专利名称：一种风光储联合并网发电测试方法、平台及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电测试领域，尤其涉及一种风光储联合并网发电测试系统。
背景技术：
太阳能和风能是大自然赐予人类的可再生清洁能源。太阳能和风能具有无限的储量，经济以及存在范围广等特点。风光联合发电系统就是利用风能和太阳能的互补性，如晚上风能相对充足，白天太阳能充足，夏天太阳能充足，冬天风能充足等，因此，利用互补性可以减少储能的用量从而提高系统的经济性和可靠性。而系统的可靠性也不仅仅取决于各组件，更由连接整个系统的电网状态，以及各个控制部件来决定。现有公开的专利申请均仅公开了一种或集中风光联合并网发电技术或系统，但均没有公开这种风光联合发电系统的设计过程。在发电领域中，很多发电机在设计时，均有相应的性能测试方法和测试平台，可用于检测研究发电机的设计是否合理，再根据检测结果对发电机进行优化和改进，但是现有技术中尚不存在专门的对风光储联合发电系统进行性能测试分析的方法和平台，这就制约了风光储联合发电系统的利用和发展。公开号为CN200910103683的中国专利申请公开了一种风光氢综合能源发电系统性能测试方法及其测试平台，该专利申请所述技术方案虽然对特定组件类别/容量大小/性能搭建完成了一套试验装置，但是投资成本高，同时测试装备利用率相对较低，并且未能从整个电网系统层面测试性能，仅仅停留在系统发电组件性能测试层面。为了克服现有技术上的不足，并为技术人员提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性，可靠性指标，亟需设计风光联合发电系统测试方法和相应的测试平台。

发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标的风光储联合并网发电测试方法、平台及系统。为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下本发明提供一种风光储联合并网发电系统性能测试方法，所述方法包括以下步骤将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器；采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性；将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。
优选地，所述方法还包括进行实际的风、光发电源并网测试，完成系统性能评价。优选地，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。优选地，对比图包括系统功率-时间图；系统电压-时间图；系统频率-时间图；系统电压概率分布图；系统频率概率分布图；电压频谱密度；频率频谱密度。本发明还提供一种风光储联合发电系统性能测试平台，包括供电母线、实验母线、第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统、模拟发电源、模拟负载、第一、第二、第三、第四可选变压器、第一、第二供电变压器、光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机、模拟发电源/负载柜供电变压器和直流供电母线；第一、第二供电变压器输入端分别通过第一、第二保护与继电系统断路器与供电母线相连；第二供电变压器输出端通过实验母线与模拟发电源和模拟负载端连接；光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机均通过各自的电力电子设备和第一、第二、第三、第四可选变压器与实验母线连接；第一、第二、第三、第四可选变压器分别通过第三、第四、第五、第六保护与继电系统与实验母线连接；第一、第二、第三、第四可选变压器的电压等级与实验母线的电压等级匹配。优选地，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统具体为断路器。优选地，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。本发明进一步提供一种风光储联合并网发电测试系统，所述系统包括模拟发电源控制器、模拟负载控制器、监控器、数据采集单元、对比图分析单元和评估单元；数据采集单元，采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；数据采集单元将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；监控器，接收待测试的风光储联合发电系统的初始参数；对比图分析单元，分析所述数据采集单元采集的所述系统的各部分数据，绘制为对比图，确定所述系统可靠性；评估单元，将采集得的所述对比图的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。优选地，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。通过上述方案的描述，可以看到本发明具备以下优点由于本发明实施例所述风光储联合并网发电系统性能测试方法，首先将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器；然后采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性；最后将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。因此所述方法可以方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试方法第一实施例流程图；图2是本发明所述风光储联合发电系统性能测试平台结构示意图；图3是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试系统结构图；图4是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试系统具体实施例结构图；图5是本发明所述监视与控制器接口结构图；图6是本发明所述面向对象的组件特征分类图。
