專(zhuān)利名稱(chēng)：光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一個(gè)光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)。
背景技術(shù)：
在能源枯竭與環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為世界各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的新能源技術(shù)。而光伏并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部件，它的性能關(guān)系到光伏系統(tǒng)的利用率、可靠性和供電質(zhì)量。因此需要有一個(gè)綜合性的測(cè)試平臺(tái)，能夠檢測(cè)并網(wǎng)逆變器的各項(xiàng)性能指標(biāo)，保證逆變器的性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是目前對(duì)逆變器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，逆變器的輸入源通常采用真實(shí)的光伏電池陣列或直流模擬電源，這樣會(huì)帶來(lái)諸如光照條件、環(huán)境溫度、風(fēng)速等各種不可控因素，同時(shí)真實(shí)的光伏陣列成本高、占地面積大安裝維護(hù)很不方便；逆變器輸出側(cè)的負(fù)載通常采用大功率電阻和交流穩(wěn)壓源組成，交流穩(wěn)壓源可以模擬并網(wǎng)逆變器在不同的電網(wǎng)電壓波形狀態(tài)下的工作性能，但是該裝置是電壓源，在電路結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)構(gòu)架上不能在一臺(tái)設(shè)備中同時(shí)實(shí)現(xiàn)雙向四象限電流源和電壓源工作狀態(tài)，無(wú)法將逆變器的輸出電能逆變送入電網(wǎng)，而是通過(guò)電阻直接消耗掉，這樣一方面造成很大的電能浪費(fèi)，另一方面沒(méi)辦法檢測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)之間電流/電壓的四象限工作狀態(tài)下的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)。本發(fā)明提出的光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)，具體結(jié)構(gòu)如下
1)一個(gè)光伏電池陣列模擬電源1，用于根據(jù)測(cè)試軟件指令和氣候狀態(tài)指令，提供滿(mǎn)足特定V-I曲線(xiàn)的直流輸出，響應(yīng)速度小于20ms，為被測(cè)逆變器提供模擬的光伏陣列直流輸出， 以檢測(cè)逆變器在真實(shí)環(huán)境下的工作狀況；
2)—臺(tái)被測(cè)逆變器2;
3)—個(gè)電網(wǎng)特性模擬電源3，用于模擬電網(wǎng)電壓、頻率、背景諧波等特征，達(dá)到檢測(cè)逆變器在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下的工作性能的目的，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)電流的雙向流動(dòng)，在逆變器接入電網(wǎng)瞬間，提供電壓源作用，電流流向并網(wǎng)逆變器；在并網(wǎng)逆變器發(fā)電啟動(dòng)后，電流通過(guò)電網(wǎng)狀態(tài)特性模擬電源3回送入電網(wǎng)；
4)一個(gè)防孤島檢測(cè)裝置4，用于被測(cè)逆變器2是否具有孤島保護(hù)功能；
5)—套人機(jī)交互操作系統(tǒng)5，用于接收操作人員發(fā)出的各項(xiàng)檢測(cè)指令，并且能根據(jù)該指令控制光伏電池陣列模擬電源、電網(wǎng)特性模擬電源和防孤島檢測(cè)裝置按要求運(yùn)行。其中光伏電池陣列模擬電源1的輸出端連接被測(cè)逆變器2的輸入端，被測(cè)逆變器 2的輸出端分別連接電網(wǎng)特性模擬電源3和防孤島檢測(cè)裝置4，防孤島檢測(cè)裝置4連接人機(jī)交互操作系統(tǒng)5，人機(jī)交互操作系統(tǒng)5分別連接光伏電池陣列模擬電源1和電網(wǎng)特性模擬電源3，電網(wǎng)特性模擬電源3輸出端通過(guò)公共電網(wǎng)連接光伏電池陣列模擬電源1輸入端。
