本發(fā)明涉及新能源節(jié)能領(lǐng)域，具體講涉及一種新能源電力電子設(shè)備的檢測(cè)系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

隨著分布式發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，由光伏發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等電力電子設(shè)備以及用戶負(fù)載構(gòu)成的微型電網(wǎng)逐漸得到廣泛的實(shí)際運(yùn)用。從接入配電網(wǎng)的微型電網(wǎng)來(lái)看，微型電網(wǎng)在并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)的潮流方向即有可能流入配電網(wǎng)，使微型電網(wǎng)呈現(xiàn)電源特性，另一種可能是從配電網(wǎng)流向微型電網(wǎng)，使其呈現(xiàn)負(fù)載特性。

同時(shí)，微型電網(wǎng)接入配電網(wǎng)需要配合配電網(wǎng)進(jìn)行接地、通訊、功率控制、繼電保護(hù)方面的調(diào)整?？梢?jiàn)，微型電網(wǎng)的接入使得配電網(wǎng)更加復(fù)雜。因此，對(duì)微型電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性以及并網(wǎng)特性檢測(cè)必不可少。有的地方并未形成成熟的針對(duì)微型電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，但是針對(duì)相關(guān)的新能源設(shè)備和發(fā)電單元接入配電網(wǎng)已經(jīng)有比較成熟的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)定，這些標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)項(xiàng)目大致可分為以下幾類：

安規(guī)類：主要包括IP等級(jí)、絕緣耐壓等；

通用性能測(cè)試：主要包括EMC、過(guò)載能力、效率等；

保護(hù)特性：主要包括過(guò)流保護(hù)、過(guò)欠壓保護(hù)、孤島保護(hù)、過(guò)欠頻保護(hù)等；

并網(wǎng)特性：主要包括電網(wǎng)適應(yīng)性、諧波、電壓不平衡度、并網(wǎng)點(diǎn)潮流流向控制等。

常規(guī)的微型電網(wǎng)發(fā)電單元并網(wǎng)性能檢測(cè)系統(tǒng)拓?fù)淙绺綀D1所示，圖中的并網(wǎng)特性檢測(cè)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，需要考慮微型電網(wǎng)單元中各個(gè)新能源電力電子設(shè)備的協(xié)同工作和同步測(cè)量，由于實(shí)際的微型電網(wǎng)中設(shè)備距離遠(yuǎn)、地況復(fù)雜，這為測(cè)量點(diǎn)的布置造成了巨大的困難。

此外，常規(guī)的微型電網(wǎng)發(fā)電單元并網(wǎng)性能檢測(cè)平臺(tái)在配備具備同步測(cè)量記錄能力的實(shí)驗(yàn)儀器和大容量的測(cè)試平臺(tái)之外，還需要對(duì)整個(gè)微型電網(wǎng)區(qū)域中協(xié)同工作的電力電子設(shè)備和負(fù)載的電氣參數(shù)進(jìn)行同步測(cè)量，接線復(fù)雜，可操作性差；且 在檢測(cè)時(shí)往往需要對(duì)微型電網(wǎng)中的設(shè)備以及并網(wǎng)點(diǎn)開(kāi)關(guān)進(jìn)行斷電，這既影響負(fù)載側(cè)的正常生產(chǎn)生活，又威脅配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出的一種基于通用電力電子平臺(tái)的半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于通用電力電子平臺(tái)的半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

依次雙向通信連接的上位機(jī)、仿真器、I/O接入模塊和電力電子設(shè)備控制器組；電力電子設(shè)備控制器組與數(shù)字錄波儀連接。

上位機(jī)包括半實(shí)物檢測(cè)仿真平臺(tái)；

半實(shí)物檢測(cè)仿真平臺(tái)包括：400V試驗(yàn)?zāi)妇€、模擬電網(wǎng)模塊、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、孤島開(kāi)關(guān)、待測(cè)微型電網(wǎng)單元和三相孤島負(fù)載；模擬電網(wǎng)模塊通過(guò)400V試驗(yàn)?zāi)妇€與并網(wǎng)開(kāi)關(guān)一端相連；并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的另一端分別與進(jìn)線開(kāi)關(guān)和孤島開(kāi)關(guān)的一端相連；進(jìn)線開(kāi)關(guān)的另一端與待測(cè)微型電網(wǎng)單元相連；孤島開(kāi)關(guān)的另一端與三相孤島負(fù)載相連。