具体实施例方式本发明提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标的风光储联合并网发电测试方法。为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明所述方案作进一步说明。参见图1，该图是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试方法第一实施例流程图。本发明第一实施例所述风光储联合并网发电系统性能测试方法，包括以下步骤S100、将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率。所述模拟发电源可以由实际的发电源替代，如柴油机，汽油机等替代，也可以使用电机拖动发电机模拟电源，但仅能实现稳态的功率输出，无法实现风、光发电模拟所需要的动态变化模拟。S200、将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小。模拟负载可以使用电动机负载，电阻箱或者RLC负载，但仅能实现稳态的功率，或者小范围内阶梯型调节大小，无法模拟实际负载所需要的动态变化模拟。S300、将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器。所述初始参数包括储能的容量大小，启动时间等参数；以及柴油发电机容量大小，启动时间，最小运行时间等参数。S400、采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性。对比图主要包括系统功率-时间图(包括各种发电源与消耗)；系统电压-时间图；系统频率-时间图；系统电压概率分布图；系统频率概率分布图；电压频谱密度(V~2/Hz)；频率频谱密度(Hz"2/Hz)等。S500、将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。由于本发明实施例所述风光储联合并网发电系统性能测试方法，首先将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器；然后采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性；最后将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。因此所述方法可以方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标。本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试方法第二实施例相对第一实施例的区别在于，所述步骤S500后还包括进行实际的风、光发电源并网测试，完成系统性能评价。本发明提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标的风光储联合并网发电测试平台。参见图2，该图是本发明所述风光储联合发电系统性能测试平台结构示意图。本发明所述风光储联合发电系统性能测试平台，包括供电母线、实验母线、第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统、模拟发电源、模拟负载、第一、第二、第三、第四可选变压器、第一、第二供电变压器、光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机、模拟发电源/负载柜供电变压器和直流供电母线。所述第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统具体可以为断路器。其中，若实验母线与供电母线连接为并网测试系统；若实验母线与供电母线断开为离网测试系统。第一、第二供电变压器输入端分别通过第一、第二保护与继电系统断路器与供电母线相连。第二供电变压器输出端通过实验母线与模拟发电源和模拟负载端连接。光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机均通过各自的电力电子设备和第一、第二、第三、第四可选变压器与实验母线(电网)连接。第一、第二、第三、第四可选变压器分别通过第三、第四、第五、第六保护与继电系统与实验母线连接。第一、第二、第三、第四可选变压器的电压等级与实验母线的电压等级匹配。本发明所述平台可以兼容不同种类和容量组件的测试如多组容量大小不同的风、光、柴、储联合测试。本发明所述平台可以兼容不同电压等级测试根据电压等级与实验母线的电压选择，以及各组件相应的变压器变压，可以使系统工作在不同的电压等级进行测试。本发明所述平台可以适应不同电网频率如果测试装备中的设备都能够适应50Hz/60Hz的电网频率，因此在电源设置为60Hz时可进行60Hz的试验。本发明所述平台可以适应不同的电网拓扑测试通过不同开关的切换即可完成系统离/并网测试。本发明所述平台可以进行极限测试与故障测试由于系统的模拟发电源与模拟负载完全可控，可以通过模拟极限情况下的发电、负载变化，或者模拟部分组件故障，进行极限与故障测试。本发明所述平台可以完善的远程监控和保护系统测试装备中各设备的状态和参数实时地传
