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      基于儲能PCS的測試系統(tǒng)及測試方法與流程

      文檔序號:11706505閱讀:2782來源:國知局
      基于儲能PCS的測試系統(tǒng)及測試方法與流程

      本發(fā)明涉及電氣控制領(lǐng)域,尤其涉及一種基于儲能pcs的測試系統(tǒng)及測試方法。



      背景技術(shù):

      儲能技術(shù)特別是大規(guī)模、大容量儲能技術(shù),是解決現(xiàn)代電力系統(tǒng)中可再生能源并網(wǎng)難題的關(guān)鍵技術(shù)。儲能技術(shù)將電能以化學(xué)或者物理等形式存儲起來,在需要的時候轉(zhuǎn)化成電能釋放出來。在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)以及電網(wǎng)中配備一定容量和功率的儲能系統(tǒng),可以起到平滑和抑制功率波動、提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、調(diào)整頻率、補(bǔ)償負(fù)荷波動等作用。儲能系統(tǒng)可以并網(wǎng)運(yùn)行,向電網(wǎng)隨時輸送電能或在用電低谷時存儲電能。儲能系統(tǒng)一般由儲能裝置(如各種儲能電池)和功率變換系統(tǒng)(powerconversionsystem,pcs)兩部分組成,pcs作為連接儲能裝置和電網(wǎng)的關(guān)鍵部分,是儲能系統(tǒng)的能量傳輸通道,對輸送電能質(zhì)量具有重要意義,其性能優(yōu)劣直接影響到電能質(zhì)量,因此,對儲能pcs的測試十分重要。

      儲能pcs具有為儲能電池充放電的功能,目前,一般采用儲能電池對其進(jìn)行測試,結(jié)構(gòu)如圖1所示。然而,購置、維護(hù)儲能電池等不僅需要大量的費(fèi)用,而且需要較大的存放空間,由于電池為易損耗 型器件,循環(huán)壽命終結(jié)需進(jìn)行更換,同時在進(jìn)行極端工況的實(shí)驗(yàn)時也有損壞的風(fēng)險,從而大大增加了對儲能pcs的測試研究成本,影響正常的測試進(jìn)度。同時,對儲能系統(tǒng)配套和輔助領(lǐng)域進(jìn)行研究時,也帶來了諸多不便和困難,如無法靈活調(diào)節(jié)儲能電池參數(shù)、無法準(zhǔn)確控制儲能電池工況、電池充放電時間較長等。電池容量有限,為儲能pcs大功率長時間的運(yùn)行帶來不便。成本高,占地面積大,購置、維護(hù)儲能電池等設(shè)備需要大量的費(fèi)用,大容量電池需要較大的空間。

      如上所述,現(xiàn)有技術(shù)中電池為易損耗型器件,循環(huán)壽命終結(jié)需進(jìn)行更換,同時在進(jìn)行極端工況的實(shí)驗(yàn)時也有損壞的風(fēng)險,大大增加了儲能pcs的測試成本,影響正常的測試進(jìn)度;現(xiàn)有的技術(shù)方案欠缺靈活度,無法靈活調(diào)節(jié)儲能電池參數(shù)、無法準(zhǔn)確控制儲能電池工況、電池充放電時間較長等,并且電池電源容量有限,為儲能pcs長時間測試,如熱測試等,帶來不便。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題,本發(fā)明提供了一種基于儲能pcs的測試方法及系統(tǒng),儲能pcs采用背靠背結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試,利用背靠背結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)儲能pcs可模擬電池充放電的運(yùn)行工況,進(jìn)而對被測儲能pcs的功率變換情況進(jìn)行測試。

      本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:

      一種基于儲能pcs的測試系統(tǒng),應(yīng)用于測試?yán)秒姵叵虮粶y儲能 pcs供電時所述被測儲能pcs的功率變化,所述測試系統(tǒng)包括:

      電網(wǎng),用于提供電能;

      實(shí)驗(yàn)儲能pcs,與所述被測儲能pcs串接于電網(wǎng)上;

      其中,通過所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs調(diào)整電路中的電性參數(shù)來模擬所述電池的充、放電的運(yùn)行工況。

      優(yōu)選的,所述測試系統(tǒng)還包括:

      交流軟啟動模塊,分別與所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs、所述電網(wǎng)連接;