本發(fā)明中，所述光伏電池陣列模擬電源1由三相全控整流電路和buck電路連接組成，并且采用SVPWM控制算法。本發(fā)明中，所述電網(wǎng)特性模擬電源3由三相全控整流電路、三相逆變電路和LC高頻濾波器組成。本發(fā)明所述的測(cè)試平臺(tái)使用光伏電池陣列模擬電源作為逆變器的輸入源，代替了原來(lái)的真實(shí)的光伏電池陣列；使用電網(wǎng)特性模擬電源來(lái)代替大功率電阻負(fù)載和交流穩(wěn)壓源。光伏電池陣列模擬電源可以方便的設(shè)置所需的光照、環(huán)境溫度、風(fēng)速等天氣條件，輸出符合要求的V-I曲線(xiàn)，克服了真實(shí)光伏電池陣列不可控因素多，安裝維護(hù)不便的缺點(diǎn)。電網(wǎng)特性模擬電源可以模擬電網(wǎng)電壓、頻率、背景諧波等特征，可以檢測(cè)逆變器在電網(wǎng)電流雙向四象限工作狀態(tài)下的工作性能，另外電網(wǎng)特性模擬電源還可以將逆變器的輸出電能反饋回公共電網(wǎng)，減小了電能損耗。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本發(fā)明的電氣原理圖。圖中標(biāo)號(hào)1為光伏電池陣列模擬電源，2為被測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器，3為電網(wǎng)特性模擬電源，4為防孤島檢測(cè)裝置，5為人機(jī)交互操作系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見(jiàn)圖1 2，本發(fā)明由光伏電池陣列模擬電源1、電網(wǎng)特性模擬電源3、防孤島檢測(cè)裝置4、人機(jī)交互操作系統(tǒng)5以及被測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器2組成。光伏電池陣列模擬電源1 作為被測(cè)逆變器2的輸入源，模擬真實(shí)的光伏電池陣列；電網(wǎng)特性模擬電源3和被測(cè)逆變器 2的輸出端相連，檢測(cè)逆變器2的并網(wǎng)特性；防孤島檢測(cè)裝置4通過(guò)開(kāi)關(guān)Kl (如圖2所示) 和被測(cè)逆變器2相連，用于檢測(cè)逆變器2的孤島保護(hù)性能；人機(jī)交互操作系統(tǒng)5，用于控制測(cè)試平臺(tái)中的各個(gè)裝置、采集檢測(cè)數(shù)據(jù)以及顯示檢測(cè)結(jié)果。光伏電池陣列模擬電源1包括，網(wǎng)側(cè)電感Li、由六個(gè)功率器件組成的三相全控整流電路、buck電路以及相應(yīng)的控制電路板?？刂齐娐钒逵蒁SP芯片、電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器以及驅(qū)動(dòng)電路組成。DSP根據(jù)SVPWM控制算法，輸出相應(yīng)的PWM波， 控制六個(gè)功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)整流。所用DSP采用TI公司 TMS320LF2812DSP ；功率器件采用絕緣柵雙極型晶體管IGBT及其相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，也可以采用功率晶體管GTR或金屬一氧化物一半導(dǎo)體型場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET或門(mén)極關(guān)斷晶閘管 GTO0末端的buck電路將整流輸出電壓變成0-800V可調(diào)，從而能夠很好的模擬真實(shí)的光伏電池陣列的輸出V-I曲線(xiàn)。電網(wǎng)特性模擬電源3包括，三相整流用電感L4、由六個(gè)功率器件組成的三相全控整流電路、由六個(gè)功率器件組成的三相逆變電路、由L3和C4組成的高頻濾波電路以及相應(yīng)的控制電路板。