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网格式发电设备中孤岛检测测试程序的突破孝义

文章来源:宏力五金网  |  2020-02-27

标准DIN V VDE V 0126-1-1或VDE-AR-N 4105或IEEE 1547为供电公共电网的发电设备提供严格的规定。主要目的是协调所有重要的技术规范,并防止“孤岛”条件下的安全风险。

到目前为止,使用无源调谐电路的测试方法在昂贵的部件和工作时间方面都需要相当大的努力。REGATRON TC.ACS系列的电源电路仿真允许简单地通过“模拟阻抗”替换集总元件RLC电路。此外,相同的TC.ACS设备可用于执行基于相同测试电路的所有必要的电压和频率测试,因此符合标准DIN V VDE V 0126-1-1的完整测试要求范围及时支出和材料支出。

标准测试详情

在频率和电压方面,标准DIN V VDE V 0126-1-1或VDE-AR-N 4105分别定义了限制,电力设备需要检测限制,然后断开与电网的连接。当电压低于80%或超过额定电压(UN)的115%时,被测设备(DUT)必须在0.1秒内自动断开电网。此外,低于47.5 Hz和高于51.5 Hz的频率(f)必须在0.1秒内断开。在许多情况下,现在已经使用网格模拟器来确认满足这些要求。

此外,DIN/VDE标准规定必须可靠地检测孤岛状态,并且必须在5秒内执行与公共低压系统的断开。

图1.根据VDE-AR-N 4105检测孤岛运行的测试装置

为了检查孤岛运行的检测,RLC电路(见图1)并联连接到DUT/网格。每个R-LC电路的尺寸适于吸收DUT各相的完整有功和无功功率。当切断与公共系统的连接时(S3),DUT(例如太阳能逆变器)必须在5秒内与公共电网分离。该测试必须在标称频率±0.1Hz和标称系统电压±3%的标称功率的P=25%,50%和100%下运行。在每次成功的测试运行之后,一个参数(L或C)被改变大约。大约1%的范围内±5%并重复测试运行。很明显,这种测试在材料方面相当广泛(R,L的不同值,和C具有相应的电压和电流额定值)和时间。虽然可以使用自动化解决方案,但这些解决方案也耗费大量且昂贵。

RLC电路的品质因数Q必须至少为2。由电路吸收的有功功率不得偏离功率器件馈送的有功功率超过3%。以下关系适用:

测试设置如下:

1.设置电感,使得Q>/=2

2.设置容量,使无功功率(PQ)等于DUT的功率

3.设置电阻,使有功功率等于DUT的功率(在集总元件的情况下,这个有功功率转换成热量!)

4.关闭S1,S2,S3并启动DUT,相应的有功/无功功率增加

5.打开S3(→孤岛开始)并测量直到DUT关闭的时间

使用模拟RLC电路的最先进解决方案

REGATRON提供不同功率和电压范围内的单向和双向高性能AC/DC电源。除了这些DC系列,TC.ACS网格模拟器系列代表了一个完整的四象限AC/AC转换器,具有出色的动态范围和0至30 kVA或0至50 kVA的功率范围。通过巧妙的并联技术,可实现高达1 MVA的系统功率。TC.ACS网格模拟器可以在网格模拟模式,RLC模拟模式或专为高速HIL应用设计的3相线性放大器模式下运行。在电流控制模式下,TC.ACS能够产生电流,该电流根据实际端子电压动态变化。因此,通过快速的机载计算技术,

图2.TC.ACS可用于选择性地模拟R-LC电路或公共电网。这样,可以使用相同的电路执行两种测试(孤岛检测和电压/频率监测)。

在RLC仿真模式下,TC.ACS基于预先计算的值模拟RLC调谐电路,而在网格仿真模式下,可以轻松执行所有电压和频率相关测试。所有相关的“组件值”都可以完全调整。特殊的API编程接口甚至允许根据标准VDE-AR-N 4105[2]自动逐步变化参数。很明显,“模拟阻抗法”强烈地简化了孤岛条件的检测。

图3.使用TC.ACS阻抗仿真的测试设置。对于电压和频率,相关测试开关S3保持打开,并且在网格模拟器模式下操作的TC.ACS正在模拟电网。对于孤岛开关的检测,S3闭合,TC.ACS在RL-C仿真模式下操作,并且模拟的RLC电路在全部操作中调整。再次重新打开S3以测试DUT在孤岛状态下的行为。

在网格仿真模式和RLC仿真模式中使用TC.ACS具有以下优点:

