一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法
【專利摘要】本發明公開了一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，該試驗方法通過在逆變器與外部電網之間加載并聯開關的電網擾動發生裝置，以光伏逆變器的直流側和交流側為測量點，進行交流側小擾動試驗、直流側擾動試驗、有功控制試驗、無功控制試驗并；監測記錄每一個試驗中光伏逆變器兩端電壓、電流的值。針對當前光伏發電系統尚未對外開放控制系統的測試接口，基于所提出的外特性測試的試驗方案，易于快速獲得有效的光伏逆變器的外特性數據，進而利用所測數據進行參數辨識和模型驗證工作，以獲得光伏逆變器的準確模型。
【專利說明】一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，屬于太陽能光伏【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著環境污染和能源短缺問題的日趨嚴重，尋找一種儲備大、無污染的新能源已經引起研究人員的重視。太陽能作為當今理想的新型能源之一，正得到廣泛的應用。近年來，我國并網太陽能發電呈現跨越式發展，截止2013年底，我國并網光伏發電裝機容量已近1500萬千萬。然而，光伏大規模開發接入系統的區域正是電網末端、遠離負荷的電網結構薄弱區域，且光伏發電本身所持有的季節、晝夜的功率輸出波動性。隨著接入規模的不斷增加，光伏電站接入電力系統的安全穩定運行、兩者間的交互影響受到廣泛關注。
[0003]光伏逆變器作為光伏發電系統并網的核心元件，對于整個光伏電站接入電力系統的暫態特性具有舉足輕重的作用。光伏逆變器控制器主要由有功、無功解耦控制器，MPPT控制器、并網波形控制器和并網保護控制器等組成。光伏發電系統需要擁有低電壓穿越能力的要求，主要通過改進逆變器自身控制策略，協調光伏逆變器發出的有功、無功電流應對電網電壓發生跌落故障。為防止逆變器繼續向與大電網斷開的配網供電，在一些特殊的情況下形成孤島效應從而帶來諸多不利影響，還需加裝防孤島保護裝置或基于逆變器內部和外部的檢測方法以減少孤島效應的影響。
[0004]隨著并網光伏發電規模的不斷擴大，研究適用于接入系統安全穩定計算的光伏逆變器控制器模型得到學術界的廣泛重視。其主要包括有功/直流側控制和無功/交流側控制，有功控制跟蹤光伏方陣最大功率點電壓，無功控制采用恒功率控制策略。目前的研究主要集中于這些光伏逆變器控制器的理論建模技術研究，鮮有涉及現場測試的模型參數測試技術。
【發明內容】
[0005]發明目的:為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，得到用于辨識光伏逆變器控制器模型的測試參數。
[0006]技術方案:為實現上述目的，本發明采用的技術方案為:
[0007]1、一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，包括以下步驟:
[0008]I)在實驗室或電站現場搭建光伏逆變器控制器外特性測試平臺；所述測試平臺包括:開關K、待測光伏逆變器和電網擾動發生裝置；所述待測光伏逆變器的直流側輸入端連接可控直流電源或光伏方陣；所述待測光伏逆變器的交流側輸出端連接電網擾動發生裝置的一端；所述電網擾動發生裝置的另一端連接外部電網；所述開關K并聯在電網擾動發生裝置兩端；
[0009]2)保持待測光伏逆變器正常運行，分別進行交流側小擾動試驗、直流側擾動試驗、有功控制試驗、無功控制試驗，監測并記錄每一次試驗中待測光伏逆變器直流側和交流側兩端電壓、電流值，得到所需待測光伏逆變器控制器外特性數據；
[0010]所述交流側小擾動試驗包括以下步驟:保持待測光伏逆變器正常運行，
[0011]Ia)、設置輸出有功功率P彡0.7Pn，容性無功功率Q。彡0.5Qmax，其中:Pn為待測光伏逆變器額定功率，Qmax為待測光伏逆變器最大輸出無功功率；
[0012]2a)、斷開開關K，改變待測光伏逆變器交流側電壓，并且當待測光伏逆變器穩定運行2s后，恢復待測光伏逆變器交流側電壓為交流側額定電壓；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0013]3a)、設定輸出有功功率P彡0.7Pn，感性無功功率彡0.5Qmax，重復步驟2a);監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0014]4a)、設定輸出有功功率P彡0.7Pn，無功功率Qc ( 0.1Qmax且Ql < 0.1Qmax,重復步驟2a);監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0015]5a)、設定輸出有功功率0.1PnS P彡0.3Pn，無功功率QcS 0.1Qmax且Ql彡0.1Qmax,重復步驟2a);監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0016]所述直流側擾動試驗包括以下步驟:設定輸出有功功率P彡0.7Pn ；