      隔離變壓器,分別與所述交流軟啟動模塊、所述電網(wǎng)連接;以及

      所述交流軟啟動模塊和所述隔離變壓器對所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs進(jìn)行啟動保護(hù)。

      優(yōu)選的,所述測試系統(tǒng)還包括:

      第一人機(jī)互動模塊,與所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs485通訊連接,模擬所述電池充、放電的運(yùn)行工況和/或觀測所述電池模擬的運(yùn)行工況;

      第二人機(jī)互動模塊,與所述被測儲能pcs485通訊連接,控制所述被測儲能pcs的運(yùn)行模式和/或觀測所述被測儲能pcs運(yùn)行狀況。

      一種基于儲能pcs的測試方法,所述測試方法包括:

      實(shí)驗(yàn)儲能pcs模擬電池的充、放電的運(yùn)行工況;

      被測儲能pcs根據(jù)測試要求進(jìn)行功率變換;

      根據(jù)所述被測儲能pcs的功率變換情況得到測試結(jié)果。

      優(yōu)選的,所述測試方法中,

      所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用壓控方式模擬所述電池的電壓逐步升高的運(yùn)行工況;

      當(dāng)所述被測儲能pcs為所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs恒流充電時,所述測試結(jié)果為正常。

      優(yōu)選的,所述測試方法中,

      所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs模擬電壓不變的運(yùn)行工況;

      當(dāng)所述被測儲能pcs采用恒壓控制模式為所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs充電時,所述測試結(jié)果為正常。

      優(yōu)選的,所述測試方法中,

      所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用壓控方式模擬電壓逐步降低的運(yùn)行工況;

      當(dāng)所述被測儲能pcs為所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs恒流放電或者恒功率放電時,所述測試結(jié)果為正常。

      優(yōu)選的,所述方法中,

      所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用壓控方式模擬電壓逐步降低的運(yùn)行工況;

      當(dāng)所述被測儲能pcs根據(jù)所述不平衡電流的模式進(jìn)行放電,則所述測試結(jié)果為正常。

      優(yōu)選的,所述方法中,所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用三相四橋臂結(jié)構(gòu)。

      優(yōu)選的,所述方法中,

      所述實(shí)驗(yàn)儲能pcs和/或所述被測儲能pcs的無功參考值設(shè)為零。

      本發(fā)明的有益效果是:

      本發(fā)明的測試系統(tǒng)將儲能pcs配置成實(shí)驗(yàn)用設(shè)備和測試用設(shè)備,將兩臺儲能pcs采用背靠背式結(jié)構(gòu)連接至電網(wǎng),電能由交流系統(tǒng)發(fā)出的有功電能回到交流系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)兩端交流系統(tǒng)功率的相互交換,降 低了對電源容量的要求,節(jié)省了測試成本的同時也給測試帶來了便利。測試方法中,通過合理控制將實(shí)驗(yàn)用pcs模擬成儲能電池,使其實(shí)現(xiàn)儲能電池充放電工況,可靈活對儲能pcs完成充放電實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)儲能pcs充放電工況測試。

      附圖說明

      圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2-圖3為本發(fā)明基于儲能pcs測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖4為本發(fā)明實(shí)驗(yàn)儲能pcs模擬電池運(yùn)行工況的仿真示意圖;

      圖5.1-5.9為本發(fā)明基于儲能pcs的測試方法示意圖。

      具體實(shí)施方式

      需要說明的是,在不沖突的情況下,下述技術(shù)方案,技術(shù)特征之間可以相互組合。

      下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步的說明:

      本實(shí)施例提供了一種基于儲能pcs的測試系統(tǒng),該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示,測試系統(tǒng)包括兩臺儲能pcs,分別接入電網(wǎng),這兩個儲能pcs的工作狀態(tài)不再以它們工作于整流或逆變的狀態(tài)來區(qū)分,而以實(shí)驗(yàn)設(shè)備(實(shí)驗(yàn)儲能pcs)和被測試設(shè)備(被測儲能pcs)進(jìn)行區(qū)分。如圖2所示,作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的pcs側(cè)接有隔離變壓器,配有交流軟啟動裝置,測試前,啟動交流軟啟動裝置,即斷開開關(guān),建立母線電壓,待母線電壓建立后,合上開關(guān),確保測試系統(tǒng)啟動時,沖擊 電流被限制在安全范圍內(nèi),以保證實(shí)驗(yàn)安全。其中,作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的儲能pcs通過交流軟啟模塊,隔離變壓器與電網(wǎng)連接,通過合理控制,可模擬電池充放電工況。本發(fā)明的測試系統(tǒng)可對被測儲能pcs進(jìn)行測試,如圖3所示,將實(shí)驗(yàn)裝置替代儲能電池,通過合理控制,可使其完全模擬儲能電池充放電工況,對被測儲能pcs進(jìn)行各項(xiàng)測試,包括恒流充放電,恒功率充放電,恒壓充電測試等等,節(jié)省了成本和空間,靈活可靠,并降低了對電源容量的要求,為測試提供了便利。

