一种分布式新能源中储能变流器复合功能测试装置及方法与流程

本发明涉及分布式新能源、储能接入及交直流功率变换器性能检测领域，具体是一种分布式新能源中储能变流器复合功能测试装置及方法。

背景技术：

1、电力电子设备具有体积小、响应快、控制精度高等优点，目前在发电、输电、配电、用电领域均有大量的应用。发电环节中，光伏、储能以及部分风电均通过电力电子装置进行dc-ac的一级变换或ac-dc-ac的两级变换接入电网；在输电环节中高压直流输电以其建设成本低，输电效率高等优势已成为远距离输电的首选，同时基于全控器件的柔性直流输电（vsc-hvdc）也已经有众多的商业应用；在配电环节静态串联补偿器（ssc）、静态电压调整器、（svr）、静态切换开关（ssts）、备用储能系统、（bses）、配电静止同步补偿器（dstatcom）等电力电子设备已得以广泛的应用；在用电环节电力电子设备的应用更为广泛，如各类直流电源、变频器等。随着电力电子设备在电力系统中所占比重的增加，其在电能质量、系统稳定性等方面对传统电力系统所带来的影响不容忽视。为降低电力电子设备，尤其是应用于分布式新能源发电的变流器设备接入后对电网的影响，必须在接入前进行严格的性能检测，而性能检测准确性的关键在于电力电子检测装置，同时考虑到被测设备的多样性，亟需开展一种具备复合功能的电力电子检测设备开发。

2、随着分布式新能源接入的不断增加，电力电子设备在电力系统中所占比重不断增加，针对其单一功能的检测设备目前已有应用但是具备复合功能的检测设备目前尚未有深入研究。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明基于模块化设计提出了具备电网模拟器、电子负荷、孤岛检测、光伏模拟器功能的隔离型双向变换器的典型拓扑及其相应的控制方法，能够实现对分布式新能源领域中变流器装置的并网、离网性能检测，降低检测平台的建设成本，提高检测效率。

2、本发明提供一种分布式新能源中储能变流器复合功能测试装置，包括三组单相模组，每组单相模组包括ac/dc模块、dc/ac模块以及连接在ac/dc模块和dc/ac模块之间额直流支撑电容c2；ac/dc模块用于直流恒压控制以保持直流母线电压，dc/ac模块用于在电网模拟器模式下进行交流电压/频率调节，在直流可调电源模式下进行直流电压调节控制，在光伏模拟器模式下根据所设定的光伏曲线进行恒流控制，在电子负荷模式下进行交流恒功率运行模拟负荷特性，在孤岛检测模式下根据负荷大小进行恒功率控制。

3、进一步的，所述ac/dc模块包括依次连接的隔离变压器t1、网侧预充回路、网侧滤波回路和网侧单相全桥电路u1；dc/ac模块包括依次连接的负荷侧单相全桥电路u2、负荷侧滤波回路和负荷侧预充回路。

4、进一步的，所述网侧预充回路包括第一开关k1、电阻r1及第二开关k2，第一开关k1与电阻r1串联后与第二开关k2并联；负荷侧预充回路包括第三开关k3、电阻r2及第四开关k4，第三开关k3与电阻r2串联后与第四开关k4并联。

5、进一步的，在电网模拟器模式下进行交流电压/频率调节，具体包括：

6、步骤1：将ac/dc模块的输入侧与电网相连， dc/ac模块的输出侧与负荷或待测单相变流器相连；

7、步骤2：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

8、步骤3：控制负荷侧单相全桥电路u2做逆变运行，输出交流电ua’n’，ua’n’电压、频率可调；

9、在直流可调电源模式下进行直流电压调节控制，具体包括：

10、步骤1：将ac/dc模块的输入侧与电网相连， dc/ac模块的输出侧与负荷或待测单相变流器相连；

11、步骤2：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

12、步骤3：控制负荷侧单相全桥电路u2中igbt模块q3保持断开，q4保持导通，此时负荷侧单相全桥电路u2形成buck电路，控制igbt模块q1、q2输出直流可调电压ua’n’，其中ua’n’＜udc；

