一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统，属于光伏电站测试技术领域。


背景技术：

2.光伏电站，是利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统。一般包含光伏方阵、光伏逆变器、变压器、快速功率控制装置以及相关辅助设施等。快速功率控制装置作为光伏电站神经中枢，可以接收上级agc/avc调度主/子站、稳控主/子站或电站监控系统功率控制指令，或能够基于光伏电站并网点电流、电压等电气量，依据系统参数按照相关算法生成功率控制指令，进而控制光伏电站内光伏逆变器进行快速功率调节。快速功率控制装置控制性能的好坏直接影响光伏电站的发电效率和运行的可靠性及安全性，因而在产品选型和实际投入运行前都很有必要进行科学客观的检测与评估。
3.现阶段光伏电站快速功率控制装置测试，采用厂站级现场试验的方法获取光伏电站并网点（pcc）的运行特性。以论文《光伏发电站功率控制测试系统设计与开发》为代表，该方法相比过去人工数据记录与处理，提高了测试效率和测试准确性，缺点是只适用于现场测试，因为测试依赖现场的光伏逆变器和电网调度等环节的配合；而实验室环境下的光伏电站功率控制性能的评估检测，是缩小版的现场测试，同时受场地、光伏逆变器种类数量等因素限制，测试结果与实际性能有不同程度的差距。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统，满足现场和实验室对光伏电站快速功率控制装置性能和功能检测应用需求。
5.为达到上述目的，本发明提供一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统，包括：光伏逆变单元仿真模型模块，用于模拟光伏逆变单元的工作机理；模拟通信模块，用于检测光伏电站快速功率控制装置的站层通信能力；goose编解码模块，用于解析光伏电站快速功率控制装置发送的光伏逆变单元启/停状态、光伏逆变单元的闭锁/解锁状态、电压/功率控制模式、交流孤岛指令和有功/无功设定值报文，并经数据处理与分析模块发送给对应的光伏逆变单元仿真模型模块；用于遵循goose协议，将从光伏逆变单元仿真模型模块获取的遥信信息、有功/无功设定值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电流值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电压值和调节返回值编码成goose报文，并发送给光伏电站快速功率控制装置；外围电路驱动模块，用于采集并网点二次侧的电流、并网点二次侧的电压、n个光伏逆变单元仿真模型模块输出的电流值和光伏逆变单元仿真模型模块输出的电压值，并提供给数据处理与分析模块；
用于实时输出并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压，用于将do输出作为光伏电站快速功率控制装置的开入量输入，用于a/d电流电压采样，用于接收光伏电站快速功率控制装置的do输出；数据处理与分析模块，用于生成包括遥信信息的测试数据，分析功率控制性能。
6.优先地，光伏逆变单元仿真模型模块，用于根据不同种类的光伏逆变器搭建对应数字模型，数字模型内存储有光伏逆变器的有功功率、光伏逆变器的无功功率和光伏逆变器的工作状态；用于根据光伏电站快速功率控制装置传递的指令，模拟执行光伏逆变单元的启/停状态、光伏逆变单元的闭锁/解锁状态，执行电压/功率控制模式、交流孤岛操作；用于将有功/无功设定值转换为电流值和电压值，并发送给外围电路驱动模块；用于将来自数据处理与分析模块的测试数据、有功/无功设定值、仿真输出的电流波形、仿真输出的电压波形及调节返回值提供给goose编解码模块。
