CN205178982U - 一种数模混合仿真评估平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种数模混合仿真评估平台，包括模拟器单元和线性接口单元；模拟器单元包括依次连接的光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器和电网模拟器；负载模拟器通过开关连接于所述变压器模拟器和电网模拟器之间；线性接口单元包括模拟量输出板卡和数字量输入板卡；线性接口单元与被测光伏逆变器的控制器连接。与现有技术相比，本实用新型提供的一种数模混合仿真评估平台，能够为低电压穿越检测、电网适应性检测和防孤岛检测业务提供数模混合仿真评估技术支撑，能拓展相关检测业务，且能丰富和完善相关检测标准。

Description

一种数模混合仿真评估平台

技术领域

本实用新型涉及光伏测试与评估领域，具体涉及一种数模混合仿真评估平台。

背景技术

我国太阳能光伏产业发展形势迅猛，2014年底光伏发电累计装机容量2805万千瓦，同比增长60％，其中，光伏电站2338万千瓦，分布式467万千瓦，年发电量约250亿千瓦时，同比增长超过200％。2014年新增装机容量1060万千瓦，约占全球新增装机的五分之一，占我国光伏电池组件产量的三分之一，实现了《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》中提出的平均年增1000万千瓦目标。预计至2020年，我国太阳能发电装机总量将达到5000万千瓦。随着我国光伏产业迅猛发展，光伏并网逆变器等新能源并网发电装置正越来越多的接入电网，其并网特性性能优劣已经成为影响电网安全稳定运行的重要因素。因此，如何实现光伏逆变器并网特性的快速、准确、高效检测成为光伏发电能否顺利并网的关键环节。

目前光伏逆变器并网性能检测，目前主要是采取型式试验检测的方式。由于光伏组件的发电量和输出功率特性受太阳辐照度以及环境温度的影响，导致能够反映复杂天气条件下光伏阵列输出伏安特性的直流源造价昂贵，同时被测逆变器需运输至具有资质的实验室开展测试，检测成本巨大，检测效率低。

因此，需要提供一种用于逆变器控制器测试的数模混合仿真评估平台，实现对高、低逆变器控制系统及整体性能开展并网性能测试与评估，降低型式试验检测成本，提高检测效率。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本实用新型提供了一种数模混合仿真评估平台。

本实用新型的技术方案是：

所述平台包括模拟器单元和线性接口单元；

所述模拟器单元包括依次连接的光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器和电网模拟器；负载模拟器通过开关连接于所述变压器模拟器和电网模拟器之间；

所述线性接口单元包括模拟量输出板卡和数字量输入板卡；所述线性接口单元与被测光伏逆变器的控制器连接；

所述模拟量输出板卡接收所述光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器输出的模拟量信号，并将其发送至所述控制器；

所述数字量输入板卡接收所述控制器输出的数字量信号，并将其发送至所述光伏逆变器模拟器。

优选的，所述光伏阵列模拟器采用基于TMS320F2812和BUCK电路的光伏阵列模拟器，用于模拟光伏阵列的输出功率特性和伏安特性；

优选的，所述光伏逆变器模拟器包括PCB电路板和TMS320F28335控制板；

所述PCB电路板用于模拟光伏逆变器的等效电路；所述TMS320F28335控制板用于模拟光伏逆变器的控制电路；

所述PCB电路板包括模拟开关MAX333和运算放大器TL084，该模拟开关MAX333和运算放大器TL084均与TMS320F28335控制板连接；

优选的，所述变压器模拟器采用基于集成滤波电抗绕组变压器数学模型的变压器模拟器，用于模拟变压器原副边等效电路的电气特性；

优选的，所述电网模拟器采用可编程电网故障模拟电源；

优选的，所述负载模拟器采用基于馈能式电子负载控制系统的负载模拟器；

优选的，所述光伏阵列模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器均采用大步长处理器，运算步长为微秒级；

