一种半实物仿真并网检测系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于通用电力电子平台的半实物仿真并网检测系统及方法，该系统包括：依次双向通信连接的上位机、仿真器、I/O接入模块和电力电子设备控制器组。上位机根据电网运行状态生成编译代码，仿真器接收编译代码并生成状态值，状态值经I/O接入模块的转换接口进入电力电子设备控制器组，数字录波仪记录并分析电力电子设备控制器组生成的控制量。本发明专利技术的检测系统弱电电气性能稳定，不会因为强电和户外复杂气候条件作用，以及设备使用年限的过久而引起绝缘耐压能力的降低等安全隐患，运行过程中只产生系统弱电的自耗电，节能环保，大大降低了实验或测试所需要的成本。

【技术实现步骤摘要】
一种半实物仿真并网检测系统及方法
本专利技术涉及新能源节能领域，具体讲涉及一种新能源电力电子设备的检测系统及方法。
技术介绍
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用户负载构成的微型电网逐渐得到广泛的实际运用。从接入配电网的微型电网来看，微型电网在并网运行时，并网点的潮流方向即有可能流入配电网，使微型电网呈现电源特性，另一种可能是从配电网流向微型电网，使其呈现负载特性。同时，微型电网接入配电网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，微型电网的接入使得配电网更加复杂。因此，对微型电网的安全性、稳定性以及并网特性检测必不可少。有的地方并未形成成熟的针对微型电网的标准体系，但是针对相关的新能源设备和发电单元接入配电网已经有比较成熟的标准和技术规定，这些标准的检测项目大致可分为以下几类：安规类：主要包括IP等级、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：主要包括过流保护、过欠压保护、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、电压不平衡度、并网点潮流流向控制等。常规的微型电网发电单元并网性能检测系统拓扑如附图1所示，图中的并网特性检测在实际执行时，需要考虑微型电网单元中各个新能源电力电子设备的协同工作和同步测量，由于实际的微型电网中设备距离远、地况复杂，这为测量点的布置造成了巨大的困难。此外，常规的微型电网发电单元并网性能检测平台在配备具备同步测量记录能力的实验仪器和大容量的测试平台之外，还需要对整个微型电网区域中协同工作的电力电子设备和负载的电气参数进行同步测量，接线复杂，可操作性差；且在检测时往往需要对微型电网中的设备以及并网点开关进行断电，这既影响负载侧的正常生产生活，又威胁配电网的安全运行。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出的一种基于通用电力电子平台的半实物仿真并网检测系统，采用下述技术方案实现的：一种基于通用电力电子平台的半实物仿真并网检测系统，包括：依次双向通信连接的上位机、仿真器、I/O接入模块和电力电子设备控制器组；电力电子设备控制器组与数字录波仪连接。上位机包括半实物检测仿真平台；半实物检测仿真平台包括：400V试验母线、模拟电网模块、并网开关、进线开关、孤岛开关、待测微型电网单元和三相孤岛负载；模拟电网模块通过400V试验母线与并网开关一端相连；并网开关的另一端分别与进线开关和孤岛开关的一端相连；进线开关的另一端与待测微型电网单元相连；孤岛开关的另一端与三相孤岛负载相连。待测微型电网单元模型包括：并行相连的储能系统模型、并网光伏发电系统模型、风力发电模型和负载模型；风力发电模型包括双馈感应式风力发电机组模型、双馈式风电变流器模型；双馈感应式风力发电机的绕组包括主功率绕组和控制绕组；双馈感应式风力发电机的主功率绕组与电网相连，风力发电机的控制绕组经风电变流器与电网相连。并网光伏逆变器模型为不隔离的两电平模型；储能变流器包括两级串联电路，AC/DC级电路为PWM可控整流电路，DC/DC级电路为BUCK同步整流电路。一种半实物仿真并网检测系统的半实物仿真并网检测方法，上位机根据电网运行状态生成编译代码；仿真器接收编译代码并生成状态值，状态值经I/O接入模块的转换接口进入电力电子设备控制器组；数字录波仪记录并分析电力电子设备控制器组生成的控制量。电力电子控制器组将控制量反馈到I/O接入模块，I/O接入模块生成的控制讯号经仿真器生成仿真结果代码，仿真结果代码反馈到上位机输出控制量的仿真结果。在上位机中，并网开关与进线开关处设置第一测试点；模拟电网模块与并网开关间设置第二测试点；孤岛开关与三相孤岛负载间设置第三测试点；储能变流器输出处、光伏逆变器输出处、风电变流器输出处和负载接入点分别设置第四、第五、第六和第七测试点。在进行防孤岛实验时：闭合孤岛开关，当R/L/C负载相互匹配并发生谐振时，断开并网开关，实施防孤岛实验。与最接近的现有技术比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术在模拟检测平台的同时，可以模拟微型电网中电力电子设备带负载或空载时的主回路和采样回路的电气特性。