7输到监控柜中，当符合程序设定的报警和保护条件时，监控系统发出报警信号或动作。同样，所述模拟发电源可以由发电源代替。所述模拟负载可以由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。现结合图2具体说明风光储联合发电系统性能测试平台的测试过程1)单独并网测试；首先闭合实验母线上的开关，即保护与继电系统2 (第二保护与继电系统)，同时断开模拟发电源与模拟负载端开关，即保护与继电系统1 (第一保护与继电系统)，通过闭合单个风机、光伏、电池、柴油发电机和实验母线的连接开关，即保护与继电系统3、4、5、6(第三、四、五、六保护与继电系统)，对各组件分别进行并网调试。通过各组件的监控系统获得其性能参数，如风机部分的基本特征参数风速曲线、功率曲线、并网电压曲线、电流曲线、频率曲线、启动时间、关断时间、刹车时间等等；光伏部分的基本特性参数辐照强度曲线、功率曲线、并网电压曲线、电流曲线、频率曲线等等；柴油发电部分的最小运行时间、最低负荷要求、启动时间、停止时间、功率曲线、电压曲线、电流曲线等；储能部分的剩余电量、温度、功率曲线、并网电压曲线、电流曲线等等；将这些基本特征参数提供给测试系统的监视与控制器，修正监视控制器的预设值；2)离网母线模拟；进行离网黑启动实验，首先断开风机、光伏对应的保护与继电系统3、4(即第三、第四保护与继电系统)，闭合电池，模拟发电源对应的保护与继电系统1，5(即第一、第五保护与继电系统)，让模拟发电源和电池启动整个模拟母线，模拟负载作为总负荷消耗电能，评估电池作为主要电压支撑时的黑启动能力；以及模拟发电源和电池不同比例时，整个模拟电网的特征电压曲线，电流曲线，功率曲线，频率曲线等。3)并网型风机、光伏连接到离网母线运行；在离网黑启动实验的基础上，系统中闭合风机、光伏相应的保护与继电系统3、4(即第三、第四保护与继电系统)，进行调试运行，取得与1)相同的运行数据，并对监控系统进行初值修正.4)微网测试；通过对保护与继电系统2 (即第二保护与继电系统)的开关的开、闭及其切换状态，完成离网型、并网型等不同电网拓扑测试，设计包含各种切换开关、不同的电压等级与形式的实验母线、保护与继电系统的模拟小电网系统，取得各种拓扑结构相关的电能质量最低要求、稳定性最低要求等技术数据，并对微网系统的故障检测和故障运行方案进行研究和试验，完成基本的微网试验。本发明还提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标的风光储联合并网发电测试系统。参见图3，该图是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试系统结构图。本发明第一实施例所述风光储联合并网发电测试系统，包括模拟发电源控制器11、模拟负载控制器12、监控器13、数据采集单元14、对比图分析单元15和评估单元16。数据采集单元14，采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；数据采集单元将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；监控器13，接收待测试的风光储联合发电系统的初始参数。所述初始参数包括储能的容量大小，启动时间等参数；以及柴油发电机容量大小，启动时间，最小运行时间等参数。对比图分析单元15，分析数据采集单元采集所述系统的各部分数据，得到对比图，确定所述系统可靠性。对比图主要包括系统功率-时间图(包括各种发电源与消耗)；系统电压-时间图；系统频率-时间图；系统电压概率分布图；系统频率概率分布图；电压频谱密度(V~2/Hz)；频率频谱密度(Hz"2/Hz)等。评估单元16，将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。同样，所述模拟发电源可以由发电源代替。所述模拟负载可以由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。参见图4至图6，图4是本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试系统具体实施例结构图；图5是本发明所述监视与控制器接口结构图；图6是本发明所述面向对象的组件特征分类图。本发明所述风光储联合并网发电系统性能测试系统也称为风光储联合并网发电系统监控系统，可以包含一套完整的监视、控制与测试功能。所述监视系统可以由以下几部分组成人机界面PC、监控器、远程传输接口、子控制器1，2，3，4，5，6、电网特性参数采集接口、电网状态控制接口。所有设备的状态(电压、电流、温度、开关状态)以及电网的状态(电压、电流，频率，功率)都可以通过IO接口或通信的方式输入监控器中，同时监控器对各组件进行控制。监控器与上位机界面之间可以实现实时通讯。操作人员可以通过人机界面PC对测试系统进行监控，并可以提供远程传输接口方式。监视与控制器接口如图5所示，监视与控制器的接口主要包括模拟量输入电路接口、数字量输入输出电路接口、通信接口。模拟量输入电路接口 通过电压和电流互感器采集各组件以及电网状态的电压和电流量；数字量输入输出电路接口 通过数字IO控制开关的断开和闭合，并监控各断路器的状态；通信接口 主要通过工业通信的方式取得各组件的状态量并提供控制量；所述监控器可以使用面向对象的设计方式，如图6所示。 将各组件名称，额定功率，优先级，状态，有功功率，无功功率等相同特征定义为相同的父类；将各自包括发电类的启动时间、停机时间、最大输出、能源消耗等特征，储能类的启动时间、停机时间、最大输出等特征，负载类的启动时间，停机时间，最大输出等各自定义为不同特征的子类，子类通过面向对象软件设计方法继承父类特征，完成各组件的描述。如图5所示，在此情况下可以将系统的各组件统一起来，通过即时识别系统中的发电或用电组件状态，可完成不同种类和不同容量大小的组件组网测试。并且，系统对故障测试，极限测试也会有很好的适应性。