13、在光伏模拟器模式下根据所设定的光伏曲线进行恒流控制，具体包括：

14、步骤1：ac/dc模块的输入侧与电网相连，dc/ac模块的输出侧与待测变流器直流端相连；

15、步骤2：设定光伏曲线的最大功率点(um,im）、开路点(uoc,0)和短路点（0，isc）；

16、步骤3：根据式（1）描绘出光伏板标准条件下的u-i曲线：

17、；

18、式中：

19、；

20、其中ua’n’为所接入的待测变流器端口电压，uoc、isc分别为开路电压和短路电流，um、im分别为最大功率点处电压电流；

21、步骤4：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

22、步骤5：控制负荷侧单相全桥电路u2中igbt模块q3保持断开，q4保持导通，以端口电压ua’n’为输入，根据所设定的光伏曲线确定所应输出的电流值ia’n’；

23、步骤6：通过控制igbt模块q1和q2输出电流值ia’n’，并与最大功率点处电流im作比较，判断待测变流器是否具备最大功率点跟踪功能；

24、在电子负荷模式下进行交流恒功率运行模拟负荷特性，具体包括：

25、步骤1：ac/dc模块的输入侧与待测电源输出端相连，dc/ac模块的输出侧与电网相连；

26、步骤2：接入后控制全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

27、步骤3：通过负荷侧单相全桥电路u2做恒功率控制，根据所设定的负载大小和负载类型调整有功、无功输出，实现对负载特性的模拟；

28、在孤岛检测模式下根据负荷大小进行恒功率控制，具体包括：

29、步骤1：ac/dc模块的输入侧与待测单相变流器交流侧并联接入220v交流母线，ac/dc模块的输入侧与双向直流源相连，交流母线通过开关qs0与电网相连，qs0断开；

30、步骤2：完成系统接入后闭合开关qs0，待测单相变流器启动并开始并网运行，其输出功率为pinv；

31、步骤3：控制网侧单相全桥电路u1部分并网直流侧恒压运行，直流侧电压为udc；

32、步骤4：控制负荷侧单相全桥电路u2部分中igbt模块q3保持断开，q4保持闭合形成buck回路；

33、步骤5：控制负荷侧单相全桥电路u2部分直流恒功率运行，输出功率pm=-pinv；

34、步骤6：网侧单相全桥电路（u1）部分输出功率稳定后断开qs0，待测单相变流器处于孤网运行状态，若变流器具备孤岛检测功能则能够停止运行，处于孤岛保护状态，否则继续运行。

35、进一步的，当实现电网模拟器、三相电子负荷以及三相变流器孤岛检测功能时将三组模块的输入侧、输出侧分别并联起来运行；当实现直流可调电源、光伏模拟器功能时将输入侧并联接入电网，输出侧三路独立输出。

36、一种分布式新能源/储能变流器复合功能测试方法，包括：

37、将三组ac/dc模块、dc/ac模块通过直流支撑电容c2相连；

38、ac/dc模块进行直流恒压控制以保持直流母线电压，dc/ac模块在电网模拟器模式下进行交流电压/频率调节，在直流可调电源模式下进行直流电压调节控制，在光伏模拟器模式下根据所设定的光伏曲线进行恒流控制，在电子负荷模式下进行交流恒功率运行模拟负荷特性，在孤岛检测模式下根据负荷大小进行恒功率控制。

39、进一步的，所述ac/dc模块包括依次连接的隔离变压器t1、网侧预充回路、网侧滤波回路和网侧单相全桥电路u1；dc/ac模块包括依次连接的负荷侧单相全桥电路u2、负荷侧滤波回路和负荷侧预充回路。

40、进一步的，所述网侧预充回路包括第一开关k1、电阻r1及第二开关k2，第一开关k1与电阻r1串联后与第二开关k2并联；负荷侧预充回路包括第三开关k3、电阻r2及第四开关k4，第三开关k3与电阻r2串联后与第四开关k4并联。

