一种半实物逆变器控制器测试平台的制作方法

本发明涉及新能源电力电子设备的监测系统，具体涉及一种半实物逆变器控制器测试平台。

背景技术：

随着分布式发电技术的发展，由光伏发电系统、风力发电系统、储能系统等电力电子设备以及负载构成的微型电网逐渐得到了广泛的应用。微型电网在接入配电网时，需要配合配电网进行接地、通讯、功率控制、继电保护方面的调整。可见微型电网接入配电网之后，使得配电网变得更加复杂。因此，在接入之前，需要对微电网进行安全行、稳定性以及并网特性的检测。有些地方并未形成成熟的针对微电网测试的标准体系，但是针对新能源设备接入配电网已经有了比较成熟的标准和技术规定。在新能源并网中，逆变器起着至关重要的作用，针对逆变器的测试也显得尤为重要。目前，国内逆变器测试标准有gb/t19939-2005和nb/t32004-2018，国际标准包括iec62727、en60438、rd1699等，这些标准的主要检测项目大致包括以下几种类型：

安规类：主要包括结构材料、绝缘耐压等；

通用性能测试：主要包括emc、过载能力、效率等；

保护特性：主要包括过/欠电压保护、孤岛保护、过/欠频保护等；

并网特性：主要包括电网适应性、谐波、电压不平衡等。

目前，逆变器测试平台多以物理测试平台为主，测试平台主体包括光伏模拟器、电网模拟器、功率分析仪、系统仿真阻抗等设备，其拓扑如图1所示。就物理测试平台而言，测试过程中考虑了非线性等复杂的不确定因素，因此能够比较准确的模拟出电力系统的动态过程。但仍存在以下缺点：

1)电网模拟器只能模拟出电网的电压、频率，无法模拟出实际电网的复杂多变性；

2)做逆变器功能进行测试时，针对不同测试点，往往需要对测试平台进行反复的断电接线，操作复杂；

3)测试平台多使用物理元器件，建设成本较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何提高逆变器测试平台的复杂情况适应性、仿真精度，同时降低操作难度和投资成本。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种半实物逆变器控制器测试平台，其特征在于：包括上位机，上位机上搭建有用于逆变器控制器测试的数字模型；上位机和仿真器通过以太网口连接，仿真器和接口设备通过光纤通讯连接，接口设备与被测的逆变器控制器通过连接线进行电信号通讯、通过光纤进行光信号通讯。

优选地，所述上位机上，根据具体的测试需求，对数字模型进行编辑修改，针对不同类型逆变器控制器采用相应的数字模型进行测试。

优选地，所述仿真器用于对上位机上的数字模型进行运行编译处理，并将编译结果转换为数字信号进行下发，通过通讯线和上位机以及接口装置连接，在系统中完成数据的编译与传递。

优选地，所述接口设备用于数字模型仿真的数据采集以及记录，通过编写通讯协议，将仿真器编译后的信号传递到被测逆变器控制器中，并将被测逆变器控制器相应的反馈信号进行采集并传递到仿真器中，最终实现数据在上位机上的可视化。

更优选地，在信号传输和采集过程中，电压等级在12v及以上的信号采用光信号传输方式，电压等级在12v以下的信号采用电信号传输方式。

优选地，数字示波器与所述数字模型中任意需要进行监控的测试点连接。

优选地，所述数字模型通过仿真器进行编译，生成代码和状态量，并通过光纤传输到接口装置；

接口装置将收到的代码和状态量转换为光电信号，并通过编写的通讯协议下发到逆变器控制器中的相应接口，实现数字模型向物理模型下发信号的操作；

逆变器控制器接收到接口装置的光电信号之后做出响应并生成控制信号进行反馈，控制信号通过通讯协议的约定传输到接口装置并通过接口装置上传至仿真器中，仿真器对控制信号进行编译并上传到数字模型中的对应数字模块，实现完整的逆变器控制器控制过程。

与现有的逆变器物理测试平台相比，本发明提供的半实物逆变器控制器测试平台具有如下有益效果：

1、利用数字仿真模块替代传统物理平台中的对电网模拟有限的电网模拟器、成本较高的光伏模拟器以及一些投资高或者模拟效果差的物理模块，有效地降低了投资成本，并提高了对实际工程的仿真精度；

2、具有良好的可拓展性和兼容性良好的i/o模块，能够满足多台设备同时测试的需求；

3、具有良好的可编辑性以及设备适应性，能够通过修改数字模型对逆变器不同检测项目甚至不同电力电子元器件进行测试；

4、能够支持离线仿真，在不接入备件设备时可以进行理论测试，降低设备损坏的风险。

附图说明

图1为传统的逆变器物理测试平台拓扑图；

图2为本实施例提供的半实物逆变器控制器测试平台拓扑图；

图3为上位机上数字模型部分示意图；

图4为数字逆变器模型示意图；

图5为半实物平台输出的低穿测试波形(单相电压)示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图2为本实施例提供的半实物逆变器控制器测试平台拓扑图，所述的半实物逆变器控制器测试平台包括能够双向通讯的上位机、仿真器、接口模块、逆变器控制器以及与监测点相连接的数字示波器等。其中，逆变器控制器属于被测模块。

