光伏逆变器HIL仿真测试系统解决方案

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光伏逆变器系统

光伏逆变器是将太阳能电池板（光伏组件）产生的直流电（DC）转换为交流电（AC）的关键设备，它是光伏发电系统中的核心部件，是并网型光伏系统能量转换与控制的核心，其性能不仅是保障整个光伏系统稳定、安全、可靠、高效运行的必要条件，同时也是影响整个系统使用寿命的主要因素。

依据光伏逆变器前级是否有DC/DC 变换器可将光伏并网逆变器分为单级式结构与双级式结构，其两种结构示意图如下所示。

光伏逆变器单极式结构

光伏逆变器双极式结构

上述两种结构有各自的优缺点：

光伏逆变器相关功能

最大功率跟踪 / MPPT

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Maximum Power Point Tracking即MPPT是一种用于光伏系统的技术，优化光伏组件的输出功率，太阳能电池板的输出功率会随光照强度、温度和负载条件的变化而变化。MPPT通过实时调整电池板的工作点（电压和电流），使其始终工作在最大功率点（MPP），从而最大化能量输出。

为了实现MPPT，逆变器会持续监测光伏组件的电流和电压变化，并根据这些变化调整自身的工作状态。这通常通过DC/DC变换电路来完成，通过调节PWM驱动信号的占空比来确保光伏组件的输出始终接近最大功率点。

直流转交流

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将光伏组件产生的直流电转换为交流电。

并网功能

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确保输出电流与电网同步，符合并网要求。

保护功能

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提供过压、过流、短路等保护，保障系统安全。

光伏逆变器的结构复杂且精密，各部分协同工作，确保高效、稳定地将直流电转换为交流电。随着技术进步，逆变器结构不断优化，性能不断提升，推动光伏系统整体效率的提高。

根据应用场景和性能特点，光伏逆变器可分为四大类：集中式逆变器、组串式逆变器、集散式逆变器和微型逆变器。

HIL仿真技术

HIL仿真技术是一种将实际硬件与虚拟仿真模型结合的技术，它通过将硬件设备与计算机仿真模型连接起来，模拟真实系统的运行环境，从而对硬件设备和控制算法进行测试和验证，广泛应用于控制系统的开发和测试，相较于常规性系统测试优势如下：

提高开发效率

在项目初期，可以利用HIL系统先行验证控制器软件部分控制策略；

问题定位

能够快速定位和解决系统中的问题，缩短开发周期。

提高覆盖率和精度

复杂场景模拟

可模拟各种极端和复杂工况，提升测试覆盖率；

高精度模型

虚拟模型能精确模拟系统行为，提高测试准确性。

灵活性和可扩展性

参数调整

方便调整系统参数，优化设计；

模块化设计

支持模块化设计，便于扩展和升级。

降低开发成本

减少实物原型

通过虚拟模型减少对昂贵实物原型的依赖；

减少测试风险

在虚拟环境中测试高风险操作，避免硬件损坏；

增强系统可靠性

全面验证

在仿真环境中全面验证系统性能，确保可靠性；

故障注入

模拟各种故障情况，验证系统的容错能力；

安全性

HIL测试极端工况

HIL仿真可以在受控的模拟环境中测试可能对人员或设备造成危险的极端情况；

避免真实风险

在测试过程中，即使出现故障或异常情况，也不会对真实的人员、设备或环境造成损害；

信号级光伏逆变器

HIL仿真测试系统

上位机

01

开发光伏逆变器被控对象实时仿真模型，包括：电网模型，DC/DC变换器，DC/AC变换器，多电平变换器；组态式上位机界面：在线调参，波形显示，数据记录。

实时仿真机

02

运行光伏逆变器被控对象实时仿真模型。

被测的光伏逆变器控制器

03

功率级光伏逆变器

HIL仿真测试系统

上位机

01

开发实时仿真模型，包括：电网模型，电池模型；组态式上位机界面：在线调参，波形显示，数据记录。

实时仿真机

02

运行实时仿真模型

功率放大器

03

在功率级光伏逆变器的测试中，功率放大器用于模拟电网运行状态。

电压调节

可模拟不同电压水平，如高压、低压等状况；

频率调节

能够改变输出频率，模拟电网频率的变化，如频率波动、频率偏移等情况；

相位调节

可以调整输出电压的相位角，模拟三相电网中相位关系的变化；

谐波编辑

能够产生各种谐波成分，模拟电网中的谐波污染情况。通过模拟谐波，可以评估电气设备对谐波的抗干扰能力，以及研究谐波对电力系统的影响和治理方法；

电网事件模拟

如模拟电网的电压扰动（包括电压暂升、暂降、中断等）、频率扰动（频率突变、漂移等）以及三相不平衡等复杂情况，帮助研究人员和工程师深入了解电网在各种异常情况下的特性，以及测试设备和系统在这些恶劣条件下的应对能力和可靠性。

被测试的光伏逆变器系统

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包括光伏逆变器功率电路和光伏逆变器控制器。

功率级光伏逆变器

HIL仿真测试系统

连接相关信号的线束，将模型下载至实时仿真机中并运行，通过上位机发送相关指令，实时模拟测试工况，进行实时仿真测试，并实时记录相关测试数据和波形。

光伏逆变器主要的测试项目：

MPPT自调节控制

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功率控制

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电网适应性

03

电能质量

04

低电压/高电压穿越

05

扫频测试

06

构网型：惯量支撑，

一次调频，阻尼控制

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测试波形

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