DSP控制三相全控整流電路，將逆變器的輸出交流電變成直流電，同時(shí)通過(guò)后級(jí)三相逆變，將直流電逆變成三相交流電，經(jīng)過(guò)高頻濾波電路濾波后反饋回電網(wǎng)。防孤島檢測(cè)裝置4包括，阻性負(fù)載、感性負(fù)載、容性負(fù)載以及相應(yīng)的控制電路?？刂齐娐房梢愿鶕?jù)防孤島檢測(cè)的需要，分別調(diào)整阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載的大小。人機(jī)交互操作系統(tǒng)5能與光伏電池陣列模擬電源1、防孤島檢測(cè)裝置4、電網(wǎng)特性模擬電源3通訊；能通過(guò)人機(jī)交互界面設(shè)置檢測(cè)動(dòng)作；能提供檢測(cè)同步信號(hào)，保證檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性；具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能保存歷史測(cè)試數(shù)據(jù)，并能方便快捷并清晰的再現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及圖像。本發(fā)明的具體工作原理是
光伏電池陣列模擬電源DSP控制器，按照SVPWM控制算法，控制六個(gè)功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷，從而將從電網(wǎng)輸入的三相交流電轉(zhuǎn)換為850V的直流電，即電容Cl兩端電壓為850V。 人機(jī)交互操作系統(tǒng)根據(jù)操作人員輸入的光伏電池陣列的開(kāi)路電壓、短路電流、最大功率點(diǎn)輸出電壓電流等數(shù)據(jù)計(jì)算出光伏電池陣列在當(dāng)前天氣和環(huán)境條件下(云、溫度、灰塵等)的 V-I特性曲線(xiàn)。光伏電池陣列模擬電源DSP控制器控制buck電路中的功率器件，使得buck 電路的輸出電壓和電流嚴(yán)格按照上述V-I特性曲線(xiàn)變化。與此同時(shí)，人機(jī)交互操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器的輸入電壓和電流，計(jì)算出輸入功率，將該輸入功率和光伏電池陣列的最大輸出功率比較，就可以檢測(cè)被測(cè)逆變器的最大功率點(diǎn)跟蹤性能。如果該輸入功率和光伏電池陣列的最大輸出功率相近，則說(shuō)明被測(cè)逆變器的最大功率跟蹤性能良好。電網(wǎng)特性模擬電源通過(guò)三相全控整流電路將被測(cè)逆變器的輸出交流電轉(zhuǎn)換成 700V的直流電，該直流電經(jīng)電容C3濾波后再通過(guò)三相逆變電路轉(zhuǎn)換成交流電，該交流電經(jīng)過(guò)L3和C4組成的高頻濾波器濾波后反饋回公共電網(wǎng)。與此同時(shí)，電網(wǎng)特性模擬電源DSP 控制器接收來(lái)自人機(jī)交互操作系統(tǒng)的檢測(cè)指令，控制三相整流電路和三相逆變電路中的各個(gè)功率器件的開(kāi)通和關(guān)斷，從而模擬電網(wǎng)電壓、頻率的波動(dòng)。人機(jī)交互操作系統(tǒng)在整個(gè)過(guò)程中時(shí)刻監(jiān)測(cè)被測(cè)逆變器在電網(wǎng)電壓、頻率波動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)，從而可以檢測(cè)被測(cè)光伏并網(wǎng)逆變器在電網(wǎng)電壓、頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)的工作性能。當(dāng)需要檢測(cè)逆變器孤島保護(hù)功能時(shí)，首先斷開(kāi)K1、閉合K2，使得被測(cè)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率為測(cè)試規(guī)定的值；閉合K1，通過(guò)人機(jī)交互操作系統(tǒng)向防孤島檢測(cè)裝置發(fā)出指令，防孤島檢測(cè)裝置根據(jù)該指令，自動(dòng)調(diào)整內(nèi)部阻性負(fù)載、感性負(fù)載和容性負(fù)載的大小，直到由被測(cè)逆變器輸出的有功功率和無(wú)功功率完全被防孤島檢測(cè)裝置吸收；接著斷開(kāi)K2，由人機(jī)交互操作系統(tǒng)記錄從K2斷開(kāi)到被測(cè)逆變器啟動(dòng)孤島保護(hù)功能(即被測(cè)逆變器停止工作)的時(shí)間T，如果該時(shí)間T符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，則該被測(cè)逆變器具有良好的孤島保護(hù)功能。