41、进一步的，在电网模拟器模式下进行交流电压/频率调节，具体包括：

42、步骤1：将ac/dc模块的输入侧与电网相连， dc/ac模块的输出侧与负荷或待测单相变流器相连；

43、步骤2：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

44、步骤3：控制负荷侧单相全桥电路u2做逆变运行，输出交流电ua’n’，ua’n’电压、频率可调；

45、在直流可调电源模式下进行直流电压调节控制，具体包括：

46、步骤1：将ac/dc模块的输入侧与电网相连， dc/ac模块的输出侧与负荷或待测单相变流器相连；

47、步骤2：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

48、步骤3：控制负荷侧单相全桥电路u2中igbt模块q3保持断开，q4保持导通，此时负荷侧单相全桥电路u2形成buck电路，控制igbt模块q1、q2输出直流可调电压ua’n’，其中ua’n’＜udc；

49、在光伏模拟器模式下根据所设定的光伏曲线进行恒流控制，具体包括：

50、步骤1：ac/dc模块的输入侧与电网相连，dc/ac模块的输出侧与待测变流器直流端相连；

51、步骤2：设定光伏曲线的最大功率点(um,im）、开路点(uoc,0)和短路点（0，isc）；

52、步骤3：根据式（1）描绘出光伏板标准条件下的u-i曲线：

53、；

54、式中：

55、；

56、其中ua’n’为所接入的待测变流器端口电压，uoc、isc分别为开路电压和短路电流，um、im分别为最大功率点处电压电流；

57、步骤4：控制网侧单相全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

58、步骤5：控制负荷侧单相全桥电路u2中igbt模块q3保持断开，q4保持导通，以端口电压ua’n’为输入，根据所设定的光伏曲线确定所应输出的电流值ia’n’；

59、步骤6：通过控制igbt模块q1和q2输出电流值ia’n’，并与最大功率点处电流im作比较，判断待测变流器是否具备最大功率点跟踪功能；

60、在电子负荷模式下进行交流恒功率运行模拟负荷特性，具体包括：

61、步骤1：ac/dc模块的输入侧与待测电源输出端相连，dc/ac模块的输出侧与电网相连；

62、步骤2：接入后控制全桥电路u1做整流运行，在直流支撑电容c2两端产生直流电压udc；

63、步骤3：通过负荷侧单相全桥电路u2做恒功率控制，根据所设定的负载大小和负载类型调整有功、无功输出，实现对负载特性的模拟；

64、在孤岛检测模式下根据负荷大小进行恒功率控制，具体包括：

65、步骤1：ac/dc模块的输入侧与待测单相变流器交流侧并联接入220v交流母线，ac/dc模块的输入侧与双向直流源相连，交流母线通过开关qs0与电网相连，qs0断开；

66、步骤2：完成系统接入后闭合开关qs0，待测单相变流器启动并开始并网运行，其输出功率为pinv；

67、步骤3：控制网侧单相全桥电路u1部分并网直流侧恒压运行，直流侧电压为udc；

68、步骤4：控制负荷侧单相全桥电路u2部分中igbt模块q3保持断开，q4保持闭合形成buck回路；

69、步骤5：控制负荷侧单相全桥电路u2部分直流恒功率运行，输出功率pm=-pinv；

70、步骤6：网侧单相全桥电路（u1）部分输出功率稳定后断开qs0，待测单相变流器处于孤网运行状态，若变流器具备孤岛检测功能则能够停止运行，处于孤岛保护状态，否则继续运行。

71、进一步的，当实现电网模拟器、三相电子负荷以及三相变流器孤岛检测功能时将三组模块的输入侧、输出侧分别并联起来运行；当实现直流可调电源、光伏模拟器功能时将输入侧并联接入电网，输出侧三路独立输出。

72、本发明根据实际需求通过采用不同控制方法能够基于相同硬件平台能够实现电网模拟器、电子负荷、孤岛检测、直流可调电源以及光伏模拟器功能；同时模块与模块之间能够相互并联运行，根据需求实现对单相或三相变流器的检测，实现多路直流源的输出。本发明能够广泛应用于对于电力电子设备的检测当中，降低检测设备的投入成本，提高检测效率，确保接入电网的电力电子设备能够满足性能指标要求，减小接入后对电网的冲击。