待測(cè)微型電網(wǎng)單元模型包括：并行相連的儲(chǔ)能系統(tǒng)模型、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型、風(fēng)力發(fā)電模型和負(fù)載模型；風(fēng)力發(fā)電模型包括雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型、雙饋式風(fēng)電變流器模型；雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的繞組包括主功率繞組和控制繞組；雙饋感應(yīng)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主功率繞組與電網(wǎng)相連，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制繞組經(jīng)風(fēng)電變流器與電網(wǎng)相連。

并網(wǎng)光伏逆變器模型為不隔離的兩電平模型；儲(chǔ)能變流器包括兩級(jí)串聯(lián)電路，AC/DC級(jí)電路為PWM可控整流電路，DC/DC級(jí)電路為BUCK同步整流電路。

一種半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)方法，上位機(jī)根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)生成編譯代碼；仿真器接收編譯代碼并生成狀態(tài)值，狀態(tài)值經(jīng)I/O接入模塊的轉(zhuǎn)換接口進(jìn)入電力電子設(shè)備控制器組；數(shù)字錄波儀記錄并分析電力電子設(shè)備控制器組生成的控制量。

電力電子控制器組將控制量反饋到I/O接入模塊，I/O接入模塊生成的控制訊號(hào)經(jīng)仿真器生成仿真結(jié)果代碼，仿真結(jié)果代碼反饋到上位機(jī)輸出控制量的仿真結(jié)果。

在上位機(jī)中，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)與進(jìn)線開(kāi)關(guān)處設(shè)置第一測(cè)試點(diǎn)；模擬電網(wǎng)模塊與并網(wǎng)開(kāi)關(guān)間設(shè)置第二測(cè)試點(diǎn)；孤島開(kāi)關(guān)與三相孤島負(fù)載間設(shè)置第三測(cè)試點(diǎn)；儲(chǔ)能變流器輸出處、光伏逆變器輸出處、風(fēng)電變流器輸出處和負(fù)載接入點(diǎn)分別設(shè)置第四、第五、第六和第七測(cè)試點(diǎn)。

在進(jìn)行防孤島實(shí)驗(yàn)時(shí)：閉合孤島開(kāi)關(guān)，當(dāng)R/L/C負(fù)載相互匹配并發(fā)生諧振時(shí)，斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，實(shí)施防孤島實(shí)驗(yàn)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明在模擬檢測(cè)平臺(tái)的同時(shí)，可以模擬微型電網(wǎng)中電力電子設(shè)備帶負(fù)載或空載時(shí)的主回路和采樣回路的電氣特性。

2、本發(fā)明只需一次性投入，系統(tǒng)具備強(qiáng)大的可編輯能力和仿真能力，可協(xié)調(diào)多臺(tái)設(shè)備的協(xié)同運(yùn)行，并且具備時(shí)間節(jié)點(diǎn)設(shè)置能力，可以靈活控制事件發(fā)生的順序和時(shí)序。

3、本發(fā)明配備擴(kuò)展性和兼容性良好的I/O模塊，能夠滿足對(duì)電力電子設(shè)備的多點(diǎn)協(xié)同輸入輸出控制，避免了遠(yuǎn)距離測(cè)量和數(shù)據(jù)同步的問(wèn)題。

4、本發(fā)明的檢測(cè)系統(tǒng)弱電電氣性能穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)閺?qiáng)電和戶外復(fù)雜氣候條件作用，以及設(shè)備使用年限的過(guò)久而引起絕緣耐壓能力的降低等安全隱患，運(yùn)行過(guò)程中只產(chǎn)生系統(tǒng)弱電的自耗電，節(jié)能環(huán)保，大大降低了模擬電網(wǎng)異常所需要的成本。