7.优先地，数据处理与分析模块，用于根据a/d电流电压采样获取的并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压，基于多个并网点二次侧的电流绘制获得电流波形数据，基于多个并网点二次侧的电压绘制获得电压波形数据，计算得到包括有功/无功实测值和功率因数的测试数据；用于将测试数据与模拟通信模块接收的光伏电站快速功率控制装置上送的电气量参数、可下调功率值和总可提升功率值比较，检测误差是否在设定的范围内；用于根据通信模块的模拟调度中心或站内agc/avc子站下发的功率下调指令或功率提升指令，计算得到理论电流值和理论电压值；基于理论电流值和理论电压值，得到仿真输出的电流波形和仿真输出的电压波形；用于结合电流波形数据和电压波形数据，分析获得光伏电站快速功率控制装置的功率控制性能；用于动态预设某个/组光伏逆变单元仿真模型模块的工作状态。
8.优先地，模拟通信模块，用于模拟调度中心或站内agc/avc子站发送功率下调指令或功率提升指令，并下发给光伏电站快速功率控制装置和数据处理与分析模块；接收光伏电站快速功率控制装置上送的电气量参数、可下调功率值和总可提升功率值，并提交给接收数据处理与分析模块；用于采用lua或者脚本文件编写通信协议，动态加载不同通信协议的脚本文件。
9.优先地，外围电路驱动模块实时输出的并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压，均是由并网点的电流/电压输出值与n个光伏逆变单元仿真模型模块的电流/电压输出值矢量相加得到；实时输出电流/电压经d/a输出将数字转化成模拟信号，模拟信号经过功率放大输出三相不小于30a电流和三相不小于120v电压；do输出提供不少于4路无源do输出，提供给光伏电站快速功率控制装置作为开关量输入使用；di接收采集光伏电站快速功率控制装置的开关量输出信号，并传输给数据处理与分析模块。
10.优先地，人机交互模块，用于界面显示，用于配置包括电压/功率控制模式、电压目标值或功率调节值的参数和报告管理。
11.优先地，电气量参数包括全站有功功率、全站无功功率、全站频率、并网点二次侧的电流和并网点二次侧电压。
12.优先地，遥信信息包括模拟的光伏逆变器当前工作状态。
13.优先地，功率控制性能包括功率控制变化率、响应时间、频率偏移响应和动作返回延迟。
14.本发明所达到的有益效果：本发明公开了一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统，针对光伏电站快速功率控制装置厂站级现场和实验室不同测试需求，研究一种基于数字模型，提供三相不小于30a电流、三相不小于120v电压，不少于4路220/110v有源di接入，不少于4路无源do输出，两路以太网goose信号收发6路电气量模拟信号和1路rj45以太网通讯接口测试系统，以满足光伏电站快速功率控制装置功能和性能测试需求；本发明提出用数字模型替代实际光伏逆变单元，降低了测试连接工作量和测试成本，理论上可以测试任意规模的光伏电站功率控制系统；本发明增加了动态模拟任一个/组光伏逆变单元工作状态环节，可实现实际系统不易模仿的工况。本发明不仅适用于部分或全部实际光伏逆变单元接入的厂站级现场测试，也可以实现零光伏逆变单元接入的实验室检测，实现光伏电站快速功率控制装置功能和性能检测的全覆盖，为光伏电站快速功率控制装置检测和评估选型提供有力支撑。
15.本发明利用可用数字模型替换实际设备，降低对光伏逆变器等实物的依赖，降低测试成本，并增加光伏逆变器工作状态动态可控策略，提高光伏电站功率控制测试的适应性和灵活性。
附图说明
16.图1是光伏电站快速功率控制装置的原理框图；图2是本发明的原理框图。
具体实施方式
17.以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
18.本发明的测试对象为光伏电站快速功率控制装置，以下简称被测对象，在光伏电站典型应用如图1所示。其采集光伏电站并网点二次侧的电压和并网点二次侧的电流，进行全站有功功率、无功功率和电压的计算，以及控制功能。接收来自上级稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站的功率下调指令或功率提升指令，也对上反馈当前光伏电站总可下调功率值和总可提升功率值；对下与站内各光伏逆变单元进行高速通信，实现群控群调，还包含全站一次调频功能，以及基于光伏逆变单元的动态无功补偿等功能，并能针对各功能进行联闭锁协调控制等功能。综上所述，要完成对其测试，测试系统需要具备如下能力：1，与被测对象多种层级的通信能力；2，模拟电流电压及开关量输出能力；3，电流电压及开关量采集能力；4，模拟