所述光伏逆变器模拟器采用小步长处理器，运算步长为纳秒级。

与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是：

1、本实用新型提供的一种数模混合仿真评估平台，能够实现光伏逆变器低电压穿越和防孤岛保护性能数模混合仿真检测，不仅解决了大步长解算器对高频逆变器的控制器仿真测试能力不足的问题，又解决了小步长解算器对电力电子器件仿真数目的限制，有效分配解算资源，提高仿真的精确性与准确性；

2、本实用新型提供的一种数模混合仿真评估平台，能够为低电压穿越检测、电网适应性检测和防孤岛检测业务提供数模混合仿真评估技术支撑，能拓展相关检测业务，且能丰富和完善相关检测标准。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1：本实用新型实施例中模拟器单元结构示意图；

图2：本实用新型实施例中线性接口单元结构示意图；

图3：本实用新型实施例中数模混合仿真的电压测试波形；

图4：本实用新型实施例中数模混合仿真的电流测试波形；

图5：本实用新型实施例中型式试验的电压测试波形；

图6：本实用新型实施例中型式试验的电流测试波形。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型提供的一种数模混合仿真评估平台包括模拟器单元和线性接口单元两部分，其中模拟器单元的实施例如图1所示，线性接口单元的实施例如图2所示。具体为：

1、模拟器单元

如图1所示，本实施例中模拟器单元包括依次连接的光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器和电网模拟器；负载模拟器通过开关连接于变压器模拟器和电网模拟器之间。

(1)光伏阵列模拟器

光伏阵列模拟器，用于模拟光伏阵列的输出功率特性和伏安特性。

本实施例中光伏阵列模拟器采用基于TMS320F2812和BUCK电路的光伏阵列模拟器，该光伏阵列模拟器的电路结构和控制方法公开于《湖南大学学报(自然科学版)》的第40卷第9期的第42-49页。

(2)光伏逆变器模拟器

光伏逆变器模拟器包括PCB电路板和TMS320F28335控制板，其中，

PCB电路板用于模拟光伏逆变器的等效电路；TMS320F28335控制板用于模拟光伏逆变器的控制电路。

PCB电路板包括模拟开关MAX333和运算放大器TL084，该模拟开关MAX333和运算放大器TL084均与TMS320F28335控制板连接。

本实施例中该光伏逆变器模拟器公开于《湖南大学学报(自然科学版)》的第40卷第12期的第62-66页。

(3)变压器模拟器

变压器模拟器采用基于集成滤波电抗绕组变压器数学模型的变压器模拟器，用于模拟变压器原副边等效电路的电气特性。

本实施例中该变压器模拟器公开于《电工技术学报》的第30卷第14期的201-207页。

(4)电网模拟器

电网模拟器采用可编程电网故障模拟电源，用于模拟电网电压、频率的变化，以及各种电压跌落故障。

本实施例中该电网模拟器公开于《电工技术学报》的第27卷第10期的91-97页。

(5)负载模拟器

负载模拟器采用基于馈能式电子负载控制系统的负载模拟器，用于防孤岛能力测试。

本实施例中该负载模拟器公开于西安工程大学硕士学位论文《馈能式电子负载控制系统及负载模型库的设计与研究》。

本发明中光伏阵列模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器均采用大步长处理器，运算步长为微秒级。光伏逆变器模拟器采用小步长处理器，运算步长为纳秒级。

2、线性接口单元

如图2所示，本实施例中线性接口单元包括模拟量输出板卡和数字量输入板卡。线性接口单元与被测光伏逆变器的控制器连接，其中：

模拟量输出板卡接收光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器输出的模拟量信号，并将其发送至被测光伏逆变器的控制器；