5、本發(fā)明旨在為微型電網(wǎng)中電力電子設(shè)備的電氣性能及并網(wǎng)性能提供一個(gè)仿真平臺(tái)和檢測(cè)方法，該平臺(tái)適應(yīng)性強(qiáng)、性能穩(wěn)定、可擴(kuò)展、兼容性好，能大大節(jié)約檢測(cè)成本和避免安全隱患。

附圖說(shuō)明

圖1為常規(guī)微型電網(wǎng)發(fā)電單元并網(wǎng)性能檢測(cè)平臺(tái)示意圖；

圖2為本發(fā)明的半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)平臺(tái)示意圖；

圖3為本發(fā)明只包含電力電子設(shè)備的微型電網(wǎng)回路示意圖；

圖4為本發(fā)明的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ褪疽鈭D；

圖5為本發(fā)明的光伏逆變器單級(jí)DC/AC拓?fù)淠Ｐ褪疽鈭D；

圖6為本發(fā)明的儲(chǔ)能變流器兩級(jí)AC/DC/DC拓?fù)淠Ｐ褪疽鈭D；

圖7為本發(fā)明的半實(shí)物仿真檢測(cè)平臺(tái)主回路模型示意圖；

圖8為本發(fā)明的半實(shí)物仿真系統(tǒng)模型示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明以如圖2所示的半實(shí)物仿真并網(wǎng)檢測(cè)平臺(tái)為核心，其構(gòu)成的半實(shí)物仿真系統(tǒng)包括：上位機(jī)、仿真器、I/O模塊、待測(cè)發(fā)電單元電力電子設(shè)備控制器、數(shù)字錄波儀。

上位機(jī)：為整個(gè)半實(shí)物仿真系統(tǒng)的總控主機(jī)，集成了半實(shí)物仿真軟件及建模軟件，半實(shí)物檢測(cè)仿真平臺(tái)模型在建模軟件上完成搭建；上位機(jī)用于構(gòu)建電網(wǎng)模型、待測(cè)微型電網(wǎng)以及電力電子設(shè)備的硬件主回路模型，并優(yōu)化半實(shí)物仿真系統(tǒng)參數(shù)，將建模軟件生成模型的實(shí)時(shí)代碼自動(dòng)下載到仿真器中；上位機(jī)控制整個(gè)半實(shí)物仿真過(guò)程，在人機(jī)交互界面完成仿真結(jié)果的輸入和輸出。

仿真器：用作模擬被控對(duì)象，通過(guò)通訊光纜與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

I/O模塊：主要完成模型仿真的數(shù)據(jù)采集和記錄，支持多種數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，并對(duì)目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)。

上位機(jī)建立的半實(shí)物檢測(cè)平臺(tái)模型主要由模擬電網(wǎng)模型、儲(chǔ)能變流器模型、并網(wǎng)光伏逆變器模型、雙饋式風(fēng)電變流器模型、三相孤島負(fù)載模型、分布式戶用負(fù)載模型、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、孤島開(kāi)關(guān)、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)構(gòu)成。使用仿真軟件模型庫(kù)或函數(shù)文件對(duì)上位機(jī)中特定類型的并網(wǎng)光伏逆變器(PV Battery)、儲(chǔ)能變流器(Battery Pack)、風(fēng)電變流器(Wind Generator)、分布式用戶負(fù)載(Load)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模、設(shè)置并聯(lián)組數(shù)、主回路節(jié)點(diǎn)位置、負(fù)載類型、負(fù)載大小和負(fù)載分布等情況。

圖3是只包含電力電子設(shè)備的特殊微型電網(wǎng)平臺(tái)，由儲(chǔ)能系統(tǒng)模型、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型、風(fēng)力發(fā)電模型和相應(yīng)的負(fù)載模型構(gòu)成。

圖4所示的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組拓?fù)淠Ｐ椭?，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分為直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī)組和雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，本發(fā)明的微型電網(wǎng)平臺(tái)采用雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組包含一套主功率繞組和一套控制繞組，其中，控制繞組接入雙饋式風(fēng)電變流器。