光伏逆变单元工作机理能力；5，数据处理与分析能力；6，人机交互能力。
19.本发明所采用的技术方案是：一种用于光伏电站快速功率控制装置的测试系统，包括光伏逆变单元单元仿真模型模块，模拟稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站的模拟通信模块，goose编解码模块，外围电路驱动模块，数据处理与分析模块及人机交互模块。
20.光伏逆变单元仿真模型模块，负责完成对应类型光伏逆变单元工作机理模拟；调度中心或站内agc/avc子站的模拟通信模块，用于检测光伏电站快速功率控制装置的站层通信能力；goose编解码模块，用于解析光伏电站快速功率控制装置发送的光伏逆变单元启/停状态、光伏逆变单元的闭锁/解锁状态、电压/功率控制模式、交流孤岛指令和有功/无功设定值报文，并经数据处理与分析模块发送给对应的光伏逆变单元仿真模型模块；用于遵循goose协议，将从光伏逆变单元仿真模型模块获取的遥信信息、有功/无功设定值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电流值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电压值和调节返回值编码成goose报文，并发送给光伏电站快速功率控制装置；遥信信息包括模拟的光伏逆变器当前工作状态。
21.外围电路驱动模块，用于采集并网点二次侧的电流、并网点二次侧的电压、n个光伏逆变单元仿真模型模块输出的电流值和光伏逆变单元仿真模型模块输出的电压值，并提供给数据处理与分析模块；用于do输出作为被测对象的开入量使用，a/d电流电压采样、di接收完成并网点电流电压数据采集和被测对象do输出接收，提供数据处理与分析模块前端数据；数据处理与分析模块，用于生成包括遥信信息的测试数据，分析功率控制性能；人机交互模块负责完成界面显示、用于配置包括电压/功率控制模式、电压目标值或功率调节值的参数和报告管理。
22.光伏逆变单元仿真模型模块，根据不同种类的光伏逆变单元，搭建对应数字模型，内设光伏逆变器的有功功率、光伏逆变器的无功功率和光伏逆变器工作状态等参数，模拟真实的光伏逆变单元；能根据被测对象传递的指令，模拟执行光伏逆变单元的启/停状态、光伏逆变单元的闭锁/解锁状态，执行电压/功率控制模式、交流孤岛指令等操作；将有功/无功设定值转换为电流值和电压值，并提交给外围电路驱动模块；用于将来自数据处理与分析模块的测试数据、有功/无功设定值、仿真输出的电流波形、仿真输出的电压波形及调节返回值提供给goose编解码模块。
23.模拟稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站的模拟通信模块，用于模拟稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站发送功率下调指令或功率提升指令，并下发给光伏电站快速功率控制装置和数据处理与分析模块；用于接收被测对象上送的包括全站有功功率、全站无功功率、全站频率、并网点二次侧的电流和并网点二次侧电压等电气量参数、可下调功率值和总可提升功率值，并提交给接收数据处理与分析模块，达到检测被测对象站层通信能力目的。通信协议采用lua或者脚本文件编写，模块动态加载不同通信协议的脚本文件，实现不改动软件程序的情况下按需协议通信，实现多种方式的通信，并保留今后协议进一步扩容和升级的能力。
24.模拟通信模块，主要工作一是建立与被测对象之间的通信，二是根据被测对象通信协议文本，将功率下调指令或功率提升指令写入对应报文，或从被测对象上送的报文中提取电气量参数、可下调功率值和总可提升功率值等数据。
