CN111707886A - 一种微电网储能变换器实证测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微电网领域。一种微电网储能变换器实证测试平台，包括电池模拟系统、待测储能变换器、电子模拟负载、电网、模拟电网阻抗网络、电网模拟器、降压变压器、数据管理平台。通过无线传感器终端设备，实现双向通信，利用通信模块低功耗时延低的特点，可将储能逆变器运行状态实时传递到数据管理平台，实现监控界面的实时可视化；通过降压变压器将电池模拟系统、实际电网连接，形成环状测试平台，实现能量循环；储能逆变器防孤岛检测采用电子模拟负载，操作时通过计算机控制开关K1、K2、K3，取得电子模拟负载RLC的数值，能够实现防孤岛检测的自动化。

Description

一种微电网储能变换器实证测试平台

技术领域

本发明涉及微电网领域。

背景技术

再生能源如太阳能发电与风力发电具有不稳定与间歇性供电的问题，影响电网稳定度，通过储能系统 (ESS, Energy Storage System) 的设置来缓冲发电、输配电、用电的动态性差异问题，减少再生能源并网造成的冲击，增加电网运行的稳定度。

作为最常见和核心的微电网装置，微电网并离网运行及其切换控制的研究都对微电网的发展起到至关重要的作用，因而对于储能并网控制技术的先进控制受到越来越多的关注。此外，为降低研究的时间成本和提高测试效率，研究一种具有良好的兼容性和扩展性、提供快速便捷的开发环境、集成多种研究环境和安全可靠的储能运行测试和研发平台就显得尤为必要。储能变换器测试一般都是参考光伏变换器的标准，每项功能检测在整个平台中所用的设备和实现方式不完全相同，例如储能变换器中需要检测充放电精度指标，光伏逆变器则不需要，检测装置趋于一体化，但是不同并网设备在检测终端设备对于数据的处理会不同。检测内容基本上可分为性能指标检测、转换效率试验、逆变器保护功能检测和防孤岛效应检测。

目前储能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，自动化程度低，常需手动操作。且连接上位机需要通信线RS485、232进行有线连接，增加了测试系统布线难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何解决当前储能变换器测试平台自动化程度低、性能检测项目不充足等问题。

本发明所采用的技术方案是：一种微电网储能变换器实证测试平台，包括电池模拟系统、 待测储能变换器、电子模拟负载、电网、模拟电网阻抗网络、电网模拟器、降压变压器、数据管理平台；所述数据管理平台，安装在PC机上，用于显示、存储智能传感器节点采集的电压、电流、温度数据；电池模拟系统包括串联连接的前级PWM整流电路和后级两象限半桥电路；电池模拟系统输入端一路通过第六开关K6连接降压变压器输入端，电池模拟系统输入端另一路连接待测储能变换器的输入端，待测储能变换器的输出端连接第一开关K1的一端，第一开关K1的另一端一路通过第二开关K2连接电子模拟负载，第一开关K1的另一端另一路连接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端一路通过第四开关K4连接电网（真实电网），第三开关K3的另一端另一路通过第五开关K5连接模拟电网阻抗网络的输入端，电网阻抗网络的输出端连接电网模拟器连接，降压变压器输出端通过第七开关K7连接电网，待测储能变换器的输出端和输出端分别连接多块智能传感器终端，电池模拟系统、 待测储能变换器、电子模拟负载、电网模拟器、第一开关K1到第五开关K5都电信号连接PC机。

所述前级PWM整流电路将所述降压变压器输入的690V交流电压转换为1000V直流电压，所述后级两象限半桥电路包括一组双向DC/DC直流半桥电路和电池特性仿真器，后级两相限半桥电路将1000V直流电压转换为与待测储能变流器匹配的电池柜的直流电压。

在做并网性能测试时，以待检测储能逆变器电性能、转换效率展开测试；闭合开关K6、K7，接通电网至电池模拟系统电路，为电池系统供电，三相交流电经过电池模拟系统PWM整流器、半桥斩波电路，以直流电方式进入待测储能逆变器。实时仿真控制器驱动待测逆变器开关；闭合开关K1、K3、K4，待测逆变器输出侧接入真实电网，通过智能传感器装置得出直流侧功率和交流侧功率参数，得出待测储能逆变器转换效率；同时，从智能传感器终端传输到监控操作系统的数据得出待测储能逆变器输出的电能质量，例如谐波畸变率、电压波动值等。

待测储能逆变器非理想工况下保护性能测试，闭合开关K1、K3、K5，断开开关K6、K7，通过实时仿真控制器设置电网模拟器参数，使其运行在过欠压、过欠频非理想工况；启动电池模拟系统，通过实时模拟仿真控制器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。