圖5所示的并網(wǎng)光伏逆變器按照交流側(cè)隔離特性分為帶變壓器隔離型和不隔離型，按照濾波器側(cè)輸出電壓的電平數(shù)量分為兩電平和三電平結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的并網(wǎng)光伏逆變器采用不隔離的兩電平拓?fù)淠Ｐ停碊C/AC的結(jié)構(gòu)。

如圖6所示的儲(chǔ)能變流器采用兩級(jí)串聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即AC/DC&DC/DC結(jié)構(gòu)，前級(jí)AC/DC電路采用PWM可控整流方案，通過(guò)控制網(wǎng)側(cè)電壓矢量與橋臂輸入電壓矢量實(shí)現(xiàn)有功功率雙向流動(dòng)，功率因數(shù)可調(diào)的功能，并能夠迅速調(diào)節(jié)直流側(cè)的電壓使直流側(cè)保持平穩(wěn)輸出。后級(jí)DC/DC電路采用BUCK同步整流電路調(diào)節(jié)輸出電壓及電流，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)直流側(cè)電壓電流的控制，擴(kuò)展輸出輸入電壓的范圍，模擬不同類型不同拓?fù)溥B接方式的電池輸入輸出外特性。

如圖7所示的半實(shí)物仿真檢測(cè)回路主要由能發(fā)生電網(wǎng)擾動(dòng)的模擬電網(wǎng)模塊、并網(wǎng)開(kāi)關(guān)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)、孤島開(kāi)關(guān)、三相孤島負(fù)載以及待測(cè)微型電網(wǎng)單元組成：測(cè)試模型通過(guò)400V實(shí)驗(yàn)?zāi)妇€進(jìn)線，經(jīng)過(guò)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)和進(jìn)線開(kāi)關(guān)后，與通用電力電子平臺(tái)，即待測(cè)微型電網(wǎng)單元，相連；在仿真檢測(cè)平臺(tái)回路中，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)、進(jìn)線開(kāi)關(guān)和孤島負(fù)載處各設(shè)置一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，微型電網(wǎng)單元中也包含多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，即儲(chǔ)能變流器輸出、光伏逆變器輸出、風(fēng)電變流器輸出以及負(fù)載接入點(diǎn)。

防孤島實(shí)驗(yàn)：

在進(jìn)行孤島模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，將孤島開(kāi)關(guān)閉合，投入相應(yīng)的R/L/C負(fù)載，待負(fù)載匹配并發(fā)生諧振后，斷開(kāi)并網(wǎng)開(kāi)關(guān)，便可進(jìn)行待測(cè)微型電網(wǎng)發(fā)電單元的防孤島實(shí)驗(yàn)。

如圖8所示的半實(shí)物仿真系統(tǒng)，系統(tǒng)上電后，上位機(jī)通過(guò)仿真軟件編輯電網(wǎng)的數(shù)學(xué)模型、檢測(cè)主回路模型、微型電網(wǎng)中接入的電力電子設(shè)備硬件模型以及負(fù)載模型，通過(guò)仿真軟件模擬正常狀態(tài)和各種故障的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)上位機(jī)軟件生成編譯代碼下發(fā)至仿真器，仿真器加載運(yùn)行后,生成狀態(tài)值通過(guò)通訊總線下發(fā)至帶有I/O模塊的接入設(shè)備，然后I/O模塊與待測(cè)設(shè)備或平臺(tái)的電力電子控制器兼容的狀態(tài)值輸出到控制器數(shù)據(jù)采集的A/D轉(zhuǎn)換接口，完成了控制流的前向流程。

待測(cè)設(shè)備或平臺(tái)的電力電子控制器可將生成的控制量反饋到I/O接入設(shè)備也可通過(guò)錄波儀記錄分析；若反饋到I/O設(shè)備，則通過(guò)I/O設(shè)備生成控制訊號(hào)后通過(guò)通訊總線輸入仿真器，仿真器可將仿真結(jié)果編碼值反饋給上位機(jī)軟件，編碼 值可以通過(guò)仿真軟件輸出結(jié)果。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。