      進(jìn)一步的,本實(shí)施例中的兩個儲能pcs均可以通過485通訊的方式連接一個人機(jī)互動模塊:第一人機(jī)互動模塊hmi1和第二人機(jī)互動模塊hmi2,連接方式如圖2所示,第一人機(jī)互動模塊hmi1可以控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備的模擬充放電工況,第二人機(jī)互動模塊hmi2可以對被測儲能pcs的功率變換情況進(jìn)行控制和/或觀測。

      在測試過程中,可由不同類型電池?cái)?shù)據(jù),通過matlab等仿真平臺線性擬合出電池電壓輸出特性,設(shè)置合理的直流電壓參考值,對實(shí)驗(yàn)用pcs電池電壓進(jìn)行有效控制,以模擬出不同電池特性,完成各個工況下的測試工作。如鋰電池不同放電倍率下電壓輸出如圖4所示,最上面的一條線表示的是0.3c的電池電壓與使用時間的關(guān)系,下面依次是0.6c和1c的電池,可根據(jù)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行線性擬合,推出鋰電池輸出電壓與放電電流及時間關(guān)系,得到各個時刻下的輸出電壓,作為系統(tǒng)直流電壓參考值,參與控制。由此,實(shí)驗(yàn)用pcs便可模擬出鋰電池特性,完成測試。

      作為實(shí)驗(yàn)設(shè)備的pcs,工作在不同的控制模式下來模擬電池的不同運(yùn)行工況,對被測儲能pcs做功能測試。下面以5種不同的運(yùn)行工況介紹基于儲能pcs的測試方法。

      實(shí)施例一

      如圖5.1-5.2所示,被測儲能pcs給電池恒流充電的工況:

      當(dāng)被測儲能pcs給電池恒流充電的時候,電池的電壓會逐步升高,為實(shí)現(xiàn)該工況,實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用壓控方式,模擬電池電壓逐步升高的變化,觀測被測pcs是否能為模擬電池恒流充電,若可以則測試結(jié)果為正常。

      其中,表示直流母線電壓參考值,udc表示直流母線電壓檢測值,表示有功電流參考值,其值大小表征輸出有功功率參考值大小,表示直流側(cè)電流參考值,idc表示直流側(cè)電流檢測值。兩裝置均采用雙環(huán)pi調(diào)節(jié)控制,其中,圖5.1-5.9的有部分均為無功控制部分,無功參考值iq設(shè)為0即可,此后不再贅述,無功分量的實(shí)際值為iq*。此工況下,可根據(jù)實(shí)際電池電壓變化進(jìn)行變化以模擬電池的輸出電壓。

      圖5.1為實(shí)驗(yàn)儲能pcs的控制框圖,圖5.2為被測儲能pcs的控制框圖,如圖5.1所示,本實(shí)施例中,直流母線電壓檢測值即實(shí)驗(yàn)儲能pcs輸出給被測儲能pcs的電壓,該電壓需要以直流母線電壓參考值為參考進(jìn)行變化,本實(shí)施例中可以為udc逐步升高,通過比例積分調(diào)節(jié)確定有功電流參考值,如圖5.2所示,被測儲能pcs的控制方式同 理,以為參考值,將idc保持恒定,通過比例積分(pi)調(diào)節(jié)得到

