CN114236202A - 电网阻抗调试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电网阻抗调试系统，包括控制器、指令输入单元、输入开关元件、电流采集器、输出开关元件以及电感感量切换模块，电感感量切换模块包括开关支路及至少两条电感支路，电感支路、开关支路依次设置在火线与零线之间，电感支路包括电感，开关支路包括第一开关元件；每两个相邻设置电感的第一端部之间通过第二开关元件连接，其中任意两个相邻的电感的第二端部之间通过第三开关元件连接，其中一条电感支路的第一端部与火线连接，另一条电感支路的第一端部通过第四开关元件与零线连接，其第二端部通过开关支路与零线连接。通过切换各开关元件的通断状态，改变各电感之间串、并联关系，实现多种感量的切换，提高测试效率。

Description

电网阻抗调试系统及方法

技术领域

本发明涉及电网阻抗模拟调试技术领域，具体涉及电网阻抗调试系统及方法。

背景技术

为减少温室气体排放和对化石能源的依赖，新能源得到了广泛发展和应用，其中光伏发 电系统也得到了国家的大力推荐及扶持。然而随着大量新能源设备和较长输电线的引入，光 伏产品的应用环境愈加复杂，尤其是国家推荐光伏惠民工程后，大量分布式、离散式电网环 境的出现，使得电网的感性阻抗变化范围很大，需要逆变器同步适应呈现弱电网特性和强电 网特性下的不同电网环境。如在若弱电网环境，电网阻抗的变化将导致滤波器谐振频率向低 频区域移动，这会影响控制系统的鲁棒性。在含有多个逆变器并联运行，以及含有储能设备、 负载设备的低压微电网中，由于各逆变器地理位置的随机性，各条线路阻抗并不相等且很难 测量及预估，需要逆变器在内部环路控制时，充分考虑环路的裕量。因此需要在产品研发及 软件调试过程中，在测试系统中串联电感或电抗器，实现模拟相应的电网阻抗，以调试、测 试控制环路的裕量，以便逆变器能够适应不同的电网条件。

现有的操作方法主要有两种，一种是在测试前手动连接电感，当需要改变电感感量值时 再重新对电感进行连接，费时费力，由于相同感量值的不同电感之间存在的误差不同，也无 法保证每次测试的一致性和准确性，且如果连接不良或措施不当容易引起触电及起火风险。 另一种是在测试前接入可调电感，但可调电感一般能够耐受的电流较小，无法满足大功率机 型的调试需求，另外可调电感结构复杂，成本高，且可靠性较低，如电感内部发生损坏，则 整个电抗无法使用。因此，本申请旨在解决以上技术问题中的至少一种。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明提出的电网阻抗调试系统及方法以解决现有技术的不足。

本发明主要通过以下技术方案来实现：

本发明还提供一种电网阻抗调试系统，包括控制器、指令输入单元、输入开关元件、 电流采集器、输出开关元件以及电感感量切换模块，所述输入开关元件、电流采集器、电 感感量切换模块及输出开关元件依次电连接，所述输入开关元件的第一端部与待调试设备 电连接，所述输出开关元件的第二端部与电网电连接，所述指令输入单元、输入开关元件、 电流采集器、电感感量切换模块的各开关元件及输出开关元件分别与控制器电连接；

所述电感感量切换模块包括开关支路及至少两条电感支路，所述电感支路、开关支路 依次设置在火线与零线之间，所述电感支路包括电感，所述开关支路包括第一开关元件； 每两个相邻设置电感的第一端部之间通过第二开关元件连接，其中任意两个相邻的电感的 第二端部之间通过第三开关元件连接，其中一条电感支路的第一端部与火线连接，另一条 电感支路的第一端部通过第四开关元件与零线连接，其第二端部通过开关支路与零线连接， 所述输入开关元件、电流采集器依次设置在火线上，所述电流采集器与对应电感的第一端 部电连接，所述输出开关元件设置在零线上，并与开关支路的第一端部电连接。