下面对各组件以不同功率等级进行启动、停机、连续运行时系统的测试过程进行说明首先需要实现主要包括但不仅限于以下组件运行状态的组合，已达到模拟系统不同运行工况的目的风机停机运行状态；风机启动运行状态；风速急剧变化运行状态；光伏停机运行状态；光伏持续运行状态；柴油发电机启动状态；柴油发电机停机状态；柴油发电机低负荷运行状态；储能短期快速响应状态；储能调度状态；恒定负荷状态；突发性负荷状态；极限状态；突发性故障状态等。记录以上状态的不同组合情况下的基本参数实验母线基本参数电压、电流、频率、功率等；组件基本参数效率、功率、功率因数、温度等；之后根据基本参数进行电能质量分析(电压偏差、谐波、电压变动、频率波动)、发电-负荷功率平衡分析、电网适应性分析(低电压，高电压，低频率，高频率)。通过对采集的时间序列数据在不同的时间间隔情况下进行包括最小值、最大值、平均值、标准差等在内统计值统计，参考欧洲公用配电系统电压特征标准EN50160，利用最大值和最小值评估系统是否能满足最低要求；利用平均值和标准差评估系统误差；利用发电功率、负荷功率、电压、电流、频率时间序列在同一时间轴上对比，若任意发电功率与负荷功率不匹配时刻的电压、电流、频率限制以内，则系统性能参数满足要求；若这些值超限，则进行电网适应性分析，如低/高电压状态，低/高频率状态产生的原因，并通过修正监视与控制器参数，使系统参数满足要求。
权利要求
1.一种风光储联合并网发电系统性能测试方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器；采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性；将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。
2.根据权利要求1所述的风光储联合并网发电系统性能测试方法，其特征在于，所述方法还包括进行实际的风、光发电源并网测试，完成系统性能评价。
3.根据权利要求1所述的风光储联合并网发电系统性能测试方法，其特征在于，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。
4.根据权利要求1所述的风光储联合并网发电系统性能测试方法，其特征在于，对比图包括系统功率-时间图；系统电压-时间图；系统频率-时间图；系统电压概率分布图；系统频率概率分布图；电压频谱密度；频率频谱密度。
5.一种风光储联合发电系统性能测试平台，其特征在于，包括供电母线、实验母线、第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统、模拟发电源、模拟负载、第一、第二、第三、第四可选变压器、第一、第二供电变压器、光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机、模拟发电源/负载柜供电变压器和直流供电母线；第一、第二供电变压器输入端分别通过第一、第二保护与继电系统断路器与供电母线相连；第二供电变压器输出端通过实验母线与模拟发电源和模拟负载端连接；光伏组件、风机组件、电池组件、柴油发电机均通过各自的电力电子设备和第一、第二、第三、第四可选变压器与实验母线连接；第一、第二、第三、第四可选变压器分别通过第三、第四、第五、第六保护与继电系统与实验母线连接；第一、第二、第三、第四可选变压器的电压等级与实验母线的电压等级匹配。
6.根据权利要求5所述的风光储联合发电系统性能测试平台，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六保护与继电系统具体为断路器。
7.根据权利要求5所述的风光储联合发电系统性能测试平台，其特征在于，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。
8.一种风光储联合并网发电测试系统，其特征在于，所述系统包括模拟发电源控制器、模拟负载控制器、监控器、数据采集单元、对比图分析单元和评估单元；数据采集单元，采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；数据采集单元将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；监控器，接收待测试的风光储联合发电系统的初始参数；对比图分析单元，分析所述数据采集单元采集的所述系统的各部分数据，绘制为对比图，确定所述系统可靠性；评估单元，将采集得的所述对比图的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。
9.根据权利要求8所述的风光储联合发电系统性能测试系统，其特征在于，所述模拟发电源由发电源代替，和/或，所述模拟负载由发电机负载或电阻箱或RLC负载代替。
全文摘要
一种风光储联合并网发电系统性能测试方法，包括将采集资源数据或者功率数据提供给模拟发电源控制器，控制模拟发电源的输出功率；将负载的统计值提供给模拟负载控制器，控制模拟负载的功率大小；将待测试的风光储联合发电系统的初始参数提供给监控器；采集所述系统的各部分数据，并利用对比图分析所述系统的可靠性；将采集得的实际曲线与理论曲线对比，评估系统性能是否符合要求，并利用模拟发电源控制器与模拟负载控制器的可控性，对所述系统进行极限情况、故障情况的可靠性测试。本发明提供一种可方便研究分析风光储联合发电系统的经济性、可靠性指标的风光储联合并网发电测试方法、平台及系统。
文档编号G01R31/36GK102590744SQ20111000683
公开日2012年7月18日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者余铁辉, 刘霞辉, 吴佳梁, 廖晶晶, 曾赣生 申请人:三一电气有限责任公司