25.具体地，本实施例中goose编解码模块，解析来自被测对象符合goose协议发送的光伏逆变单元启/停状态、光伏逆变单元的闭锁/解锁状态，解析控电压/功率/交流孤岛指令、有功/无功设定值报文的过程中，按asn.1编码规则与语法进行解码，并经数据处理与分析模块最终提交给对应光伏逆变单元仿真模型模块；同时遵循goose协议，将从光伏逆变单元仿真模型模块获取的遥信信息、有功/无功设定值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电流值、光伏逆变单元仿真模型模块输出的电压值和调节返回值编码成goose报文，结合光伏电站运管商分配的mac地址、appid和gocbref等参数，按asn.1编码规则与语法编码成goose报文，提交给交外围电路驱动模块输出，并发送给光伏电站快速功率控制装置。
26.外围电路驱动模块负责完成与被测对象过程层级的高速通信，完成并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压输出，电流/电压实时输出值由并网点二次侧的电流、并网点二次侧的电压输出值与n个光伏逆变单元仿真模型模块交互获取实时输出数字信号矢量相加而成，实时输出电流/电压经d/a输出将数字转化成模拟信号，再经过功率放大技术输出三相不小于30a电流、三相不小于120v电压；do输出提供不少于4路无源do输出，提供给被测对象作为开关量输入使用；di接收采集光伏电站快速功率控制装置的开关量输出信号，并传输给数据处理与分析模块。
27.采集并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压，a/d转换精度》=16位，采样频率》=20ksps,同步采样通道数》=8个，di接收采集被测对象的开关量输出信号，采集的数据通过数据总线提供给数据处理与分析模块。
28.数据处理与分析模块，用于根据a/d电流电压采样获取的并网点二次侧的电流和并网点二次侧的电压，基于多个并网点二次侧的电流绘制获得电流波形数据，基于多个并网点二次侧的电压绘制获得电压波形数据，计算得到包括有功/无功实测值和功率因数的测试数据；用于与来自模拟稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站的模拟通信模块接收的被测对象上送的电气量参数、可下调功率值和总可提升功率值相比较，检测误差是否在设定的范围；用于根据模拟通信模块的模拟调度中心或站内agc/avc子站下发的功率下调或提升指令，计算得到理论电流值和理论电压值；基于理论电流值和理论电压值，得到仿真输出的电流波形和仿真输出的电压波形；用于结合电流波形数据和输出电压波形数据，分析获得被测对象的包括功率控制变化率、响应时间、频率偏移响应和动作返回延迟等功率控制性能。同时根据测试目的，可以动态预设某个/组光伏逆变单元仿真模型模块的工作状态。
29.人机交互模块，主要负责完成测试系统界面显示、参数配置、输出控制和报告管理。
30.报告管理包括报告的生成和报告的浏览，报告包括试验结果和试验条件；试验结果包括分析功率控制性能和检测误差是否在设定的范围内；
试验条件包括实验所需仪器和测试用的定值参数，测试用的定值参数包括功率调节值、电压/功率控制模式。
31.各模块间的数据交互均采用总线，包括但不局限于高速以太网、hdlc、双口ram、dma等形式。
32.一种用于光伏电站快速功率控制装置，采用arm fpga的双cpu架构， fpga处理器采用xilinx的spartan3系列产品xc3s1500，包含有150万个系统门，32个专用乘法器，4个数字时钟管理模块，逻辑资源丰富，运行速度快。pfga处理器在高精度时钟模块的控制下，完成外围回路驱动，包括goose协议的以太网收发、开关量输出、开关量接收、d/a输出和定时触发a/d转换和采样数据读取。
33.其余功能由arm处理器负责完成，arm处理器选用 nxp公司四核arm cortex-a9架构i.mx6quad高性能处理器，主频最高可达1.2ghz，12层pcb沉金工艺。整板尺寸小巧仅40mm*70mm，采用四个高度为1.5mm的超薄连接器，引脚数量多达320pin，将处理器全部功能引脚引出。arm处理器具备千兆以太网、eim总线接口和pci-e高速总线。两cpu间数据交互采用总线形式，定时每毫秒刷新一次数据。
34.arm处理器和fpga处理器上述部件在现有技术中可采用的型号很多，本领域技术人员可根据实际需求选用合适的型号，本实施例不再一一举例。