进一步地，所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关单元均为接 触器。

进一步地，还包括温度采集器，所述温度采集器的采集探头设置在电感感量切换模块 的各电感内，所述温度采集器与控制器电连接。

进一步地，还包括与控制器电连接的显示单元。

进一步地，所述输入开关元件、输出开关元件均为断路器。

进一步地，还包括柜体，所述输入开关元件、电流采集器、输出开关元件以及电感感 量切换模块均安装在柜体内，所述柜体上设有控制输入区、进风口和出风口，所述控制输 入区上安装指令输入单元及控制器，所述柜体上安装有轴流风机及接线端子，所述轴流风 机、接线端子分别与控制器电连接。

进一步地，所述接线端子为连接铜排、快速接头中的至少一种。

本发明还提供一种电网阻抗调试方法，应用于所述的电网阻抗调试系统，包括如下步 骤：

将电网阻抗调试系统接入待调试设备与电网之间；

根据调试需要设置第一电感感量并输出控制指令；

根据控制指令计算电感感量切换模块中各开关元件的开关状态，并控制对应的开关元 件导通；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件、输出 开关元件后开始测试；

根据调试需要设置第二电感感量并输出控制指令；

根据调整的控制指令计算调整后电感感量切换模块中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行采集，如检测到系统还在运行中，则断开输入开关元件、输出开关元 件；

调整电感感量切换模块中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件、输出 开关元件继续进行测试。

进一步地，包括如下步骤：

在闭合输入开关元件、输出开关元件进行测试之前，采集系统电流的基础上同时对电 感的温度进行采集，如采集的电流、温度均在设定范围内，则闭合输入开关元件、输出开 关元件。

与现有技术比较本发明技术方案的有益效果为：

1、本发明提供的电网阻抗调试系统，通过切换各开关元件的通断状态，改变各电感之间 的串、并联关系，以改变模块的总感量，实现多种感量的切换，可根据需要变更电感支路及 开关元件的数量，满足更大范围机型的调试需求，且结构复杂度低，成本较低，方便维护， 单个电感损坏仅影响感量值的调节范围，不影响继续使用，可靠性高；能保证测试的一致性 和准确性，且连接后无需再手动控制，避免手动连接容易引发的安全风险。

2、通过控制器对电感感量切换模块中各开关元件进行控制，实现模块内部电感串、并联 的自动切换，以改变电网阻抗，模拟待调试设备在不同电网阻抗条件下是否能稳定工作，控 制环路是否有足够裕量，提高了测试效率；并通过设置电流采集器、温度采集器、输入开关 元件及输出开关元件，在系统中的电流、温度超过设定范围时，自动断开输入开关元件及输 出开关元件，对系统及待测设备进行保护。

3、系统同时配置接线铜排、快速接头，能兼容单相、三相三线、三相四线、三相五线等 不同类型的电网连接方式，实现系统的快速搭建。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附 图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域 普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电网阻抗调试系统的其中一种应用场景原理示意图；

图2是本发明实施例提供的电网阻抗调试系统的结构原理框图；

图3a是本发明实施例提供的电感感量切换模块中包括两条电感支路时的电路图；

图3b是本发明实施例提供的电感感量切换模块中包括三条电感支路的电路图；

图3c是本发明实施例提供的电感感量切换模块中包括四条电感支路的电路图；

图3d是本发明实施例提供的电感感量切换模块中包括五条电感支路的电路图；

图4是本发明实施例提供的控制器的控制原理示意图；

图5是本发明实施例提供的电网阻抗调试系统集成在柜体内的立体图1；

图6是本发明实施例提供的电网阻抗调试系统集成在柜体内的立体图2；

图7是本发明实施例提供的电网阻抗调试方法的流程示意图。

附图标记如下所示：

1、控制器，2、指令输入单元，3、输入开关元件，4、电流采集器，5、输出开关元件，6、电感感量切换模块，7、温度采集器，8、显示单元，9、柜体，9a、控制输入区，9b、进 风口，9c、出风口，9d、通风孔，9e、显示区，10、轴流风机，11、接线端子，12、滑轮， 100、待调试设备，200、电网。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地 限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本 发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接 的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领 域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范 围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1-4所示，本发明还提供一种电网阻抗调试系统，包括控制器1、指令输入单元2、 输入开关元件3、电流采集器4、输出开关元件5以及电感感量切换模块6，输入开关元件3、电流采集器4、电感感量切换模块6及输出开关元件5依次电连接，输入开关元件3的 第一端部与待调试设备100电连接，输出开关元件5的第二端部与电网200电连接，指令 输入单元2、输入开关元件3、电流采集器4、电感感量切换模块6的各开关元件及输出开 关元件5分别与控制器1电连接；