本系統(tǒng)完整的將光伏電池陣列模擬、電網(wǎng)特性模擬、防孤島檢測(cè)三個(gè)功能集成為一個(gè)設(shè)備，可以進(jìn)行完整的并網(wǎng)逆變器的全面檢測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)，其特征在于由下述結(jié)構(gòu)組成1)一個(gè)光伏電池陣列模擬電源(1)，用于根據(jù)測(cè)試軟件指令，提供滿(mǎn)足特定V-I曲線(xiàn)的直流輸出，為被測(cè)逆變器提供模擬的光伏陣列直流輸出，以檢測(cè)逆變器在真實(shí)環(huán)境下的工作狀況；2)一臺(tái)被測(cè)逆變器(2)；2)—個(gè)電網(wǎng)特性模擬電源(3)，用于模擬電網(wǎng)電壓、頻率、背景諧波特征，提供雙向的電流變換，達(dá)到檢測(cè)逆變器在電網(wǎng)電流和電壓四象限狀態(tài)下的工作性能的目的；3)—個(gè)防孤島檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)被測(cè)逆變器2是否具有孤島保護(hù)功能；4)一套人機(jī)交互操作系統(tǒng)(5)，用于接收操作人員發(fā)出的各項(xiàng)檢測(cè)指令，并且能根據(jù)該指令控制光伏電池陣列模擬電源、電網(wǎng)特性模擬電源和防孤島檢測(cè)裝置按要求運(yùn)行；其中光伏電池陣列模擬電源(1)的輸出端連接被測(cè)逆變器( 的輸入端，被測(cè)逆變器 (2)的輸出端分別連接電網(wǎng)特性模擬電源C3)和防孤島檢測(cè)裝置G)，防孤島檢測(cè)裝置(4) 連接人機(jī)交互操作系統(tǒng)(5)，人機(jī)交互操作系統(tǒng)(5)分別連接光伏電池陣列模擬電源(1)和電網(wǎng)特性模擬電源(3)，電網(wǎng)特性模擬電源(3)輸出端通過(guò)公共電網(wǎng)連接光伏電池陣列模擬電源⑴輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述光伏電池陣列模擬電源(1)由三相全控整流電路和buck電路連接組成，并且采用SVPWM控制算法。
3.如權(quán)利要求1所述的光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試平臺(tái)，其特征在于，所述電網(wǎng)特性模擬電源(3)由三相全控整流電路、三相逆變電路和LC高頻濾波器組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一個(gè)用于測(cè)試光伏并網(wǎng)逆變器各項(xiàng)性能指標(biāo)的測(cè)試平臺(tái)。該測(cè)試平臺(tái)使用光伏電池陣列模擬電源作為逆變器的輸入源，代替了原來(lái)的真實(shí)的光伏電池陣列；使用電網(wǎng)特性模擬電源來(lái)代替大功率電阻負(fù)載。光伏電池陣列模擬電源可以方便的設(shè)置所需的光照、環(huán)境溫度、風(fēng)速等天氣條件，輸出符合要求的V-I曲線(xiàn)，克服了真實(shí)光伏電池陣列不可控因素多，安裝維護(hù)不便的缺點(diǎn)。電網(wǎng)特性模擬電源可以模擬電網(wǎng)電壓、頻率、背景諧波等特征，可以檢測(cè)逆變器在不同的電網(wǎng)狀態(tài)下的工作性能，另外電網(wǎng)特性模擬電源還可以將逆變器的輸出電能反饋回公共電網(wǎng)，減小了電能損耗。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102175944SQ20111004379
公開(kāi)日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者孫耀杰, 林燕丹, 童立青, 范瑞祥, 錢(qián)敏華 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)