基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測試電路，特別是一種基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路。
【背景技術】
[0002]隨著分布式光伏電源在配電網(wǎng)的大量接入，發(fā)生非計劃性孤島的可能性也隨之增加。如果發(fā)生非計劃性孤島，分布式光伏電源“倒送電”嚴重威脅電力運維人員的安全。分布式光伏電源采用逆變器接口并網(wǎng)，為了防止在發(fā)生非計劃性孤島，并網(wǎng)光伏逆變器必須配置防孤島保護功能。目前，普遍采用基于可調(diào)RLC負載的方案對并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護功能進行測試驗證，存在裝置外形過大、需要大功率風扇進行散熱、無法實現(xiàn)回饋節(jié)能、長時間運行調(diào)節(jié)精度下降以及難以在分布式光伏發(fā)電接入現(xiàn)場開展并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護測試工作等問題。
[0003]采用基于電力電子裝置實時跟蹤并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率，精確模擬RLC定阻抗負荷的負荷特性，確保在測試過程中觸發(fā)并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護，實現(xiàn)電能的回饋節(jié)能、無明顯發(fā)熱以及裝置緊湊，具有顯著優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決采用基于可調(diào)RLC負載的方案對并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護功能進行測試驗證，存在裝置外形過大、需要大功率風扇進行散熱、無法實現(xiàn)回饋節(jié)能、長時間運行調(diào)節(jié)精度下降以及難以在分布式光伏發(fā)電接入現(xiàn)場開展并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護測試工作的問題，提出一種基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路。
[0005]本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn):基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路，其特征在于:包括定阻抗負荷模擬單元、監(jiān)控單元及測量單元；所述測量單元的第一輸入端接并網(wǎng)光伏逆變器的輸出；所述測量單元的第二輸入端接所述監(jiān)控單元的第一輸出端；所述測量單元的第一輸出端接所述定阻抗負荷模擬單元；所述定阻抗負荷模擬單元的第一輸出接配電網(wǎng)；所述定阻抗負荷模擬單元的第二輸出接監(jiān)控單元第二輸入端；所述旁路開關并聯(lián)于定阻抗負荷模擬單元的輸入端和第一輸出端之間；所述監(jiān)控單元的第二輸出端接所述旁路開關的一輸入。
[0006]進一步的，所述定阻抗負荷模擬單元為一基于IGBT的三相獨立全橋式AC-DC-AC換流器，包括全橋式AC-DC整流電路及全橋式DC-AC逆變電路；所述AC-DC整流電路用于測試并網(wǎng)光伏逆變器防孤島保護的并聯(lián)RLC負荷的負荷特性；所述全橋式DC-AC逆變電路將輸入端吸收的有功功率以單位功率因數(shù)饋送至配電網(wǎng)。
[0007]在本發(fā)明一實施例中，還包括一上位機接口，所述監(jiān)控單元的第三輸入端與所述上位機接口連接。
[0008]本發(fā)明還提供一種基于上述的基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路的測試方法:包括以下步驟:步驟S1:監(jiān)控單元下發(fā)指令閉合旁路開關，啟動并網(wǎng)光伏逆變器；步驟S2:待監(jiān)控單元檢測到并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率平穩(wěn)后，監(jiān)控單元發(fā)出測試指令；步驟S3:由監(jiān)控單元計算并聯(lián)RLC負荷的模擬電阻值R、電感值L、電容值C，并使得RLC消耗的無功功率等于并網(wǎng)光伏逆變器輸出的無功功率，RLC消耗的有功功率等于被測光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率，將RLC諧振電路的品質(zhì)因數(shù)設為1±0.2 ;步驟S4:將步驟S3計算結(jié)果下發(fā)至定阻抗負荷模擬單元，當并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率通過負荷模擬單元饋送配電網(wǎng)且流過旁路開關的基波電流小于并網(wǎng)光伏逆變器輸出電流的5%時，監(jiān)控單元發(fā)出指令斷開旁路開關；步驟S5:在旁路開關被斷開后，監(jiān)控單元開始記錄測試過程，同時將電氣量信息上發(fā)至測試電路外的一上位機；步驟S6:監(jiān)控單元預先設定一設定時間，在設定時間內(nèi)若檢測到并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率下降至零，監(jiān)控單元發(fā)出指令封鎖負荷模擬單元的導流器件，由上位機保存測試結(jié)果，轉(zhuǎn)至步驟S7 ;，若超過設定時間且并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率還未下降至零，監(jiān)控單元發(fā)出指令終止測試過程，調(diào)節(jié)LC，使得LC消耗的無功功率每次變化±2%，返回步驟S4 ;步驟S7:對測試結(jié)果進行分析，判斷并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護是否滿足要求。