电感感量切换模块6包括开关支路及至少两条电感支路，电感支路、开关支路依次设 置在火线与零线之间，电感支路包括电感，开关支路包括第一开关元件；每两个相邻设置 电感的第一端部之间通过第二开关元件连接，其中任意两个相邻的电感的第二端部之间通 过第三开关元件连接，其中一条电感支路的第一端部与火线连接，另一条电感支路的第一 端部通过第四开关元件与零线连接，其第二端部通过开关支路与零线连接，输入开关元件3、 电流采集器4依次设置在火线上，电流采集器4与对应电感的第一端部电连接，输出开关 元件5设置在零线上，并与开关支路电连接。

能够实现多种感量的自动切换，大大降低在进行电网阻抗调试时，更改串入系统的电 感感值时所需要的时间，提升测试效率80％以上，能够根据测试要求，根据系统大小及功 率的不同进行配置，自行计算需要闭合的接触器配置，实现自动化操作，且能够兼容单相 及三相系统。

具体的，第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关单元均为接触器。 使用接触器实现电感串并联的自动切换，控制更加方便快捷，且成本较低。

如图3c所示，本实施例中，电感感量切换模块包括四条电感支路，四条电感支路内分 别包括电感L1、电感L2、电感L3、电感L4，开关元件分别包括接触器KM1、接触器KM2、 接触器KM3、接触器KM4、接触器KM5、接触器KM6，电感L1串接接触器KM4、接触 器KM6后两端分别连接火线、零线，电感L2的第一端部与电感L1的第一端部之间设有 接触器KM1，电感L2的第二端部与电感L1的第二端部电连接，电感L3的第一端部与电 感L2的第一端部之间设有接触器KM2，电感L3的第二端部与电感L2的第二端部之间设 置接触器KM4，电感L4的第一端部与电感L3的第一端部之间设有接触器KM3，电感L4 的第一端部与零线之间设有接触器KM5，电感L4的第二端部分别与电感L3的第二端部、 接触器KM6的第二端部电连接。

设定电感L1、电感L2、电感L3及电感L4的电感量均为L，则电感感量切换模块6 可实现1/4L到4L范围内的感量切换，如表1所示：

表1接触器通断状态与电感感量值对照表

实际调试中电感感量切换模块6内电感的电感量可相同可不相同，需要根据感量实际 所需的切换范围具体进行设定，另外可根据电感支路及开关元件数量的不同，对表1进行 更新，以实现控制器1快速调用。

本实施例中，电流采集器4的第二端部与电感L1的第一端部电连接，输出开关元件5 的第二端部分别与接触器KM5、接触器KM6的第一端部电连接。

具体的，待调试设备100为逆变器。输入开关元件3、输出开关元件5为断路器，在待检测设备100与电网200之间的输入接口及输出接口上分别安装断路器，在系统异常时自动将系统从电网200切出，操作时更加可靠和安全。

本实施例中，电流采集器4为电流传感器，通过在系统内设置电流传感器，实现单相 及三相电流的实时监测，通过控制器1及外置的指令输入单元2，可通过控制器1及指令输 入单元2设定系统电流的限值，在调试期间出现系统谐振后，如振荡电流达到保护门限，自动断开断路器并输出报警信号，保护系统及待调试设备100。

优选地，还包括温度采集器7，温度采集器7的采集探头设置在电感感量切换模块6的各电感内，温度采集器7与控制器1电连接。

本实施例中，温度采集器7为温度传感器，通过在系统内设置温度传感器，当系统电 流过大导致电感温度上升时，如达到温度设定保护门限，自动断开断路器并输出报警信号， 保护系统及待调试设备。

