CN115061025A - 一种光伏逆变器高电压穿越检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏逆变器高电压穿越检测方法及系统，其中，一种光伏逆变器高电压穿越检测方法包括，将BTB电路和无源电路串联连接，将断路器与无源电路连接，形成逆变器检测装置；将逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；通过BTB电路调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，实现检测；本发明消除了检测装置对供电电压产生的影响，使其可用于供电电源短路容量较小或供电电压要求严格的检测实验室，大大增加了检测装置的使用范围；同时在检测时完成实现无功功率的自发自用，消除了对供电电源的无功功率的供给的要求，也大幅度减少了检测时的电费。
Description
技术领域
本发明涉及光伏逆变器故障穿越检测的技术领域，尤其涉及一种光伏逆变器高电压穿越检测方法及系统。
背景技术
随着光伏发电在能源领域中所占比例越来越大，光伏发电系统对电网的影响已经不能忽略。我国电力系统结构复杂，部分区域带有特高压直流输电系统。直流系统的多种类型的故障均会对产生暂态高电压现象。如果大型光伏电站不具备高电压穿越能力，会导致光伏发电站大范围的脱网，可能造成电网电压与频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行。
目前常用的检测装置往往使用三种不同方式实现暂态过压现象模拟。采用变压器分接头切换方式的检测装置，切换过程中会出现短暂的电流中断，可能导致被测设备由于电流中断而停止运行；采用变频器的检测装置，无法模拟电网故障时系统真实的阻抗参数。上述两种拓扑结构的检测装置已很少使用。
采用电感-电容-电阻串联的高电压穿越检测装置，测试时会发出大量的无功功率，适用于光伏电站现场检测，但如果用于电压等级较低、短路容量较小的实验室环境，检测装置输出的大量的感性无功功率将可能对供电电压产生很大的影响。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，包括：将BTB电路和无源电路串联连接，将断路器与无源电路连接，形成逆变器检测装置；将逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；通过BTB电路调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，实现检测。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；其中，通过固定参数的电阻器抑制电压恢复时的超调。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：包括：BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；且与无源电路连接的一侧采用恒电压控制策略，与交流供电电源连接的一次采用恒功率因素控制策略。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：包括：断路器包括旁路断路器S1和短路断路器S2；检测前，旁路断路器S1保持闭合状态，短路断路器S2保持断开状态；检测开始时，断开旁路断路器S1，限流电抗器串联BTB电路投入运行，闭合短路断路器S2，模拟电网故障暂态高电压；断开短路断路器S2，间隔时间T后闭合旁路断路器S1，检测结束。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：调节无源电路的参数包括：高电压幅值K满足如下公式：
其中，R为固定参数的电阻器的电阻值，C为短路电容器的电容值，L为限流电抗器的电感值，ω为角速度。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：包括：旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：包括：BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测系统的一种优选方案，其中：包括：无源电路，用于实现暂态高电压的模拟；断路器，包括旁路断路器S1和短路断路器S2，分别用于控制逆变器检测装置的电感是否投入运行和模拟电网真实故障时产生的暂态高电压；BTB电路，与所述无源电路串联连接，用于调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，消除逆变器检测装置对供电电压产生的影响，实现检测。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：逆变器检测装置包括无源电路、BTB电路和断路器；逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；固定参数的电阻器用于抑制电压恢复时的超调。BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
作为本发明所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的一种优选方案，其中：包括：BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
本发明的有益效果：本发明消除了检测装置对供电电压产生的影响，使其可用于供电电源短路容量较小或供电电压要求严格的检测实验室，大大增加了检测装置的使用范围；同时在检测时完成实现无功功率的自发自用，消除了对供电电源的无功功率的供给的要求，也大幅度减少了检测时的电费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一个实施例所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的电流源型的三相BTB电路结构示意图；
图2为本发明第一个实施例所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的电压源型的三相BTB电路结构示意图；
图3为本发明第一个实施例所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的电流源型的三相逆变器检测装置的拓扑结构示意图；
图4为本发明第一个实施例所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法的电流源型的单相逆变器检测装置的拓扑结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1～4，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种光伏逆变器高电压穿越检测方法，包括：
S1：将BTB电路和无源电路串联连接，将断路器与无源电路连接，形成逆变器检测装置。
其中需要说明的是，BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；且与无源电路连接的一侧采用恒电压控制策略，保证供给无源电路的交流侧电压保持恒定，与交流供电电源连接的一次采用恒功率因素控制策略，从而消除检测装置对供电电压水平的影响；参照图1、图2，BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；电感可通过串并连组合、多抽头切换或其他方式实现电感值可调，获得限流电抗器；电容可通过串并连组合、多抽头切换或其他方式实现电容值可调，获得短路电容器；可通过固定参数的电阻器抑制电压恢复时的超调。
断路器包括旁路断路器S1和短路断路器S2；旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
参照图3～4，分别为三相逆变器检测装置和单相逆变器检测装置的拓扑结构示意图。
S2：将逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备。