·无需可靠的高功率R/L/C组件组件仓库

·无需耗时的处理和重新校准笨重和部分重的电路元件

·大大简化的测试电路

·无需调整实际组件并在每个测试步骤重新连接

·通过附带的软件ACSControl进行简单的“组件值输入”

·大大减少了时间要求

·简化了调谐电路对准和全面操作的变化

根据所描述的测试设置,可以按照标准的要求将单相和多相停电应用于DUT。在单相情况下,RLC系统仅在一个相位上进行模拟,而在其他相位上则编程卸载操作。

图4.根据DIN/VDE规定的测试序列的流程图。在左侧,传统方法显示为无源元件,右侧显示使用集成解决方案的相同测试。突出橙色的步骤是那些需要最大努力工作和材料的步骤。

使用案例:测试DC/AC转换器以检测孤岛

为了证明RLC电路仿真的能力,REGATRON TC.GSS以再生模式运行,每相标称功率为5 kW(这是DUT作为“Solarinverter”工作)。通过TC.ACS模拟调谐电路,其值在表1中给出。作为驱动DC电源(例如,“太阳能阵列模拟”),正在使用另外的TC.GSS。

通过S3切割电网,该电路显示了TC.ACS在RLC电路仿真模式下完美无缺的孤岛操作。DUT依次检测到孤岛并在规定的时间内完全断开(见图5)。在操作期间可以改变RLC电路的值,以便满足所需的公差。

表1.测试孤岛条件检测的值

图5.孤岛检测测试期间RLC仿真的行为。在岛屿开始后690ms,DUT关闭。Ch1(黄色):DUT Ch2输入端的电压L1-N(红色):RLC仿真器TC.ACS Ch4(绿色)输出端的电流L1:通过S3的电流(流入电网的电流)。在运行状态下,进入电网的RMS电流约为。640mA,因此<3%的额定功率。

简单使用封闭式软件

RLC仿真和网格仿真模式均由ACSControl软件操作,该软件包含在交付范围内。在GridSim模式中,驻留函数发生器可以生成各种各样的电压模式。

在RLCSim模式下,参数值由用户界面设置(参见图6)。随后,执行电路分析,创建在TC.ACS上实时运行的一组微分方程。由此,相电流作为相对相电压的函数被动态地计算。

图6.ACSControl软件的图形界面:可以为每个阶段设置RL-Ctopology。

可调低通滤波器限制电压测量的带宽,这有助于抑制模拟链中的不需要的谐振。同时电压脉冲衰减,防止不希望的高电流。此外,应用程序编程接口(API)提供访问各个参数的可能性。因此,模拟负载可以例如通过阶梯函数可变地设置,阶梯函数是配置自动测试序列时的重要特征。

RLC仿真的其他应用领域

目前,除了上面描述的并联谐振电路之外,还可以使用其他拓扑结构来模拟复阻抗(见下面的图7)。

图7.当前可用的RLC拓扑概述。这些可以根据TC.ACS的系统限制来模拟。

RLC仿真允许定义各种复杂的AC负载,范围从高电感到高kVA区域的纯电容。此外,cos-j步骤是可能的,以便测试移相器。这种测试不仅在三相电网中是可行的,而且对于每个单独的相也是可行的。

可以通过观察TC.ACS设备规格轻松模拟单相至三相负载。交流负载仿真对于R+D工作,交流网络/网格定义,设备测试以及教育目的非常有用。此外,API允许动态参数变化,为可编程负载变化开辟了道路,是网络分析和动态AC设备测试不可或缺的主题。

具有开关模式输出和TC.ACS RLC仿真的测试设备有时需要特别小心。由于TC.ACS输出结构的阻抗复杂,不需要的交流噪声可能会造成干扰。在这种情况下,额外的滤波(即陷波滤波器)将抑制不需要的调制频率。通过这种技术,甚至可以在RLC仿真环境中轻松测试开关模式设备。

图8.根据RLC操作的拓扑结构12模拟(连续)和实际(虚线)阻抗的比较,具有以下值:R=10.6Ω,C=900μF,L=11.66mH,R2=0.1Ω,R3=0.4Ω。在Wfrequency范围>1kHz时,TC.ACS输出滤波器的影响清晰可见。

模拟的约束

在1 kHz以下的频率范围内,由于控制电路中的测量公差和非线性,实际阻抗与计算阻抗之间仅存在较小的局部偏差。但是,这些与实际组件的公差相当。通过调整组件值,可以随时调整值以满足测试要求。

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