优选地，还包括与控制器1电连接的显示单元8。

本实施例中，显示单元8包括若干数码管，使用控制器1对接触器进行控制，系统能够根据查表法，即接触器通断状态与感量值对照表，计算并在数码显示器上显示当前系统的总感量，方便调试人员查看。

如图4所示，控制器1包括控制板、IO转换板、模拟信号转换板，指令输入单元2、 显示单元8与控制板通过modbus通讯，将输入量传递给控制板，控制板根据计算结果，输 出控制信号，控制信号由IO转换，将控制信号转换为接触器/断路器的驱动信号，控制接 触器/断路器的闭合/断开，接触器、断路器辅助触点作为干节点信号，反馈接触器/断路器 的闭合状态，电流监测、温度监测产生的模拟量，经过模拟信号转换板，调理后输送给控 制板。

优选地，还包括柜体9，输入开关元件3、电流采集器4、输出开关元件5以及电感感量切换模块6均安装在柜体9内，柜体9上设有控制输入区9a、进风口9b和出风口9c， 控制输入区9a上安装指令输入单元2及控制器1，柜体9上安装有轴流风机10及接线端子 11，轴流风机10、接线端子11分别与控制器1电连接。

整个电网阻抗调试系统集成在柜体9中，控制器1与强电部份满足6000VDC隔离要求， 设置轴流风机10对柜内设备进行散热，轴流风机10由控制器1按照温度设定值进行控制， 达到温度设定值后，启动轴流风机10；达到关闭温度设定值后，关闭轴流风机10，以减少 能源消耗。

具体的，接线端子11为连接铜排、快速接头中的至少一种。

本实施例中，柜体9的底部有快速接头及连接铜排，能兼容单相、三相三线、三相四线、三相五线等不同类型电网的连接导线形式，实现实验系统的快速架设，调试时根据实际需要进行选用。

本实施例中，进风口9b上设有过滤网，使整个设备达到IP23防护等级。

具体的，柜体9上设有显示区9e，显示单元8安装在显示区9e上。

本实施例中，柜体9的外壳接地，进风口9b设置在柜体9的一侧外壁底部上，控制输入区9a位于进风口9b的上方，显示区9e位于控制输入区9a的上方，柜体9相对于进风 口9b的另一侧壁底部设置接线端子11，柜体9上设有位于接线端子11上方的通风孔9d， 出风口9c及轴流风机10位于柜体9的顶部，柜体9的底部设有滑轮12，方便对柜体9整 体进行移动。

如图7所示，本发明还提供一种电网阻抗调试方法，应用于上述的电网阻抗调试系统， 包括如下步骤：

将电网阻抗调试系统接入待调试设备100与电网200之间；

根据调试需要设置第一电感感量并输出控制指令；

根据控制指令计算电感感量切换模块6中各开关元件的开关状态，并控制对应的开关 元件导通；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件3、输出 开关元件5后开始测试；

根据调试需要设置第二电感感量并输出控制指令；

根据调整的控制指令计算调整后电感感量切换模块6中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行采集，如检测到系统还在运行中，则断开输入开关元件3、输出开关元 件5；

调整电感感量切换模块6中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件3、输出 开关元件5继续进行测试。

指令输入单元2输入需要调试的电感感量的代码，并经过modbus通讯协议发送给控制 器1，控制器1根据输入条件，计算需要闭合的接触器，发送接触器闭合命令并闭合相关接 触器。在进行第二次调试时，闭合电感感量切换模块6内的各开关元件前，通过监测电流 实现对断路器的自动控制，避免带电闭合各接触器，且防止人工操作时忘记断开断路器。

实际调试时，逐步增加电网阻抗调试系统的感量配置，观察被测逆变器的运行状态， 从而判断逆变器环路控制的裕量及适应性。

优选地，包括如下步骤：

在闭合输入开关元件3、输出开关元件5进行测试之前，采集系统电流的基础上同时对 电感的温度进行采集，如采集的电流、温度均在设定范围内，则闭合输入开关元件3、输出 开关元件5。

