得出待检测接口变换器输出的电能质量，例如谐波畸变率、电压波动值等。

Claims (2)

1.一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台，其特征在于：包括交流母线（1）、直流母线（2）、第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、第二光伏电池模拟装置（6）、交流电源（7）、隔离变压器（8）、电网模拟装置（9）、模拟阻抗（13）、交流模拟负载（10）、功率分析仪（11）、多抽头变压器（12）、待检测接口变换器（18）、电能质量分析仪（14）、直流模拟负载（15）、检测操作系统（16）、10个开关，第一化学能电池模拟装置（3）通过第一开关S1连接交流母线（1），第一光伏电池模拟装置（4）通过第二开关S2连接交流母线（1），交流电源（7）顺序通过隔离变压器（8）、第三开关S3连接交流母线（1），电网模拟装置（9）顺序通过模拟阻抗（13）、第四开关S4连接交流母线（1），交流模拟负载（10）通过第五开关S5连接交流母线（1），第二化学能电池模拟装置（5）通过第七开关S7连接直流母线（2），第二光伏电池模拟装置（6）通过第八开关S8连接直流母线（2），直流模拟负载（15）通过第十开关S10连接直流母线（2），交流母线（1）顺序通过多抽头变压器（12）、待检测接口变换器（18）、第六开关S6连接直流母线（2），功率分析仪（11）连接在待检测接口变换器（18），电能质量分析仪（14）连接待检测接口变换器（18），检测操作系统（16）通过网线连接第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、电网模拟装置（9）、隔离变压器（8）、模拟阻抗（13）、交流模拟负载（10）、功率分析仪（11）、待检测接口变换器（18）、电能质量分析仪（14）、直流模拟负载（15）。

2.根据权利要求1所述的一种微电网交直流母线接口变换器实证测试平台，其特征在于：第一化学能电池模拟装置（3）、第一光伏电池模拟装置（4）、第二化学能电池模拟装置（5）、第二光伏电池模拟装置（6）都由实时仿真控制器（17）和双向DC/DC功率变换器构成，实时仿真控制器（17）与双向DC/DC功率变换器通过高速以太网通讯设备连接。

Images