CN204758716U - 一种逆变器在环测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型设计一种逆变器在环测试装置，所述测试装置包括数字仿真模拟装置、线性变换单元，控制器和被测逆变器控制器；所述数字仿真模拟装置分别与所述线性变换单元和所述控制器相连，所述线性变化单元与所述被测逆变器控制器相连，所述控制器与所述线性变换单元相连。本实用新型提出的逆变器在环测试装置能够避免高电压大电流等安全问题，节省型式试验成本，提高检测效率；能够更精确地逼近型式试验检测结果，反映该逆变器的真实并网性能；同时对数字量信号进行相应的插值补偿，提高硬件在环测试精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测试装置，具体讲涉及一种逆变器在环测试装置
背景技术
随着新能源并网发电规模的逐步增加，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。
在光伏并网发电中，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，且随着被测光伏并网逆变器容量增加，并网检测所需直流源以及电网故障模拟装置容量也相应增加，造成光伏逆变器型式试验检测成本巨大；由于在现场测试中均涉及到大功率，强电流高压测试，对现场测试人员都存在严重的安全隐患。
在光伏逆变器检测领域，欧美多国建立了国家级太阳能研究实验室，开展太阳能光伏发电技术及相应的检测技术研究，如美国UL安全试验所、德国TüV技术监督会、德国电气工程师协会(VDE)、英国Intertek等世界知名的测试认证中心已建设或通过联合设立的方式拥有一些世界级的光伏发电***测试实验室，开展了大量检测工作。丹麦的RISO国家实验室、荷兰ECN实验室等建立了多个基于RTDS或RT-LAB的新能源发电装置数模混合仿真平台，用于开展控制算法的研究。但在运用数模混合仿真提升检测效率，建立逆变器硬件在环测试装置方面尚未见报道。
国内目前已有多家科研院所以及高校建立了电力***实时仿真平台，如中国电科院电力***仿真国家工程实验室、国网电力科学研究院、华中科技大学电力安全与高效湖北省重点实验室等，但主要应用于继电保护以及高压直流输电等研究领域。而在新能源领域中，仅有南方电网以及华中科技大学等少数几家科研院所及高校对大型风电、光伏并网进行实时仿真研究，建立相应半实物仿真模型，而对于采用硬件在环测试装置依据标准对逆变器控制器开展测试，提高检测效率、节省检测成本方面尚属空白。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种逆变器在环测试装置，实现对逆变器控制***及整体性能的高性能检测，降低型式试验检测成本，提高检测效率
为实现上述的目的，本实用新型提供了一种逆变器在环测试装置，所述测试装置包括数字仿真模拟装置、线性变换单元，控制器和被测逆变器控制器；所述数字仿真模拟装置分别与所述线性变换单元和所述控制器相连，所述线性变化单元与所述被测逆变器控制器相连，所述控制器与所述线性变换单元相连。
优选的，所述数字仿真模拟装置包括顺次连接的电网扰动发生装置、低电压穿越测试装置、变压器模块、反孤岛测试装置、光伏逆变器功率回路模型和光伏阵列模型；
所述线性变化单元包括物理I/O卡和信号调制模块；
所述控制器包括CPU处理器；
所述被测逆变器控制器包括A/D模块、反馈模块、数字信号输入模块和数字信号输出模块。
优选的，所述物理I/O卡包括数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡和模拟量输出板卡；信号调制模块包括信号调理模块A与信号调理模块B。
优选的，所述信号调理模块A分别与所述电网扰动发生装置、所述低电压穿越测试装置、所述反孤岛测试装置、所述光伏逆变器功率回路模型和所述光伏阵列模型相连。
优选的，所述模拟量输出板卡与所述信号调理模块A相连。
优选的，所述数字量输入板卡与所述数字仿真模拟装置相连。
优选的，所述数字量输出板卡与所述数字仿真模拟装置相连。
优选的，所述信号调理模块B与所述数字仿真模拟装置相连。
优选的，所述模拟量输入板卡与所述信号调理模块B相连。
优选的，所述CPU处理器与所述模拟量输出板卡相连。
优选的，所述模拟量输出板卡与所述A/D模块相连。