具体的，通过接触器通断状态与电感感量值对照表，可在显示单元8上直接显示电感感 量切换模块6的感量。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于 本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明 的保护范围。

Claims (9)

1.一种电网阻抗调试系统，其特征在于：包括控制器(1)、指令输入单元(2)、输入开关元件(3)、电流采集器(4)、输出开关元件(5)以及电感感量切换模块(6)，所述输入开关元件(3)、电流采集器(4)、电感感量切换模块(6)及输出开关元件(5)依次电连接，所述输入开关元件(3)的第一端部与待调试设备(100)电连接，所述输出开关元件(5)的第二端部与电网(200)电连接，所述指令输入单元(2)、输入开关元件(3)、电流采集器(4)、电感感量切换模块(6)的各开关元件及输出开关元件(5)分别与控制器(1)电连接；

所述电感感量切换模块(6)包括开关支路及至少两条电感支路，所述电感支路、开关支路依次设置在火线与零线之间，所述电感支路包括电感，所述开关支路包括第一开关元件；每两个相邻设置电感的第一端部之间通过第二开关元件连接，其中任意两个相邻的电感的第二端部之间通过第三开关元件连接，其中一条电感支路的第一端部与火线连接，另一条电感支路的第一端部通过第四开关元件与零线连接，其第二端部通过开关支路与零线连接，所述输入开关元件(3)、电流采集器(4)依次设置在火线上，所述电流采集器(4)与对应电感的第一端部电连接，所述输出开关元件(5)设置在零线上，并与开关支路的第一端部电连接。

2.如权利要求1所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：所述第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件及第四开关单元均为接触器。

3.如权利要求1所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：还包括温度采集器(7)，所述温度采集器(7)的采集探头设置在电感感量切换模块(6)的各电感内，所述温度采集器(7)与控制器(1)电连接。

4.如权利要求1-3任一项所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：还包括与控制器(1)电连接的显示单元(8)。

5.如权利要求1所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：所述输入开关元件(3)、输出开关元件(5)均为断路器。

6.如权利要求1所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：还包括柜体(9)，所述输入开关元件(3)、电流采集器(4)、输出开关元件(5)以及电感感量切换模块(6)均安装在柜体(9)内，所述柜体(9)上设有控制输入区(9a)、进风口(9b)和出风口(9c)，所述控制输入区(9a)上安装指令输入单元(2)及控制器(1)，所述柜体(9)上安装有轴流风机(10)及接线端子(11)，所述轴流风机(10)、接线端子(11)分别与控制器(1)电连接。

7.如权利要求6所述的电网阻抗调试系统，其特征在于：所述接线端子(11)为连接铜排、快速接头中的至少一种。

8.一种电网阻抗调试方法，应用于如权利要求3-7任一项所述的电网阻抗调试系统，其特征在于，包括如下步骤：

将电网阻抗调试系统接入待调试设备(100)与电网(200)之间；

根据调试需要设置第一电感感量并输出控制指令；

根据控制指令计算电感感量切换模块(6)中各开关元件的开关状态，并控制对应的开关元件导通；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件(3)、输出开关元件(5)后开始测试；

根据调试需要设置第二电感感量并输出控制指令；

根据调整的控制指令计算调整后电感感量切换模块(6)中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行采集，如检测到系统还在运行中，则断开输入开关元件(3)、输出开关元件(5)；

调整电感感量切换模块(6)中各开关元件的通断状态；

对系统电流进行监测校准，如采集的电流在设定范围内，则闭合输入开关元件(3)、输出开关元件(5)继续进行测试。

9.如权利要求8所述的电网阻抗调试方法，其特征在于，包括如下步骤：

在闭合输入开关元件(3)、输出开关元件(5)进行测试之前，采集系统电流的基础上同时对电感的温度进行采集，如采集的电流、温度均在设定范围内，则闭合输入开关元件(3)、输出开关元件(5)。

Images