上位机和仿真器通过以太网口连接，仿真器和接口设备通过光纤通讯连接，接口设备与被测的逆变器控制器通过dp37连接线进行电信号通讯、通过光纤进行光信号通讯，数字示波器则可以连接在系统中任意需要进行监控的测试点上。

整个系统各模块的具体介绍如下：

上位机：用于安装仿真软件，对系统进行可视化监控，进行模型搭建以及模型起停、数据修改等操作。具体而言，在上位机上可以根据具体的测试需求，对半实物仿真中的数字仿真模块进行编辑修改，使用不同的数字模型对逆变器控制器进行不同的测试。同时，使用上位机也可以对整个系统进行可视化监视。

仿真器：用于数字仿真模块的运行以及对上位机中的可视化数字模型进行编译，生成代码以及状态值。具体而言，仿真器为整个系统的核心模块，它对系统的数字模型进行运行编译处理，并将编译结果转换为数字信号，通过通讯线和上位机以及接口装置连接，完成数据的编译与传递。

接口装置：用于将仿真光电中生成的状态值和逆变器控制器的控制信号进行信号交互与传输。具体而言，接口装置连接仿真器以及被测逆变器，它主要负责模型仿真的数据采集以及记录，通过编写通讯协议，将仿真器编译后的信号传递到被测逆变器中，并将被测逆变器相应的反馈信号进行采集并传递到仿真器中运行的模型中去，并最终实现数据在上位机可视化。在信号传输和采集过程中，高压信号采用光信号传输方式，光信号传输的特点是将较高的电压等级信号(比如电网侧的35kv电压等)转换为光信号，光信号不会有实际电压产生，因此不会对设备以及人体造成危害；低压信号及控制信号采用电信号传输。在该平台中，一般电压等级在12v以下的时候，可以采用电信号传输，这是因为，电信号精确度更高，在对精度要求较高并且不会对设备或者人员产生较大危害的控制信号的传输时，通常使用电信号模式进行传输。

逆变器控制器：属于被测模块，在半实物仿真平台中，为不可编辑的物理模块。上位机上，在数字模型中搭建逆变器模型，通过数据连接，对逆变器控制器发出或者接收其信号，实现逆变器测试的平台功能。

数字示波器：可以根据测试项目的不同，选择接入半实物仿真平台中的不同测试点，实现平台中通讯信号的可视化监控。

图2中，实线箭头代表物理连接：上位机通过以太网口连接至仿真器；仿真器通过光纤连接到接口装置；接口装置通过光纤、电口连接至逆变器控制器，这些设备完整的组成了本发明的物理部分。在本测试平台的物理设备之间，数据均可实现双向传输。

虚线箭头代表数字连接：仿真软件在上位机运行，实现对仿真测试平台的可视化监控；本发明使用数字模型代替传统平台中的物理模型，数字模型包括光伏阵列模块、直流传输线路以及中间控制模块、逆变器模块、交流传输线路以及滤波器等控制模块、数字电网模块。

数字模型通过仿真软件在上位机搭建，针对不同逆变器控制器，可以通过修改数字模型拓扑以及参数来做针对性测试。

本实施例提供的半实物逆变器控制器测试平台的工作原理如下：

数字模型通过仿真器进行编译，生成代码和状态量，并通过光纤传输到接口装置。

接口装置将收到的代码和状态量转换为光电信号，并通过编写的通讯协议下发到逆变器控制器中的相应接口，实现数字模型向物理模型下发信号的操作。

逆变器控制器接收到状态信号之后做出响应并生成控制信号进行反馈，控制信号通过通讯协议的约定传输到接口装置并通过接口装置上传至仿真器中，仿真器对控制信号进行编译并上传到数字模型中的对应数字模块，实现了完整的逆变器控制器控制过程。

下面以逆变器功能测试实验为例对该平台工作原理进行说明。

针对逆变器低穿实验，搭建测试系统，测试系统拓扑如图3所示，其中主要部分包括：

光伏阵列等效模型：包括光伏电池等效电路以及mppt(最大功率点追踪)控制电路；

逆变器等效模型：逆变器采用npc型三电平逆变器，其拓扑如图4所示。该部分与逆变器控制器连接，并通过发出和接受控制信号，对逆变器控制器功能进行测试。同样的，根据控制器种类不同，该数字模型可以更改为两电平逆变器、五电平逆变器等模型等具有针对性的模型；

高低穿故障，一般为接地故障；

三相孤岛负载；

进线开关、故障接入开关。

低穿实验过程如下：

在低穿功能测试时，将与高低穿故障相连的进线开关与故障介入开关闭合，将高低穿故障接入到光伏系统中，满足高低穿时间要求之后断开故障接入开关，通过数字示波器和上位机监控系统状态，即可完成逆变器控制器的高低穿功能测试。

实施上述仿真测试过程，在上位机监控到的低穿实验测试点输出波形如图5所示(图5中，横轴为时间，纵轴为电压)，系统在1/3秒发生电压跌落，2/3秒之后故障排除，电压回升到正常值，并且系统正常运行。该逆变器控制器通过低穿测试，且仿真测试结果与理论测试结果基本一致。

同样的，针对孤岛实验，闭合与三项孤岛负载连接的进线开关，在光伏系统中投入三项孤岛负载，负载匹配并发生谐振之后断开并网开关，便可对逆变器控制器的防孤岛效应功能进行测试。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。