35.外围电路驱动模块，根据光伏电站实际组网形式，采用光纤或者rj45接入环形网络。通过筛选mac地址等过滤技术接收来自被测对象的goose报文。d/a输出选用体积小、功耗低、专用的dac模数转换芯片来实现。
36.dac模数转换芯片采用16位高精度，电压输出型dac转换器ad5764。ad5764具有同步4通道，16位无失码分辨率，积分非线性(inl)误差为
±
1 lsb，最高达1.26m的采样速率等优点。数字部分采用补码方式表示，模拟量输出电压范围-10v到 10v。
37.功率放大器采用模块化直耦式电路，功率模块的互换性能好、便于维护。其输出可以真实地再现系统故障时的暂态过程，并具有完善的保护电路，功放设计为前后均可输出，其输出开路或短路不会损坏功率放大器，输出负载可随意插拔，并具有过载告警提示，电源开关采用软启动，掉电后自动关闭电源，以避免电源随意开断对放大器造成冲击。经d/a由数字转化成模拟信号，再经过功率放大技术实现输出三相不小于30a电流、三相不小于120v电压。do输出提供不少于4路无源do输出，提供给被测对象作为开关量输入使用。
38.do输出采用信号 使能双i/o口驱动 电路隔离典型电路。输出刷新周期《=50us。a/d电流电压采样前级有电流电压变换器，将并网点二次侧的电流电压转换成-10v到 10v供a/d直接采样的小信号，考虑被测对象遥测数据精度要求《=
±
0.2%,则电流电压变换器.转换精度至少《=
±
0.1%。
39.a/d转换芯片采用18位的逐次逼近型模数转换器ad7982，采样率最大1000ksps，可实现高精度、高采样率的模数转换功能。ad7982采用2.5v单电源供电，内置一个低功耗、高速、18位无失码采样adc、一个内部转换时钟和一个多功能串行接口端口。在转换信号上升沿，该器件对差分输入引脚之间的电压差进行采样。基准电压由外部提供，并且可以设置为电源电压。该器件的功耗和吞吐速率呈线性变化关系。支持spi通信方式和菊花链连结模式，并提供一个可选的繁忙指示。di接收可根据接入电压等级通过跳线方式切换，接入电路采用隔离 下拉 取反最后接入i/o的典型措施。fpga每50us读取一次实时数据，实现远小于
测试对象1ms的分辨率。
40.数据处理与分析模块，定时每毫秒处理一次数据。包括将前一毫秒处理好的数据写入数据总线供fpga驱动输出，同时从数据总线读取fpga从外围电路获取的数据，形成数组、结构体、链表等数据访问形式。主要完成对a/d采样获取的电流电压数据计算得到有功、无功、功率因数等遥测数据，与来自模拟稳控系统、调度中心或站内agc/avc子站通信模块接收的被测对象上送的数据相比较，根据误差算法计算误差值。通过控制do输出与被测对象上送遥信变位时间差分析，获取被测对象开关量响应时间。通过对比控制两组不同do时间间隔，结合被测对象遥信变位值，获取被测对象soe事件分辨率。对模拟下发的有功/无功调节指令，计算得到理想输出电流电压波形，结合采样得到的电流电压波形数据，分析取得被测对象功率控制变化率、响应时间、频率偏移响应、动作返回延迟等控制性能。同时根据测试目的，可以动态预设某个/组光伏逆变单元仿真模型模块的工作状态。定时5ms刷新人机交互数据，测试完成后将记录的测试数据以文件形式进行保存，可按照报告管理办法自动生成测试报告。根据人机交互模块测试被测对象功率快速下调与提升、一次调频或无功快速响应的等试验项目，数据处理与分析模块根据算法计算得到并网点电流电压实时值 ，再与n个光伏逆变单元仿真模型模块交互获取实时输出数字信号矢量相加而成，最后经外围电路驱动模块输出。
41.人机交互模块，主要负责完成测试系统界面显示、参数配置、输出控制和报告管理。提供光伏电站仿真模型搭建，不同测试项目参数配置，测试过程实时显示，测试操作控制，测试报告配置、显示打印等。
42.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
43.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
44.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。