[0009]進一步的，步驟S3還包括以下具體步驟:步驟S31:根據(jù)全橋式AC-DC整流電路輸入端的電壓的有效值E和被測試的并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率Pp和無功功率P ,，計算模擬電阻值R:R=E2/Pp，如果無功功率P,為正，計算無功電感值IvL q= Ε2/ωΡρ，否則為Lq=0，如果無功功率Pq為負，計算無功電容值C Pp /ωΕ2，否則為Cq=O ;步驟S32:根據(jù)測試時的電壓頻率ω、品質(zhì)因數(shù)的設定值Q、模擬電阻值R及無功電感值L,，計算模擬電感值L:L= Lq+R/ ω Q ;步驟S33:根據(jù)全橋式AC-DC整流電路輸入端的電壓的有效值Ε、被測試的并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率Ρρ、品質(zhì)因數(shù)的設定值Q及測試時的電壓頻率ω，如果Pq為正，計算模擬電容值C:C= Q /oR - Pp /ωΕ2+ Cq;步驟S34:根據(jù)計算得到的模擬電阻值R、電感值L、電容值C以及全橋式AC-DC整流電路輸入端的電壓e，建立并聯(lián)RLC電路的等式方程:iK= e2/R，e= LdiL/dt, ic=Cde/dt ;步驟S35:離散化步驟S34中等式方程，得到iK—n+i= en2/R，iLn+1= 2 31 en/N ω L+iL—n，iCn+1= NoC (en- ej / 2 π，式中 N 為全橋式 AC-DC 整流電路輸入端的電壓的每個周波的采樣點數(shù)；步驟S36:選取全橋式AC-DC整流電路輸入端的輸入電流的參考值:iMV—ref= iE_n+1+ iL_n+1+ ic—n+1;步驟S37:全橋式AC-DC整流電路的輸入電流控制環(huán)節(jié)采用比例諧振和電壓反饋補償，實現(xiàn)對μ的精確跟蹤，精確模擬并聯(lián)RLC定阻抗負荷的負荷特性；步驟S38:穩(wěn)定全橋式DC-AC逆變電路直流側(cè)電壓，控制回饋端的輸出電流，將并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率以單位功率因數(shù)回饋至配電網(wǎng)。
[0010]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點:采用AC-DC和DC-AC兩級變換、三相獨立、模塊化結(jié)構(gòu)的定阻抗負荷模擬單元精確模擬用于測試分布式并網(wǎng)光伏逆變器防孤島保護的并聯(lián)RLC負荷的負荷特性，實現(xiàn)電能回饋，無需大功率風扇進行散熱，裝置外形緊湊，模塊化結(jié)構(gòu)可快捷拼接，便于在分布式光伏發(fā)電接入現(xiàn)場開展并網(wǎng)光伏逆變器的防孤島保護測試工作。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為定阻抗負荷模擬單元結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3為并聯(lián)RLC負荷模型。
[0015]圖4為本發(fā)明測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0017]參見圖1，本發(fā)明提供一種基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路，該測試電路包括定阻抗負荷模擬單元、監(jiān)控單元及測量單元；所述測量單元的第一輸入端接并網(wǎng)光伏逆變器的輸出；所述測量單元的第二輸入端接所述監(jiān)控單元的第一輸出端；所述測量單元的第一輸出端接所述定阻抗負荷模擬單元；所述定阻抗負荷模擬單元的第一輸出接配電網(wǎng)；所述定阻抗負荷模擬單元的第二輸出接監(jiān)控單元第二輸入端；所述旁路開關并聯(lián)于定阻抗負荷模擬單元的輸入端和第一輸出端之間；所述監(jiān)控單元的第二輸出端接所述旁路開關的一輸入。
[0018]進一步的，所述定阻抗負荷模擬單元為一基于IGBT的三相獨立全橋式AC-DC-AC換流器，包括全橋式AC-DC整流電路及全橋式DC-AC逆變電路。定阻抗負荷模擬單元的結(jié)構(gòu)參見圖2。AC-DC整流電路用于測試并網(wǎng)光伏逆變器防孤島保護的并聯(lián)RLC負荷的負荷特性，并聯(lián)RLC負荷模型如圖3所示。所述全橋式DC-AC逆變電路將輸入端吸收的有功功率以單位功率因數(shù)饋送至0.4kV配電網(wǎng)。
[0019]較佳的該測試電路還還包括一上位機接口，所述監(jiān)控單元的第三輸入端與所述上位機接口連接。
[0020]本發(fā)明還提供一種基于上述的基于定阻抗負荷模擬的防孤島保護測試電路的測試方法:包括以下步驟:步驟S1:監(jiān)控單元下發(fā)指令閉合旁路開關，啟動并網(wǎng)光伏逆變器；步驟S2:待監(jiān)控單元檢測到并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率平穩(wěn)后，監(jiān)控單元發(fā)出測試指令；步驟S3:由監(jiān)控單元計算并聯(lián)RLC負荷的模擬電阻值R、電感值L、電容值C，并使得RLC消耗的無功功率等于并網(wǎng)光伏逆變器輸出的無功功率，RLC消耗的有功功率等于被測光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率，將RLC諧振電路的品質(zhì)因數(shù)設為1±0.2 ;步驟S4:將步驟S3計算結(jié)果下發(fā)至定阻抗負荷模擬單元，當并網(wǎng)光伏逆變器輸出的有功功率通過負荷模擬單元饋送配電網(wǎng)且流過旁路開關的基波電流小于并網(wǎng)光伏逆變器輸出電流的5%時，監(jiān)控單元發(fā)出指令斷開旁路開關；步驟S5:在旁路開關被斷開后，監(jiān)控單元開始記錄測試過程，同時將電氣