[0017]lb)、閉合開關K，初始時，設定可控直流電源模擬光伏方陣1-V特性曲線，且該曲線的最大功率點電壓為lp.U.，待測光伏逆變器穩定運行后；將曲線切換為最大功率點電壓為0.8p.u.的光伏方陣1-V特性曲線，待測光伏逆變器穩定運行持續2s后，再將切換回初始的光伏方陣1-V特性曲線；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0018]2b)、設定輸出有功功率為0.1Pn ^ P ^ 0.3Pn，重復步驟Ib)；
[0019]所述有功控制試驗步驟為:閉合開關K，設定待測光伏逆變器輸出無功功率Qc ( 0.1Qmax且％ < 0.1Qmax,改變待測光伏逆變器有功功率參考值，記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0020]所述無功控制試驗步驟為:閉合開關K，設定待測光伏逆變器輸出有功功率P =
0.5Pn，改變待測光伏逆變器無功功率參考值，記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0021]3)根據步驟2)得到的待測光伏逆變器控制器外特性數據通過參數辨識法得到光伏逆變器控制器模型。
[0022]有益效果:本發明提供的一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，以交直流側擾動試驗和有功、無功控制試驗為基礎，通過外界因素的改變，監測光伏逆變器輸入輸出的電壓、電流的特性數據，用以辨識光伏逆變器中的參數，根據辨識方法可以得到最終的光伏逆變器控制器模型。針對當前光伏發電系統對外控制系統測試接口缺失問題具有重要意義。本發明專利實施裝置簡單實用，在試驗中搭建的測試平臺準確可靠，可實現性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為光伏逆變器控制器模型；
[0024]圖2為光伏逆變器控制器模型參數測試示意圖；
[0025]圖3為有功功率控制指令曲線；
[0026]圖4為無功功率控制指令曲線；
[0027]圖5為光伏逆變器控制器外特性數據測試方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明作更進一步的說明。
[0029]如圖1所示為一種光伏逆變器控制模型；光伏逆變器控制器實現光伏逆變器并網電流控制的各個環節。光伏逆變器接收光伏電站AGC下達的有功功率控制指令POTd，通過與最大功率跟蹤控制得到的光伏方陣Pm相比較，獲取逆變器有功功率參考值PMf，通過PI調節器得到光伏逆變器輸出電流的有功分量Iptjut光伏逆變器控制模型需要獲取的參數包括有功功率控制指令等效延時Tp、最大功率跟蹤控制等效延時Tmpp、有功功率PI調節器的比例系數kp和有功功率積分時間常數tp。同樣的理論可以用于逆變器無功控制過程，需要獲取的參數包括無功功率控制指令等效延時T,、無功功率PI調節器的比例系數k,和無功功率積分時間常數t,。
[0030]光伏逆變器控制器模型參數測試平臺如圖2所示，光伏逆變器直流側輸入采用光伏方陣或可控直流電源或光伏方陣，光伏逆變器交流側與電網擾動發生裝置連接，且電網擾動裝置并聯有開光K，測試過程可以在實驗室或電站現場完成。
[0031]具體實施例為:本發明中直流側輸入端采用可控直流電源。
[0032]光伏逆變器控制器參數測試的試驗方法測試步驟為:
[0033](I)交流側小擾動試驗
[0034]11)保持光伏逆變器正常運行，設定輸出有功功率P彡0.7Pn，容性無功功率Qc ^ 0.5Qmax ；
[0035]12)斷開開關K，光伏逆變器交流側額定電壓實際為0.98?1.02p.U.，將光伏逆變器交流側電壓調節為0.90?0.93p.u.，在光伏逆變器穩定運行后2s，將光伏逆變器交流側電壓調節回額定電壓；在光伏逆變器穩定運行2s后記錄試驗過程中直流側、交流側的電壓電流值；
[0036]13)重復步驟12)，其中將光伏逆變器交流側電壓分別調節為0.95?0.98p.u.，
1.02?1.05p.u., 1.07?1.1Op.u.,并分別記錄下試驗過程中直流側、交流側的電壓電流值；
[0037]14)保持光伏逆變器正常運行，設定輸出有功功率P彡0.7Pn，感性無功功率Ql彡0.5Qmax，重復試驗步驟12)和13)；
[0038]15)保持光伏逆變器正常運行，設定輸出有功功率P ^ 0.7Pn，無功功率Qc ( 0.1Qmax且Ql彡0.1Qmax,重復試驗步驟12)和13)；
[0039]16)保持光伏逆變器正常運行，設定輸出有功功率0.1Pn ^ P ^ 0.3Pn，無功功率Qc ( 0.1Qmax 且 Ql 彡 0.1Qmax,重復步驟 12)和 13)。
[0040](2)直流側擾動試驗
[0041]21)保持光伏逆變器正常運行，設定輸出有功功率P彡0.7Pn ；
[0042]22)閉合開關K，初始時，設定可控直流電源模擬光伏方陣1-V特性曲線，且該曲線的最大功率點電壓為lp.U.，選取光伏逆變器最佳MPPT工作點直流電壓為基值；待測光伏逆變器穩定運行后；將曲線切換為最大功率點電壓為0.Sp.u.的光伏方陣1-V特性曲線，待測光伏逆變器穩定運行持續2s后，再將切換回初始的光伏方陣1-V特性曲線；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；