优选的，所述数字量输入板卡与所述数字信号输出模块相连。
优选的，所述数字量输出板卡与所述数字信号输入模块相连。
优选的，所述A/D模块、所述反馈模块和所述数字信号输出模块顺次相连。
优选的，所述数字信号输入模块与所述反馈模块相连。
与最接近的现有技术相比，本实用新型的优异效果是：
(1)与现有型式试验检测装置对比，本实用新型逆变器硬件在环测试装置中的数字仿真模型，完全按照现有型式试验中光伏逆变器并网性能检测平台的参数开展建模，将整个光伏逆变器并网性能检测平台的一次回路以仿真模型的形式存放到仿真器中，能够避免高电压大电流等安全问题，节省型式试验成本，提高检测效率；
(2)与现有型式试验检测装置对比，本实用新型逆变器硬件在环测试装置能够全面模拟型式试验中难以模拟的多种测试工况，对逆变器控制器开展极限工况下的硬件在环测试，对逆变器并网性能进行全面测试；
(3)与现有数字仿真装置相比，本实用新型逆变器硬件在环测试装置通过线性接口单元将数字仿真模型和实际逆变器控制器相连接，对逆变器开展硬件在环测试，仅需要对光伏逆变器并网性能各测试设备进行精确建模，不需要对逆变器自身控制算法进行辨识，能够更精确地逼近型式试验检测结果，反映该逆变器的真实并网性能。
(4)相比其他硬件在环测试装置，本实用新型逆变器硬件在环测试装置为充分满足电力电子PWM脉冲、死区等高精度数字量输入、输出的需要，对物理I/O卡进行管理，同时对数字量信号进行相应的插值补偿，提高硬件在环测试精度。
(5)本实用新型逆变器硬件在环测试装置，该实用新型能够为正在依据国标GB/T19964-2012开展的并网性能检测业务提供硬件在环测试平台支撑，能丰富和完善相关检测标准。
附图说明
图1为本实用新型逆变器在环测试装置结构图；
图2为本实用新型被测逆变器控制器硬件在环测试框图；
图3为本实用新型三相电网电压跌落至20％额定电压硬件在环测试波形；
图4为本实用新型三相电网电压跌落至20％额定电压型式试验波形。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示，所述测试装置包括数字仿真模拟装置、线性变换单元，控制器和被测逆变器控制器；所述数字仿真模拟装置分别与所述线性变换单元和所述控制器相连，所述线性变化单元与所述被测逆变器控制器相连，所述控制器与所述线性变换单元相连。所述数字仿真模拟装置包括顺次连接的电网扰动发生装置、低电压穿越测试装置、变压器模块、反孤岛测试装置、光伏逆变器功率回路模型和光伏阵列模型；所述线性变化单元包括物理I/O卡和信号调制模块；所述控制器包括CPU处理器；所述CPU处理器接收来自数字仿真模拟装置的检测数据，并对有关数据进行分析处理。所述被测逆变器控制器包括A/D模块、反馈模块、数字信号输入模块和数字信号输出模块。所述物理I/O卡包括数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡和模拟量输出板卡；信号调制模块包括信号调理模块A与信号调理模块B。所述信号调理模块A分别与所述电网扰动发生装置、所述低电压穿越测试装置、所述反孤岛测试装置、所述光伏逆变器功率回路模型和所述光伏阵列模型相连；所述信号调理模块A用于接收所述电网扰动发生装置和所述低电压穿越测试装置的电压信号，接收所述反孤岛测试装置、所述光伏逆变器功率回路模型和所述光伏阵列模型的电压电流信号。所述模拟量输出板卡与所述信号调理模块A相连。所述数字量输入板卡与所述数字仿真模拟装置相连，所述数字量输入板卡将装置控制信号和功率回路脉冲信号发送至所述数字仿真模拟装置。所述数字量输出板卡与所述数字仿真模拟装置相连。所述信号调理模块B与所述数字仿真模拟装置相连，用于将参数设定值发送至所述数字仿真模拟装置。所述模拟量输入板卡与所述信号调理模块B相连。所述CPU处理器与所述模拟量输出板卡相连，对进行物理I/O卡管理，同时对通过数字量输入板卡和数字量输出板卡的信号进行相应的插值补偿，提高硬件在环测试精度。所述模拟量输出板卡与所述A/D模块相连。所述数字量输入板卡与所述数字信号输出模块相连。所述数字量输出板卡与所述数字信号输入模块相连。所述A/D模块、所述反馈模块和所述数字信号输出模块顺次相连。所述数字信号输入模块与所述反馈模块相连。
被测逆变器控制器通过线性变换单元与半实物仿真模块进行闭环连接，对逆变器开展硬件在环测试。
电网模型线电压为10kV，内阻为2.5Ω，电网与逆变器经270：10kV变压器联接。