      實(shí)施例二

      圖5.3為實(shí)驗(yàn)儲能pcs的控制框圖,圖5.4為被測儲能pcs的控制框圖,本實(shí)施例提供了被測儲能pcs給模擬電池(實(shí)驗(yàn)儲能pcs)恒壓充電的運(yùn)行工況,當(dāng)pcs給電池恒壓充電時,一般為電池快充滿電情況,此時電池電壓幾乎不變,充電電流較小,為實(shí)現(xiàn)該工況,實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用小功率放電,模擬電池電壓變化,被測試pcs為恒壓控制模式。此時,可根據(jù)小功率放電情況直接給定定值,可根據(jù)實(shí)際母線電壓期望值給定。圖5.3所示,本實(shí)施例中,實(shí)驗(yàn)儲能pcs對電流進(jìn)行模擬,其模擬控制過程與實(shí)施例一中的被測儲能pcs類似,其中id為有功電流檢測值通過以為參考值,調(diào)節(jié)id實(shí)現(xiàn)小電流放電,被測儲能pcs的電壓調(diào)節(jié)的外環(huán)與實(shí)施例一中的實(shí)驗(yàn)儲能pcs較為類似,此處不進(jìn)行贅述。

      實(shí)施例三

      本實(shí)施例提供了被測儲能pcs給模擬電池恒流放電:

      圖5.5為實(shí)驗(yàn)儲能pcs的控制框圖,圖5.6為被測儲能pcs的控制框圖,當(dāng)實(shí)驗(yàn)儲能pcs給電池恒流放電時,電池電壓慢慢降低,為實(shí)現(xiàn)該工況,實(shí)驗(yàn)用pcs采用壓控方式,模擬電池電壓變化,被測試pcs為模擬電池恒流放電。實(shí)驗(yàn)儲能pcs可雙向功率變化,同 實(shí)施例一所述,可采取相同的控制方式,只是在參考值給定時方向不同,無功參考值設(shè)為0即可。如圖5.5-5.6所示,本實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)儲能pcs的電壓慢慢降低,其實(shí)現(xiàn)方式與實(shí)施例一中的電壓逐步升高方法類似,不同的是電壓變化的趨勢是不同的,恒流放電是被測儲能pcs是相對于這一電流參考值電流逐步減小。

      如圖5.7-5.8所示,圖5.7為實(shí)驗(yàn)儲能pcs的控制框圖,圖5.8為被測儲能pcs的控制框圖,當(dāng)實(shí)驗(yàn)儲能pcs給電池恒功率放電時,電池電壓慢慢降低,為實(shí)現(xiàn)該工況,實(shí)驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用壓控方式,模擬電池電壓變化,被測儲能pcs為模擬電池恒功率放電。可根據(jù)實(shí)際電池電壓變化進(jìn)行變化以模擬電池的輸出電壓,可根據(jù)功率要求計(jì)算得出,無功參考值設(shè)為0即可,與上述的被測儲能pcs采用的是恒功率放電。

      實(shí)施例四

      本實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)儲能pcs的控制框圖和被測儲能pcs的控制框圖與圖5.7和圖5.8相同,在被測儲能pcs控制框圖中增加一控制框圖,即圖5.9,如圖5.7-5.9所示,若實(shí)驗(yàn)儲能pcs采用三相四橋臂結(jié)構(gòu),則可以輸出不平衡電流,被測試儲能pcs根據(jù)給定電流進(jìn)行不平衡電流放電模式進(jìn)行放電。實(shí)驗(yàn)用pcs采用壓控方式,被測試用pcs可采用正負(fù)序分離,進(jìn)行pi調(diào)節(jié)。其中,表示負(fù)序有功分量和無功分量,無功參考值設(shè)為0即可。

      綜上所述,本發(fā)明較為節(jié)省成本并且占地少,使用儲能pcs替代儲能電池,節(jié)省了購買儲能電池的成本,儲能pcs較儲能電池占地面積小,本發(fā)明使用儲能pcs模擬電池進(jìn)行測試更為可靠,間接減少了儲能pcs的測試成本,本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)儲能pcs可模擬不同電池輸出特性,完成儲能pcs測試,實(shí)現(xiàn)兩端交流系統(tǒng)功率的相互交換,降低了對電源容量的要求,為測試提供了便利。

      通過說明和附圖,給出了具體實(shí)施方式的特定結(jié)構(gòu)的典型實(shí)施例,基于本發(fā)明精神,還可作其他的轉(zhuǎn)換。盡管上述發(fā)明提出了現(xiàn)有的較佳實(shí)施例,然而,這些內(nèi)容并不作為局限。

      對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言,閱讀上述說明后,各種變化和修正無疑將顯而易見。因此,所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實(shí)意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容,都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。

      當(dāng)前第1頁1 2 
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