LOGO光伏发电测试评估系统北京航空航天大学电气系赵向阳刘世阳e-mail:zhaoxiangyang@buaa.edu.cntel:13521639519010-82339938光伏发电测试评估系统光伏户用发电系统测试平台1光伏并网发电系统测试平台2微电网监控系统3总结4北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏户用发电系统测试平台太阳能电动汽车卫星电源太阳能无人飞机太阳能路灯太阳能充电器应用领域家庭光伏发电系统www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏户用发电系统测试平台功能试验恢复试验评估整个系统的性能评估整个系统的性能独立运行天数试验(IEC62124-2004,IDT)(IEC62124-2004,IDT)独立光伏系统设计验证独立光伏系统设计验证开发户用系统测试平台的主要目的是为了在室内模拟环境下验证独立光伏系统的设计和性能。虽然可以监控独立系统的子系统和部件，但只评估整个系统的性能。这些测试的结果是从每一个部件的测试结果中计算出来的。在对系统评估测试的同时，还可以包括光伏电池组件输出特性模拟，逆变器输出电压、电流、转换效率、功率因数、谐波含量等性能指标的测试，同时也可以对控制器和蓄电池进行检测。光伏户用发电系统测试平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏户用发电系统测试平台LoginInitialcapacitytestBatterychargecycleSystemfunctionaltestSecondcapacitytestRecoverytestFinalcapacitytestOperationatmaximumvoltageDeterminationofthesystembalancepointReportSetthetestparametersStarttestTestisfinish?YESNOwww.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏户用发电系统测试平台测试模块分为预处理、性能试验、最大电压时负载运行的适用性三个部分。(1)预处理。预处理试验的目的是为了确定系统正常运行时蓄电池充满断开时的电压(HVD)、蓄电池欠压断开时的电压(LVD)。试验前应按照制造商的说明对蓄电池进行预处理(如果制造商在系统文件中说明蓄电池不需要预处理,则可不进行预处理)。如果光伏组件为非晶硅,则还应进行光致衰降试验。(2)性能试验。性能试验按照以下6个步骤进行。●初始容量试验(UBC0):按照标准要求安装好系统后,对蓄电池进行充电和放电,测量蓄电池容量,得到蓄电池的初始可用容量(UBC0)。●蓄电池充电循环试验(BC):给蓄电池再充电。●系统功能试验(FT):主要验证系统和负载的运行是否正常。●第二次容量试验(UBC1):通过对蓄电池的充放电,测量蓄电池的第一次可用容量(UBC1)和系统的独立运行天数。●恢复试验(RT):确定光伏系统中已经放电的蓄电池的再充电能力。●最终容量试验(UBC2):通过对蓄电池的充电和放电,测量蓄电池的第二次可用容量(UBC2)。上述6个步骤完成后,根据试验数据绘制系统特性曲线,从而确定系统平衡点,并得出安装地点使系统正常运行的最小平均辐照量。(3)最大电压时负载运行试验。验证负载在高辐照度和高荷电最大电压值时运行的适应性。在上述条件下负载运行1小时,应不会损坏。系统性能试验从功能性、独立运行性和电池经过过放后的恢复能力等方面进行了全面测试,从而给出系统不会过早失效的合理确认。性能试验的合格判据。光伏户用发电系统测试平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系依据国际光伏标准（IEC62124），对样品行进室内性能测试，共分成6个试验，试验过程如下图：时间t蓄电池电压VUBCoBCFTUBC1RTUBC212hrsT>5hrsT<0.5hrs5-72hrs12hrsPV-OnLoad-OffPV-OffLoad-OnPV-OnLoad-OffPV-OnLoad-OnPV-OnLoad-OffPV-OffLoad-OnPV-OnLoad-Off（见标准）PV-OffLoad-OnHVDLVDVI=外观检查VIVIVIVIVI户用光伏系统测试试验图解光伏户用发电系统测试平台UBC0初始电池可用容量：初始容量的试验—系统安装后，蓄电池进行充电和放电，测量蓄电池的可用容量（UBC）。