2、本专利技术只需一次性投入，系统具备强大的可编辑能力和仿真能力，可协调多台设备的协同运行，并且具备时间节点设置能力，可以灵活控制事件发生的顺序和时序。3、本专利技术配备扩展性和兼容性良好的I/O模块，能够满足对电力电子设备的多点协同输入输出控制，避免了远距离测量和数据同步的问题。4、本专利技术的检测系统弱电电气性能稳定，不会因为强电和户外复杂气候条件作用，以及设备使用年限的过久而引起绝缘耐压能力的降低等安全隐患，运行过程中只产生系统弱电的自耗电，节能环保，大大降低了模拟电网异常所需要的成本。5、本专利技术旨在为微型电网中电力电子设备的电气性能及并网性能提供一个仿真平台和检测方法，该平台适应性强、性能稳定、可扩展、兼容性好，能大大节约检测成本和避免安全隐患。附图说明图1为常规微型电网发电单元并网性能检测平台示意图；图2为本专利技术的半实物仿真并网检测平台示意图；图3为本专利技术只包含电力电子设备的微型电网回路示意图；图4为本专利技术的双馈式风力发电机组并网拓扑模型示意图；图5为本专利技术的光伏逆变器单级DC/AC拓扑模型示意图；图6为本专利技术的储能变流器两级AC/DC/DC拓扑模型示意图；图7为本专利技术的半实物仿真检测平台主回路模型示意图；图8为本专利技术的半实物仿真系统模型示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。本专利技术以如图2所示的半实物仿真并网检测平台为核心，其构成的半实物仿真系统包括：上位机、仿真器、I/O模块、待测发电单元电力电子设备控制器、数字录波仪。上位机：为整个半实物仿真系统的总控主机，集成了半实物仿真软件及建模软件，半实物检测仿真平台模型在建模软件上完成搭建；上位机用于构建电网模型、待测微型电网以及电力电子设备的硬件主回路模型，并优化半实物仿真系统参数，将建模软件生成模型的实时代码自动下载到仿真器中；上位机控制整个半实物仿真过程，在人机交互界面完成仿真结果的输入和输出。仿真器：用作模拟被控对象，通过通讯光缆与上位机实现数据交换。I/O模块：主要完成模型仿真的数据采集和记录，支持多种数据通讯协议，并对目标平台进行实时驱动。上位机建立的半实物检测平台模型主要由模拟电网模型、储能变流器模型、并网光伏逆变器模型、双馈式风电变流器模型、三相孤岛负载模型、分布式户用负载模型、进线开关、孤岛开关、并网开关构成。使用仿真软件模型库或函数文件对上位机中特定类型的并网光伏逆变器(PVBattery)、储能变流器(BatteryPack)、风电变流器(WindGenerator)、分布式用户负载(Load)进行数学建模、设置并联组数、主回路节点位置、负载类型、负载大小和负载分布等情况。图3是只包含电力电子设备的特殊微型电网平台，由储能系统模型、并网光伏发电系统模型、风力发电模型和相应的负载模型构成。图4所示的风力发电机组拓扑模型中，风力发电机组分为直驱式永磁同步发电机组和双馈式风力发电机组，本专利技术的微型电网平台采用双馈式风力发电机组，双馈式风力发电机组包含一套主功率绕组和一套控制绕组，其中，控制绕组接入双馈式风电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半实物仿真并网检测系统，其特征在于，所述并网检测系统包括：依次双向通信连接的上位机、仿真器、I/O接入模块和电力电子设备控制器组；所述电力电子设备控制器组与数字录波仪连接。

【技术特征摘要】
1.一种半实物仿真并网检测系统，其特征在于，所述并网检测系统包括：依次双向通信连接的上位机、仿真器、I/O接入模块和电力电子设备控制器组；所述电力电子设备控制器组与数字录波仪连接。2.根据权利要求1所述的并网检测系统，其特征在于，所述上位机包括半实物检测仿真平台；所述半实物检测仿真平台包括：400V试验母线、模拟电网模块、并网开关、进线开关、孤岛开关、待测微型电网单元和三相孤岛负载；所述模拟电网模块通过所述400V试验母线与所述并网开关一端相连；所述并网开关的另一端分别与所述进线开关和所述孤岛开关的一端相连；所述进线开关的另一端与所述待测微型电网单元相连；所述孤岛开关的另一端与所述三相孤岛负载相连。3.根据权利要求2所述的并网检测系统，其特征在于，所述待测微型电网单元包括：并行相连的储能系统模型、并网光伏发电系统模型、风力发电系统模型和负载模型。4.根据权利要求3所述的并网检测系统，其特征在于，所述风力发电系统包括双馈感应式风力发电机组模型和双馈式风电变流器模型；所述双馈感应式风力发电机的绕组包括主功率绕组和控制绕组；所述主功率绕组与电网相连，所述控制绕组经所述双馈式风电变流器与电网相连。5.根据权利要求4所述的并网检测系统，其特征在于，所述并网光伏逆...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭重阳，夏烈，秦筱迪，董玮，徐亮辉，杨青斌，张晓琳，周荣蓉，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32