如图3-4所示，线性变换单元将半实物仿真模块与被测逆变器控制器连接，即可对被测控制器开展低电压穿越硬件在环测试。
附图3为三相电网电压跌落至20％额定电压硬件在环测试波形。通过数据分析可以得到：跌落持续时间为631ms，被测光伏逆变器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，向电网注入的动态无功电流为1.06p.u.，响应时间为21ms，持续时间为619ms，电压稳态跌落深度为35.9％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1734kW/s。
附图4为三相电网电压跌落至20％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630ms，被测光伏逆变器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，向电网注入的动态无功电流为1.05p.u.，响应时间为20ms，持续时间为627ms，电压稳态跌落深度为36％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1702kW/s。
通过附图3与附图4对比可以发现，三相电网电压跌落至20％额定电压时，硬件在环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：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述测试装置包括数字仿真模拟装置、线性变换单元，控制器和被测逆变器控制器；所述数字仿真模拟装置分别与所述线性变换单元和所述控制器相连，所述线性变换单元与所述被测逆变器控制器相连，所述控制器与所述线性变换单元相连；
所述数字仿真模拟装置包括顺次连接的电网扰动发生装置、低电压穿越测试装置、变压器模块、反孤岛测试装置、光伏逆变器功率回路模型和光伏阵列模型；
所述线性变化单元包括物理I/O卡和信号调制模块；
所述控制器包括CPU处理器；
所述被测逆变器控制器包括A/D模块、反馈模块、数字信号输入模块和数字信号输出模块。
2.如权利要求1所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述物理I/O卡包括数字量输入板卡、数字量输出板卡、模拟量输入板卡和模拟量输出板卡；信号调制模块包括信号调理模块A与信号调理模块B。
3.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述模拟量输出板卡与所述信号调理模块A相连；所述信号调理模块A分别与所述电网扰动发生装置、所述低电压穿越测试装置、所述反孤岛测试装置、所述光伏逆变器功率回路模型和所述光伏阵列模型相连。
4.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述数字量输入板卡与所述数字仿真模拟装置相连；所述数字量输出板卡与所述数字仿真模拟装置相连。
5.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述信号调理模块B与所述数字仿真模拟装置相连。
6.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述模拟量输入板卡与所述信号调理模块B相连。
7.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述CPU处理器与所述模拟量输出板卡相连。
8.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述模拟量输出板卡与所述A/D模块相连。
9.如权利要求2所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述数字量输入板卡与所述数字信号输出模块相连；所述数字量输出板卡与所述数字信号输入模块相连。
10.如权利要求1所述的一种逆变器在环测试装置，其特征在于，所述A/D模块、所述反馈模块和所述数字信号输出模块顺次相连；所述数字信号输入模块与所述反馈模块相连。
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