Vreg控制器确定的电池充满时的电压水平。BC电池充电：功能试验前蓄电池的再充电。FT功能试验：运行功能试验验证系统和负载运行是否正常。UBC1第一次电池可用容量：第二次容量的试验和自主天数—充电和放电。测量蓄电池的可用容量，确定系统的自主性。RT恢复试验:确定光伏系统对蓄电池再充电和放电的能力。UBC2第二次电池可用容量：最后容量的试验—充电和放电。测量蓄电池的容量。LVD过放保护（充电控制器）北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn光伏户用发电系统测试平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏户用发电系统测试平台设计测试软硬件按照IEC62124标准进行测试打印最终测试报告测试系统测试系统完成完成www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台费用低结构简单易于调度光伏并网发电优点：我国许多地区有着冬春日照我国许多地区有着冬春日照短风力大、夏秋日照充足风力弱、短风力大、夏秋日照充足风力弱、白天日照强风速小、夜晚无日照风白天日照强风速小、夜晚无日照风速大等气候特点，风能与太阳能在速大等气候特点，风能与太阳能在时间和空间上有着极强的互补性。时间和空间上有着极强的互补性。www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台出厂时试运行期运行期光伏并网发电系统测试平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台性能试验性能试验保护试验保护试验北京鉴衡认证中心认证技术规范并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法◆◆逆变效率测试逆变效率测试◆◆逆变加权效率测试逆变加权效率测试◆◆并网电流谐波（并网电流谐波（11～～100100次）测试次）测试◆◆功率因数功率因数(PF)(PF)测试测试◆◆工作电压稳定度测试工作电压稳定度测试◆◆工作频率稳定度测试工作频率稳定度测试◆◆直流分量测试直流分量测试◆◆MPPTMPPT效率测试效率测试◆◆过过//欠压保护欠压保护◆◆过过//欠频保护欠频保护◆◆防孤岛效应保护防孤岛效应保护◆◆恢复并网保护恢复并网保护www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台被测并网逆变器模拟电网VdcIdcVacIac功率分析仪光伏阵列光伏阵列模拟器负载并网逆变器电网测试系统示意图测试系统示意图此太阳能发电测试系统由光伏阵列、PV模拟器（REGATRONTC.P.20.800.400.S）、逆变器(POWER-ONEPVI5000)、变频电源（普斯PS6350）、负载(群菱ACLT-3803M)、功率分析仪（横河WT3000）、录波仪、短路故障测试系统等七部分组成，其测试系统示意图如下所示：www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台防孤岛试验：被测并网逆变器电网光伏阵列光伏阵列模拟器示波器K1K2下图给出了防孤岛效应保护试验平台，电网采用有变压器隔离的真实电网，负载采用可变RLC谐振电路，谐振频率为被测逆变器的额定频率（50Hz），其消耗的有功功率与被测逆变器输出的有功功率相当。试验应在表4-5规定的条件下进行。防孤岛效应保护试验平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台条件被测逆变器的输出功率PEUT被测逆变器的输入电压a被测逆变器跳闸设定值A100%额定交流输出功率>直流输入电压范围的90%制造商规定的电压和频率跳闸值B（50～66）%额定交流输出功率直流输入电压范围的50%±10%设定电压和频率跳闸值为额定值C（25～33）%额定交流输出功率<直流输入电压范围的10%设定电压和频率跳闸值为额定值对应下表逆变器输出状态条件A，进行如下实验：实验状态初始化：通过调节直流输入源，使逆变器的输出功率等于额定交流输出功率，并测量逆变器输出的无功功率，得到电网所需要的无功；按国标要求，调节LC参数。匹配实验：调节电阻，使其消耗逆变器输出的所有有功功率；调节LC，使其提供的无功满足电网无功需求。不匹配实验：按照国标要求，调节有功与额定值的偏差百分比、调节无功与额定值的偏差百分比，进行实验，记录下断网时间。