本发明的有益效果是：实现了监控界面的实时可视化；通过降压变压器将电池模拟系统、实际电网连接，形成环状测试平台，实现了能量循环；实现了防孤岛检测的自动化。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是前级PWM整流电路示意图；

图3是两象限半桥电路示意图。

具体实施方式

本实施例中，待测储能变换器采用南京国臣直流配电科技有限公司生产的储能变换器DC/AC220/380V，电子模拟负载为通用的现有电子模拟负载，可通过操作设备主界面的按键，实现RLC值得设定，本实施例采用采用Chroma63800三相交流模拟负载作为电子模拟负载，可以任意组合模拟各种功率负荷，电网模拟器使用致茂电子公司生产的可编程交流电源（chroma Model 61800 series）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；电网模拟器与模拟电网阻抗网络的串联，目的是检验待测储能变换器在电网非理想工况下（过欠压、过欠频）运行效果，电网模拟器可以模拟非理想电压，串联的模拟电网阻抗网络目的在于使模拟电网更接近于真实性；降压变压器采用型号为SG-500kVA，输入电压690V，输出电压380V，智能传感器终端使用山东力创科技股份有限公司DTSD209-LORA 的智能电表（用于储能变换器交流输出侧）、DZS2B/4B/4L智能电表（用于储能变换器直流输入侧）。实现对三相电流、三相电压、三相功率、频率等基本电参数测量，智能传感器节点硬件电路板中无线通信模块将数据信号上传至PC机数据管理平台。PC机中安装有力创科技股份有限公司配套采集软件，将从智能传感器终端采集的电压、电流及电性能信号进行归档并传达到数据管理平台上，前级PWM整流电路将所述降压变压器输入的690V交流电压转换为1000V直流电压；所述后级两象限半桥电路包括一组双向DC/DC直流半桥电路、电池特性仿真器，后级两象限半桥电路将所述1000V直流电压转换为与待测储能变流器数值相等的的直流电压（如图3中的200V，也可以是其它值）；所述电池特性仿真器通过电力电子器件模拟不同的电池运行工况；所述电池特性仿真器使用现有设备Chroma17020/17040，包括采样电路、计时器、存储器和控制器，具备电池充放电机与电池模拟器两种功能，该设备中存储器存储仿真不同电池特性的SOC-U曲线，控制器对所述SOC-U曲线分析后输出电压指令，模拟真实电池系统波形，电网模拟器可以模拟实际电网工况，可编程控制输出电压的幅值和频率变化，实现储能变换器的并网特性测试，能够实现电网不同跌落深度、过欠压、过欠频等状态模拟，本实施例检使用致茂电子公司生产的可编程交流电源（chroma Model 61800 series）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。电网模拟器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，模拟阻抗同样采用Chroma63800三相交流模拟负载，调节RLC值使得电能环境更接近真实电网，电网模拟器与模拟电网阻抗网络的串联，目的是检验待测储能变换器在电网非理想工况下（过欠压、过欠频）运行效果，电网模拟器可以模拟非理想电压，串联的模拟电网阻抗网络目的在于使模拟电网更接近于真实性，，DTSD209-LORA智能电表、DZS2B/4B/4L智能电表中，LoRa是无线通讯模块。 LoRa是Semetech特产公司在2013年８月发布的一种新型的基于１ＧＨｚ以下的超长距低功耗数据传输技术（Long Range，简称LoRa）的芯片。LoRa 通信不仅传播距离远，空旷环境下可以达到5km的传播距离，即使在密集的城市群，也可达到２千多米的传输距离，而且通信可靠性高。在集合以上优点的同时又具有超低功耗，在普通电池供电的情况下待机时间最高可达10年。无线通讯模块（LoRa通信）安装于智能传感器终端硬件电路板内，是实现无线通信的关键部分，通过LoRa芯片射发信号。

本微电网储能变换器实证测试平台检测目的是检测双向功率变换器正常工作状况和极端工作情况，通过智能传感器节点上传的数据，分析其变换效率、输出电能质量等效果。判断比较不同厂家在相同电压等级下储能变换器在理想工况和非理想工况下运行特性的优劣性。

在理想工况运行测试时，以待检测储能变换器转换效率、输出电能质量为观察指标展开测试

闭合开关K1、K3、K4，电池模拟系统运行，输出电能经过待测储能变换器，待测储能变换器将电压变换为可与电网相连的电能，连接电网。待测储能变换器实证测试平台一次平台正常运行；

此时，连接在待测储能变换器输入、输出端的两个智能传感器节点通过硬件电路板中的电压电流传感器模块，对待测储能变换器交直流侧数据进行采集。数据处理后，经过硬件电路板中无线通信（LoRa）模块传输信号至数据管理平台；

