光伏发电测试评估系统
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光伏发电测试评估系统
光伏发电测试评估系统
1 光伏户用发电系统测试平台
2 光伏并网发电系统测试平台
3
微电网监控系统
4
总结
北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
卫星电源
太阳能 电动汽车
应用领域
太阳能 充电器
家庭光伏 发电系统
太阳能 无人飞机
太阳能 路灯
www.buaa.edu.cn
TCP/
上
IP
位
上传/
机
接收 数据
www.buaa.edu.cn
打包/ 解包 数据
数据筛选 数据筛选
数据筛选
…... …... …... …...
解码 解码
接收/发送1 接收/发送2
通信设备1 通信设备2
解码
接收/发送24
通信设备24
北京航空航天大学 电气系
微电网监控系统
微电网能量管理系统
微电网能量管理 (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 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PCC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 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 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。 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。 (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 安全中断标准。按照能量管理系统的控制指令充放电。 (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 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。
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北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
Login
Set the test parameters
Start test
Initial capacity
test
Battery charge cycle
System Second
functional capacity
大电网 全国联网
分布式 发电
微电网 发电系统
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(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)、 储能装置(蓄电池、 超级电容器、 飞轮等)、 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。
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北京航空航天大学 电气系
微电网监控系统
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北京航空航天大学 电气系
微电网监控系统
微电网监控系统功能
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；
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。
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北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
光
伏
阵
并网
列
逆变器
电网
光伏 阵列 模拟
器
Idc Vdc
被测并网 逆变器
Iac Vac
模拟 电网
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功率分析仪
测试系统示意图
负载
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：
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。
test
test
Recovery test
Final capacity
test
Operation at
maximum voltage
Determination of the system balance point
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NO Test is finish?
YES
Report
北京航空航天大学 电气系
并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法
性能试验
保护试验
◆逆变效率测试 ◆逆变加权效率测试 ◆并网电流谐波（1～100 次）测试 ◆功率因数(PF)测试 ◆工作电压稳定度测试 ◆工作频率稳定度测试 ◆直流分量测试 ◆ MPPT效率测试
◆过/欠压保护 ◆过/欠频保护 ◆防孤岛效应保护 ◆恢复并网保护
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K1
光
光伏
伏
阵列
阵
模拟
列
器
被测并网 逆变器
示波器
K2
电网
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防孤岛效应保护试验平台
北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
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。
北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
此太阳能发电测试系统由光伏阵列、PV模拟器（REGATRON TC.P.20.800.400.S）、逆 变器(POWER-ONE PVI5000)、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：
防孤岛效应保护的试验条件 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
A 100%额定交流输出功率 > 直 流 输 入 电 压 范 围 的 制造商规定的电压和频率跳
90%
闸值
B （50～66）%额定交流输出 直 流 输 入 电 压 范 围 的 设定电压和频率跳闸值为额
设计测试软硬件 按照IEC62124标准进行测试
打印最终测试报告
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测试系统 完成
北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
光伏并网发电优点：
费用低
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、白 天日照强风速小、夜晚无日照风速 大等气候特点，风能与太阳能在时 间和空间上有着极强的互补性。
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。
FT PV-On
Load-On
UBC1
PV-On
PV-Off
Load-Off
Load-On
RT
UBC2
PV-On
PV-Off
Load-Off（见标准） Load-On
12hrs LVD
T>5hrs VI=外观检查 VI
T<0.5hrs
5-72hrs
VI
VI
12hrs
时间t
VI
VI
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性能试验的合格判据。
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北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
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：
蓄电池电压V
UBCo
PV-On
PV-Off
HVD Load-Off Load-On
BC PV-On
Load-Off
恢复试验:确定光伏系统对蓄电பைடு நூலகம்再充电和放电的能力。 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。
过放保护（充电控制器）
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光伏户用发电系统测试平台
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北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
(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。
北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
(IEC 62124-2004,IDT) 独立光伏系统设计验证
功能试验 独立运行天数试验
恢复试验
评估整个系统的性能
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。
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。
功率
50%±10%
定值
C （25～33）%额定交流输出 < 直 流 输 入 电 压 范 围 的 设定电压和频率跳闸值为额
功率
10%
定值
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北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
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北京航空航天大学 电气系
微电网监控系统
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，电网的脆弱性暴 露出来。
●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。
户用光伏系统测试试验图解
北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
UBC0
Vreg BC FT UBC1
RT UBC2
LVD
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）。
控制器确定的电池充满时的电压水平。 电池充电：功能试验前蓄电池的再充电。 功能试验：运行功能试验验证系统和负载运行是否正常。 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。
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北京航空航天大学 电气系
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
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
结构简单 易于调度
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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
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北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
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北京航空航天大学 电气系
光伏并网发电系统测试平台
北京鉴衡认证中心认证技术规范
光伏发电测试评估系统
光伏发电测试评估系统
1 光伏户用发电系统测试平台
2 光伏并网发电系统测试平台
3
微电网监控系统
4
总结
北京航空航天大学 电气系
光伏户用发电系统测试平台
卫星电源
太阳能 电动汽车
应用领域
太阳能 充电器
家庭光伏 发电系统
太阳能 无人飞机
太阳能 路灯
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TCP/
上
IP
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解码 解码
接收/发送1 接收/发送2
通信设备1 通信设备2
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微电网能量管理系统
微电网能量管理 (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 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PCC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 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 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。 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。 (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 安全中断标准。按照能量管理系统的控制指令充放电。 (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 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。
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微电网 发电系统
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(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)、 储能装置(蓄电池、 超级电容器、 飞轮等)、 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。
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微电网监控系统功能
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；
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。
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测试系统示意图
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防孤岛试验：
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。
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性能试验
保护试验
◆逆变效率测试 ◆逆变加权效率测试 ◆并网电流谐波（1～100 次）测试 ◆功率因数(PF)测试 ◆工作电压稳定度测试 ◆工作频率稳定度测试 ◆直流分量测试 ◆ MPPT效率测试
◆过/欠压保护 ◆过/欠频保护 ◆防孤岛效应保护 ◆恢复并网保护
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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。
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此太阳能发电测试系统由光伏阵列、PV模拟器（REGATRON TC.P.20.800.400.S）、逆 变器(POWER-ONE PVI5000)、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：
防孤岛效应保护的试验条件 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
A 100%额定交流输出功率 > 直 流 输 入 电 压 范 围 的 制造商规定的电压和频率跳
90%
闸值
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光伏并网发电优点：
费用低
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、白 天日照强风速小、夜晚无日照风速 大等气候特点，风能与太阳能在时 间和空间上有着极强的互补性。
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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。
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PV-Off
Load-Off（见标准） Load-On
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T>5hrs VI=外观检查 VI
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5-72hrs
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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：
蓄电池电压V
UBCo
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HVD Load-Off Load-On
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(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。
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功能试验 独立运行天数试验
恢复试验
评估整个系统的性能
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。
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。
功率
50%±10%
定值
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功率
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●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。
户用光伏系统测试试验图解
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UBC0
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RT UBC2
LVD
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）。
控制器确定的电池充满时的电压水平。 电池充电：功能试验前蓄电池的再充电。 功能试验：运行功能试验验证系统和负载运行是否正常。 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。
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光伏并网发电的孤岛问题、低电压穿越问题
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