[0043]23)重復步驟22)，分別切換可控直流電源的I_V特性曲線至最大功率點電壓為0.85p.u., 0.90p.u., 0.95p.u.，1.05p.u.的 1-V 特性曲線；
[0044]24)保持光伏逆變器正常運行，重新設定輸出有功功率0.1Pn ^ P ^ 0.3Pn，重復步驟 22)-23)。
[0045](3)有功控制試驗
[0046]閉合開關K，設定光伏逆變器輸出無功功率Qc( 0.1Qmax且W彡0.1Qmax,按照附圖3人為設定曲線改變光伏逆變器有功功率參考值，記錄整個試驗過程中直流側和交流側的電壓、電流的值。
[0047](4)無功控制試驗
[0048]閉合開關K，設定光伏逆變器輸出有功功率P = 0.5Pn，按照附圖4人為設定曲線改變逆變器無功功率參考值，記錄試驗過程中直流側和交流側的電壓、電流的值。
[0049]結合上述光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法所測得電壓、電流值數據，利用參數辨識方法對光伏逆變器控制器模型參數進行辨識。利用(I)交流側小擾動試驗數據辨識有功功率PI調節器的比例系數kp和有功功率積分時間常數tp、無功功率PI調節器的比例系數k,和無功功率積分時間常數tq;利用(2)直流側擾動試驗數據辨識光伏逆變器最大功率跟蹤控制等效延時Tmpp ;利用(3)有功控制試驗數據辨識有功功率控制指令等效延時Tp ;利用(4)無功試驗數據辨識無功功率控制指令等效延時T,。
[0050]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種光伏逆變器控制器外特性測試的試驗方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)在實驗室或電站現場搭建光伏逆變器控制器外特性測試平臺；所述測試平臺包括:開關K、待測光伏逆變器和電網擾動發生裝置；所述待測光伏逆變器的直流側輸入端連接可控直流電源或光伏方陣；所述待測光伏逆變器的交流側輸出端連接電網擾動發生裝置的一端；所述電網擾動發生裝置的另一端連接外部電網；所述開關K并聯在電網擾動發生裝置兩端； 2)保持待測光伏逆變器正常運行，分別進行交流側小擾動試驗、直流側擾動試驗、有功控制試驗、無功控制試驗，監測并記錄每一次試驗中待測光伏逆變器直流側和交流側兩端電壓、電流值，得到所需待測光伏逆變器控制器外特性數據； 所述交流側小擾動試驗包括以下步驟:保持待測光伏逆變器正常運行，la)、設置輸出有功功率P彡0.7Pn，容性無功功率Q。彡0.5Qmax，其中:Pn為待測光伏逆變器額定功率，Qmax為待測光伏逆變器最大輸出無功功率； 2a)、斷開開關K，改變待測光伏逆變器交流側電壓，并且當待測光伏逆變器穩定運行2s后，恢復待測光伏逆變器交流側電壓為交流側額定電壓；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 3a)、設定輸出有功功率P彡0.7Pn，感性無功功率彡0.5Qmax，重復步驟2a);監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 4a)、設定輸出有功功率P彡0.7Pn，無功功率QcS 0.1Qmax且Ql彡0.1Qmax，重復步驟2a)；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 5a)、設定輸出有功功率0.1Pn ^ P ^ 0.3Pn，無功功率Qc ( 0.1Qmax且Ql < 0.1Qmax,重復步驟2a);監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值；所述直流側擾動試驗包括以下步驟:設定輸出有功功率P > 0.7Pn ；lb)、閉合開關K，初始時，可控直流電源模擬光伏方陣1-V特性曲線，且該曲線的最大功率點電壓為lp.u.，待測光伏逆變器穩定運行后；將曲線切換為最大功率點電壓為0.8p.u.的光伏方陣1-V特性曲線，待測光伏逆變器穩定運行持續2s后，再將切換回初始的光伏方陣1-V特性曲線；監測并記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 2b)、設定輸出有功功率為0.1Pn ^ P ^ 0.3Pn，重復步驟Ib)； 所述有功控制試驗步驟為:閉合開關K，設定待測光伏逆變器輸出無功功率Qc ( 0.1Qmax且％ < 0.1Qmax,改變待測光伏逆變器有功功率參考值，記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 所述無功控制試驗步驟為:閉合開關K，設定待測光伏逆變器輸出有功功率P = 0.5Pn，改變待測光伏逆變器無功功率參考值，記錄試驗過程中待測光伏逆變器直流側和交流側的電壓、電流的值； 3)根據步驟2)得到的待測光伏逆變器控制器外特性數據通過參數辨識法得到光伏逆變器控制器模型。
【文檔編號】H02J3/38GK104333326SQ201410665806
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月19日 優先權日:2014年11月19日
【發明者】高丙團, 葉飛, 湯奕 申請人:東南大學