数字量输入板卡接收被测光伏逆变器的控制器输出的数字量信号，并将其发送至光伏逆变器模拟器，驱动高频逆变器工作。

本实用新型中以低电压穿越测试为例，对某型号60kW的光顾逆变器控制器进行低电压穿越数模混合仿真评估。模拟器单元的各项参数为：

①：光伏阵列模拟器

开路电压为797V，短路电流为83.65A，最大功率点电压为680V，最大功率点电流为88.23A。

②：光伏逆变器模拟器

光伏逆变器为三电压T型电路，额定功率为60kW，开关频率为16kHz。

③：变压器模拟器

变压器的变比为270V：10kV，连接方式为Y/Y型，等效短路阻抗为6％。

④：电网模拟器

电网线电压为10kV，内阻为2.5Ω。

本实施例中图3和4示出了三相电网电压跌落至0％额定电压数模混合仿真测试波形。通过数据分析可以得到：跌落持续时间为173ms，被测光伏逆变器的控制器能够实现低电压穿越；且电压跌落发生时，直流母线电压上升至0.9p.u.，三相电流几乎没有暂态过流现象；低电压穿越过程中母线电压无明显波动，向电网注入的动态基波正序无功电流为1.06p.u.，响应时间为30ms，持续时间为142ms，电压稳态跌落深度为5％额定电压；电压恢复瞬间，电流缓慢增加，电压电流无冲击现象，功率恢复速率为2275kW/s。

图5和6示出了三相电网电压跌落至0％额定电压型式试验波形，进行数据分析可以得到：跌落持续时间为160ms，被测光伏逆变器能够实现低电压穿越且电压跌落发生时，直流母线电压上升至0.9p.u.，三相电流几乎没有暂态过流现象；低电压穿越过程中母线电压无明显波动，向电网注入的动态无功电流为1.06p.u.，响应时间为30ms，持续时间为139ms，电压稳态跌落深度为5％额定电压；电压恢复瞬间，电流缓慢增加，电压电流无冲击现象，功率恢复速率为2290kW/s。

通过图3和5的对比，以及图4和6的对比可以发现，三相电网电压跌落至0％额定电压时，数模混合仿真测试波形与型式试验波形高度逼近，能够反映该逆变器的真实并网性能。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术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，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种数模混合仿真评估平台，包括模拟器单元和线性接口单元；所述线性接口单元与被测光伏逆变器的控制器连接；其特征在于：

所述模拟器单元包括依次连接的光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器和电网模拟器；负载模拟器通过开关连接于所述变压器模拟器和电网模拟器之间；

所述线性接口单元包括模拟量输出板卡和数字量输入板卡；

所述模拟量输出板卡接收所述光伏阵列模拟器、光伏逆变器模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器输出的模拟量信号，并将其发送至所述控制器；

所述数字量输入板卡接收所述控制器输出的数字量信号，并将其发送至所述光伏逆变器模拟器。

2.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述光伏阵列模拟器采用基于TMS320F2812和BUCK电路的光伏阵列模拟器，用于模拟光伏阵列的输出功率特性和伏安特性。

3.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述光伏逆变器模拟器包括PCB电路板和TMS320F28335控制板；

所述PCB电路板用于模拟光伏逆变器的等效电路；所述TMS320F28335控制板用于模拟光伏逆变器的控制电路；

所述PCB电路板包括模拟开关MAX333和运算放大器TL084，该模拟开关MAX333和运算放大器TL084均与TMS320F28335控制板连接。

4.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述变压器模拟器采用基于集成滤波电抗绕组变压器数学模型的变压器模拟器，用于模拟变压器原副边等效电路的电气特性。

5.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述电网模拟器采用可编程电网故障模拟电源。

6.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述负载模拟器采用基于馈能式电子负载控制系统的负载模拟器。

7.如权利要求1所述的一种数模混合仿真评估平台，其特征在于，所述光伏阵列模拟器、变压器模拟器、电网模拟器和负载模拟器均采用大步长处理器，运算步长为微秒级；

所述光伏逆变器模拟器采用小步长处理器，运算步长为纳秒级。