对应下表逆变器输出状态条件B和C，进行如下实验：将负载电阻设置为消耗逆变器输出额定有功，调节负载的无功与额定值的偏差百分比，进行实验，记录断网时间。防孤岛效应保护的试验条件www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电系统测试平台www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系微电网监控系统微电网微电网微电网微电网随着电网规模的不断扩大，超大规模的电力系统的弊端也日益凸显，成本随着电网规模的不断扩大，超大规模的电力系统的弊端也日益凸显，成本高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电高，运行难度大，难以适应用户越来越高的安全性和可靠性要求以及多样化供电需求。尤其在近年来世界范围内接连发生的几次大面积停电事故之后，电网的脆需求。尤其在近年来世界范围内接连发生的几次大面积停电事故之后，电网的脆弱性暴露出来。弱性暴露出来。大电网大电网全国联网全国联网微电网微电网发电系统发电系统分布式分布式发电发电国际上对微型电网的定义不尽相同，但各种方案均认为：微型电网应该国际上对微型电网的定义不尽相同，但各种方案均认为：微型电网应该是由各种微能源是由各种微能源((风力、太阳能、柴油发电机组、燃料电池、微型燃气轮机、风力、太阳能、柴油发电机组、燃料电池、微型燃气轮机、微水电等微水电等))、储能装置、储能装置((蓄电池、超级电容器、飞轮等蓄电池、超级电容器、飞轮等))、负荷以及控制保、负荷以及控制保护系统组成的集合；具有并网运行和独立运行能力，能够实现即插即用和无缝护系统组成的集合；具有并网运行和独立运行能力，能够实现即插即用和无缝切换；根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至数兆瓦；通常接在低压或中压切换；根据实际情况，系统容量一般为数千瓦至数兆瓦；通常接在低压或中压配电网中。配电网中。微电网监控系统www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系微电网监控系统www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系1、通过PXI控制器采集微电网各设备运行时的各种信息，将数据暂存入PXI实时数据库；2、PXI实时控制器将各种有用数据信息上传给后台工控机；3、上位机界面显示微电网运行状态及能量流；4、上位机存储微电网运行时的各种数据信息，并可以进行历史查询；5、通过上位机对微电网设备进行初始化设置、系统启动与停止、定时发送优化命令、根据当前微电网状态下达相应控制指令；微电网监控系统功能通信设备1通信设备2通信设备24…...接收/发送1接收/发送2接收/发送24解码解码解码数据筛选数据筛选数据筛选打包/解包数据TCP/IP上传/接收数据上位机…...…...…...微电网监控系统www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系微电网能量管理系统微电网能量管理微电网能量管理(1)(1)微电源管理：根据微电网的拓扑结构制定相应的控制策略。在并网模式时，应预先微电源管理：根据微电网的拓扑结构制定相应的控制策略。在并网模式时，应预先确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分配设定值给各个微电源。并监控确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分配设定值给各个微电源。并监控PCCPCC点的点的电量参数，当出现无功不平衡时，并确定无功补偿量，分配这个值于储能装置，使储能装电量参数，当出现无功不平衡时，并确定无功补偿量，分配这个值于储能装置，使储能装置发无功，维持系统功率平衡。并根据并网运行模式下微电源协调控制策略投切微电源。置发无功，维持系统功率平衡。并根据并网运行模式下微电源协调控制策略投切微电源。在孤网模式运行时，根据负荷需求确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分配设定在孤网模式运行时，根据负荷需求确定微电源的功率输出值，能量管理系统合理分配设定值与各微电源。根据预先设定的ＶＱ特性阻止末端电压偏压；参与特定负荷线路的电压调值与各微电源。根据预先设定的ＶＱ特性阻止末端电压偏压；参与特定负荷线路的电压调整；根据负荷设定的功率因数补偿无功。