被测设备可以为光伏逆变器。
S3：通过BTB电路调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，实现检测。
(1)检测前，旁路断路器S1保持闭合状态，短路断路器S2保持断开状态；
(2)检测开始时，断开旁路断路器S1，限流电抗器串联BTB电路投入运行，闭合短路断路器S2，模拟电网故障暂态高电压；
(3)断开短路断路器S2，间隔时间T后闭合旁路断路器S1，检测结束。
其中，调节无源电路的参数K，即高电压幅值K满足如下公式：
其中，R为固定参数的电阻器的电阻值，单位为Ω；C为短路电容器的电容值，单位为F；L为限流电抗器的电感值，单位为H；ω为角速度，ω＝2πf(不同频率的电网，f分别为50和60，单位为Hz)。
实施例2
为了对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例选择传统检测设备和采用本方法进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
本实施例中将采用自身容量为3MVA的检测装置对1MVW的光伏逆变器进行测试，分别通过传统检测设备(不带BTB电路)和本方法的检测电路来证实相关结果。
Example：传统检测设备通过变电站110/10.5kV的变电站接入，供电电源经过4MVA的隔离变后接入实验系统；在已知变电站主变和隔离变参数的前提下，我们可以进行如下归算：
(1)变电站主变电抗值
变压器参数：110/10.5kV短路阻抗Uk＝10.5％容量31.5MVA；
(2)隔离变电抗值：
变压器参数：10/10kV d短路阻抗Uk＝8％，容量4MVA
当测试进行时，电容器完全投入运行输出3MVA的无功功率，10.5kV供电产生的电压暂升为：
实验室10kV供电产生的电压暂升为：
如果使用本方法的BTB电路消耗电容器输出的无功功率，可以显著消除电压暂升影响，具体效果如下表所示。
表1：电压暂升消除效果。
| 序号 | BTB消耗功率 | ΔU<sub>1</sub> | ΔU<sub>2</sub> |
| 1 | 0(不安装) | 1％ | 5％ |
| 2 | 1MVA | 0.67％ | 3.33％ |
| 3 | 1.5MVA | 0.5％ | 2.5％ |
| 4 | 2MVA | 0.33％ | 1.66％ |
| 5 | 3MVA(完全抵消) | 0％ | 0％ |
因此本方法可以消除了检测装置对供电电压产生的影响，使其可用于供电电源短路容量较小或供电电压要求严格的检测实验室，大大增加了检测装置的使用范围。
Example：每次全套测试中：高电压穿越检测5个点，每个点均需要重复检测，检测类型共有7种(ABC三相、A相、B相、C相、AB相、BC相、CA相)，共需要进行5*2*7＝70个检测点，每个检测点模拟电压故障平均时间为5s，则完成一套全部的检测共需消耗：
3000KVA*(70*5/3600)＝291度电
若采用本方法，在完全抵消无功功率的工况时(自身约有1％的有功损耗)，则完成一套全部的检测共需消耗：
3000kVA*1％*(70*5/3600)＝3度电
可见本方法在检测时完成实现无功功率的自发自用，消除了对供电电源的无功功率的供给的要求，也大幅度减少了检测时的电费(无功功率流过电能表需要额外收费，且费用高于有功功率)。
实施例3
本实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种光伏逆变器高电压穿越检测系统，包括，
无源电路，用于实现暂态高电压的模拟；无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；固定参数的电阻器用于抑制电压恢复时的超调。
断路器，包括旁路断路器S1和短路断路器S2，分别用于控制逆变器检测装置的电感是否投入运行和模拟电网真实故障时产生的暂态高电压；旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
BTB电路，与无源电路串联连接，用于调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，消除逆变器检测装置对供电电压产生的影响，实现检测；BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
逆变器检测装置由无源电路、BTB电路和断路器组成；逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；被测设备可以为光伏逆变器。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，包括：
将BTB电路和无源电路串联连接，将断路器与无源电路连接，形成逆变器检测装置；
将逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；
通过BTB电路调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，实现检测。
2.如权利要求1所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；
其中，通过固定参数的电阻器抑制电压恢复时的超调。
3.如权利要求1或2所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，包括：
BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；
且与无源电路连接的一侧采用恒电压控制策略，与交流供电电源连接的一次采用恒功率因素控制策略。
4.如权利要求2所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，包括：
断路器包括旁路断路器S1和短路断路器S2；
检测前，旁路断路器S1保持闭合状态，短路断路器S2保持断开状态；
检测开始时，断开旁路断路器S1，限流电抗器串联BTB电路投入运行，闭合短路断路器S2，模拟电网故障暂态高电压；
断开短路断路器S2，间隔时间T后闭合旁路断路器S1，检测结束。
5.如权利要求4所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，调节无源电路的参数包括：
高电压幅值K满足如下公式：
其中，R为固定参数的电阻器的电阻值，C为短路电容器的电容值，L为限流电抗器的电感值，ω为角速度。
6.如权利要求4或5所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，包括：
旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
7.如权利要求6所述的光伏逆变器高电压穿越检测方法，其特征在于，包括：
BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
8.一种光伏逆变器高电压穿越检测系统，其特征在于，包括：
无源电路，用于实现暂态高电压的模拟；
断路器，包括旁路断路器S1和短路断路器S2，分别用于控制逆变器检测装置的电感是否投入运行和模拟电网真实故障时产生的暂态高电压；
BTB电路，与所述无源电路串联连接，用于调节无源电路的参数以及断路器的投切方式，消除逆变器检测装置对供电电压产生的影响，实现检测。
9.如权利要求8所述的光伏逆变器高电压穿越检测系统，其特征在于，逆变器检测装置包括无源电路、BTB电路和断路器；
逆变器检测装置的一端接入交流供电电源，另一端接入被测设备；
无源电路包括限流电抗器、短路电容器和固定参数的电阻器；固定参数的电阻器用于抑制电压恢复时的超调。
BTB电路采用交-直-交的拓扑结构，BTB电路的一侧接入无源电路，另一侧接入交流供电电源；
旁路断路器S1与限流电抗器并联连接，短路断路器S2与短路电容器串联连接。
10.如权利要求9所述的光伏逆变器高电压穿越检测系统，其特征在于，包括：
BTB电路可采用电压源和电流源两种实现方式。
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