数据管理平台对数据处理统计列表，显示出待测储能变换器交、直流侧电压、电流值，转换效率，输出侧电能质量。

通过观察比较不同厂家相同电压等级下储能变换器的交、直流侧电压、电流值，转换效率，输出侧电能质量等指标，比较出储能变换器的优劣性。

以待测储能变换器非理想工况下对待测储能变换器性能测试

闭合开关K1、K3、K5、K6、K7，电网模拟器接入系统，断开与真实电网的连接。电网模拟器经过开关K5、K3、K1将交流电输入至待测储能变换器，待测储能变换器将电压变换为可与电池模拟系统相连的电能，通过降压变压器连接电网。待测储能变换器实证测试平台一次平台运行；

电网模拟器可以通过调节参数，模拟电网的非理想工况，例如低于额定电压运行，因此，调节电网模拟器使待测储能变换器运行在非理想工况-低压模式下；

此时，连接在待测储能变换器输入、输出端的两个智能传感器节点通过硬件电路板中的电压电流传感器模块，对待测储能变换器交直流侧数据进行采集。数据处理后，经过硬件电路板中无线通信（LoRa）模块传输信号至数据管理平台；

数据管理平台对数据处理统计列表，显示出待测储能变换器交、直流侧电压、电流值，转换效率，输出侧电能质量，观察不同厂家相同电压等级下储能变换器在这种工况下转换效率、输出电能质量等指标的变化。数据管理平台包括算法模拟软件、上位机监控软件、实时仿真控制器，所述算法模拟软件用于进行算法模拟仿真，本实施例中算法模拟软件采用MATLAB和/或Simulink。所述上位机监控软件用于通过画面实现监控信息或输入控制信息(用于显示各种测量信号、中间信号及下发指令、存储数据的上位机软件界面)，包含显示实时应用程序运行时的变量和参数的图形及数值插件、实时设置和更改运行算法参数的输入控件、存储实验数据及可转为mat格式的功能，此外还提供丰富的软件模块(如与各种软件对接的软件接口)，从而应对各种不同的情况。实时仿真控制器，用于根据算法模拟软件模拟的算法解析为各个实体设备对应的控制信号及参数，本实施例中实时仿真控制器选用基于dSPACE实时仿真系统的控制模块或直接采用dSPACE实时仿真系统。

通过观察比较不同厂家相同电压等级下储能变换器的交、直流侧电压、电流值，转换效率，输出侧电能质量等指标，若在非理想工况下数值变化明显的厂家储能变换器，其运行稳定性较差。比较出储能变换器的优劣性。

Claims (3)

1.一种微电网储能变换器实证测试平台，其特征在于：包括电池模拟系统、 待测储能变换器、电子模拟负载、电网、模拟电网阻抗网络、电网模拟器、降压变压器、数据管理平台；所述数据管理平台，安装在PC机上，用于显示、存储智能传感器节点采集的电压、电流、温度数据；电池模拟系统包括串联连接的前级PWM整流电路和后级两象限半桥电路；电池模拟系统输入端一路通过第六开关K6连接降压变压器输入端，电池模拟系统输入端另一路连接待测储能变换器的输入端，待测储能变换器的输出端连接第一开关K1的一端，第一开关K1的另一端一路通过第二开关K2连接电子模拟负载，第一开关K1的另一端另一路连接第三开关K3的一端，第三开关K3的另一端一路通过第四开关K4连接电网（真实电网），第三开关K3的另一端另一路通过第五开关K5连接模拟电网阻抗网络的输入端，电网阻抗网络的输出端连接电网模拟器连接，降压变压器输出端通过第七开关K7连接电网，待测储能变换器的输出端和输出端分别连接多块智能传感器终端，电池模拟系统、 待测储能变换器、电子模拟负载、电网模拟器、第一开关K1到第五开关K5都电信号连接PC机。

2.根据权利要求1所述的一种微电网储能变换器实证测试平台，其特征在于：所述前级PWM整流电路将所述降压变压器输入的690V交流电压转换为1000V直流电压，所述后级两象限半桥电路包括一组双向DC/DC直流半桥电路和电池特性仿真器。

3.根据权利要求1所述的一种微电网储能变换器实证测试平台，其特征在于：在做并网性能测试时，以待检测储能逆变器电性能、转换效率展开测试：闭合开关K6、K7，接通电网至电池模拟系统电路，为电池系统供电，三相交流电经过电池模拟系统PWM整流器、半桥斩波电路，以直流电方式进入待测储能逆变器；实时仿真控制器驱动待测逆变器开关，闭合开关K1、K3、K4，待测逆变器输出侧接入真实电网，通过智能传感器装置得出直流侧功率和交流侧功率参数，得出待测储能逆变器转换效率，同时，从智能传感器终端传输到监控操作系统的数据得出待测储能逆变器输出的电能质量。

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