通过能量管理系统把这个这分配给调节微电源。整；根据负荷设定的功率因数补偿无功。通过能量管理系统把这个这分配给调节微电源。维持电压稳定。能量管理系统根据能量管理控制算法确定设定值，分配给各微电源参与系维持电压稳定。能量管理系统根据能量管理控制算法确定设定值，分配给各微电源参与系统的调节，以确保系统的稳定运行。统的调节，以确保系统的稳定运行。(2)(2)储能装置的充放电管理：能量管理系统主要监视蓄电池的充电状态、综合健康度和储能装置的充放电管理：能量管理系统主要监视蓄电池的充电状态、综合健康度和安全中断标准。按照能量管理系统的控制指令充放电。安全中断标准。按照能量管理系统的控制指令充放电。(3)(3)负荷管理：提供负荷跟跟随功能，实时检测负荷大小，在并网模式下，负荷的供电负荷管理：提供负荷跟跟随功能，实时检测负荷大小，在并网模式下，负荷的供电主要由大电网提供。在孤网模式运行时，一般负荷被切除，根据检测到的负荷大小，分配主要由大电网提供。在孤网模式运行时，一般负荷被切除，根据检测到的负荷大小，分配微电源的出力，保持微电源与负荷之间的平衡。微电源的出力，保持微电源与负荷之间的平衡。光伏并网发电的孤岛问题、低电压穿越问题www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏发电的几点注意当越来越多的光伏发电系统并接到电网上时，就带来了电网保护的新现象——孤岛现象。所谓孤岛现象，是指当电力公司因故障或停电维修而停止供电时，用户端的并网逆变器仍处于工作状态，使得并网逆变器和周围的负载形成的一个电力公司无法控制的自供电网络。注：非计划性孤岛效应发生时，由于系统供电状态未知，将造成以下不利影响：①可能危及电网线路维护人员和用户的生命安全；②干扰电网的正常合闸；③电网不能控制孤岛中的电压和频率，从而损坏配电设备和用户设备。逆变器应具有防孤岛效应保护功能。若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号。并网逆变器光伏负载（各种用电设备）电网意外或电网公司维修断电能量流动有电www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系电压（逆变器交流输出端）最大跳闸时间aV＜0.5V标称0.1s50%V标称V＜85%V标称2.0s85%V标称V110%V标称继续运行110%V标称＜V＜135%V标称2.0s135%V标称V0.05sa最大跳闸时间是指异常状态发生到逆变器停止向电网供电的时间。主控与监测电路应切实保持与电网的连接，从而继续监视电网的状态，使得“恢复并网”功能有效。异常电压的响应当逆变器交流输出端电压超出规定的电压范围时，逆变器应停止向电网供电，同时发出警示信号。此要求适用于多相系统中的任何一相。逆变器应能检测到异常电压并作出反应。电压的方均根值在逆变器交流输出端测量，其值应满足下表条件。光伏发电的几点注意光伏并网发电的孤岛问题、低电压穿越问题光伏发电的几点注意www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系低电压穿越这个指标的含义大抵是说在电网电压由于一些严重故障原因（比如某相短路），跌落不低于电网原始电压的20%时，风力发电机组要能够持续地发出无功以维持电网电压至少625ms，超过625ms时风力发电机组可以出于保护理由脱离电网。上面针对风力发电的低电压穿越标准。《光伏电站接入电网测试规程》通过低电压穿越能力测试装置模拟不同故障类型，并分别设置光伏电站并网点出电压幅值为额定电压的20%，40%，60%，80%、90%，电压跌落时间分别为1s、1.57s、2.14、2.71s、3s,记录低电压穿越能力测试装置输出曲线；用滤波仪记录光伏电站运行情况。。光伏并网发电的孤岛问题、低电压穿越问题光伏发电的几点注意www.buaa.edu.cnwww.buaa.edu.cn北京航空航天大学电气系北京航空航天大学电气系光伏并网发电的最大功率点跟踪、电网调度1、光伏并网发电的最大功率点跟踪2、电网调度最大功率跟踪技术就是利用电力电子器件配合适当的软件，使电池组件始终输出最大功率。如果没有最大功率跟踪技术，电池组件的输出功率就不能够在任何情况下都达到最佳（大）值，这样就降低了太阳能电池组件的利用率。目的：提高光伏电池阵列的利用率。按照电网的调度要求，调节光伏电站输出功率情况。LOGO北京航空航天大学电气系赵向阳刘世阳e-mail:zhaoxiangyang@buaa.edu.cntel:13521639519010-82339938