儲能逆變器測試平臺設(shè)計和實現(xiàn)

儲能產(chǎn)業(yè)爆發(fā)，儲能逆變器作為產(chǎn)業(yè)鏈中重要的一環(huán)也在迅速增值，因此，對于儲能逆變器進行系統(tǒng)的測試和調(diào)試平臺的開發(fā)顯得尤為重要。

隨著新能源電子設(shè)備的多樣化發(fā)展，控制程序算法的復(fù)雜化需要通過測試平臺獲取更多數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的測試平臺雖然能夠滿足基本的測試需求，但卻無法更好地滿足對數(shù)據(jù)傳輸速度的要求。

測試平臺在獲取數(shù)據(jù)的過程中對數(shù)據(jù)的傳輸速率要求較高，同時還需要具備更多的實用性功能。

基于此，針對平臺對于儲能逆變器人機交互的實際需求，構(gòu)建一個可以根據(jù)用戶的需求進行歷史數(shù)據(jù)存儲的測試軟件平臺，是當(dāng)前的研究重點。

1測試平臺需求分析

1.1儲能逆變器

在智能電網(wǎng)的建設(shè)中，儲能逆變器憑借自身的雙向變流功能可以完成一些特殊的功能。作為一種雙向變流器，不僅可以完成電網(wǎng)電能之間的能量傳輸，還可以完成儲能電能之間的能量傳輸，適用于多種直流儲能單元中。

在直流儲能單元中，儲能逆變器可以快速完成分布式發(fā)電的功能，提高電網(wǎng)對于可再生能源電力的接納。根據(jù)系統(tǒng)的特性，在負(fù)荷的低谷期，需要儲存更多的發(fā)電量以備不時之需，在負(fù)荷的高峰期所釋放的能量，可以有效提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量。圖1為儲能逆變器在電網(wǎng)中的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

儲能逆變器適用于大容量儲能電池的充放電，在充放電系統(tǒng)應(yīng)用時，可以實現(xiàn)雙向流動，實現(xiàn)智能化、穩(wěn)定性和安全性等優(yōu)勢。

在進行儲能逆變器的整個開發(fā)過程中，利用示波器完成對電信號的全面檢測，使用儲能逆變器控制算法進行實際電信號量的研究所獲取的量較少，利用示波器對大量的數(shù)據(jù)進行檢測的過程中，多少會存在一些問題，雖然可以獲取儲能逆變器的電信號，但是經(jīng)過傳感器進行信號轉(zhuǎn)換后，通過AD進行采集不一定保證采集量的正確性。

因此，為了確保系統(tǒng)的正常運行，對程序的變量進行觀察非常有必要。在進行程序觀測的過程中，使用斷點觀測的方式較多，在進行弱電電路的程序調(diào)試和應(yīng)用時，斷點觀測是一種非常有效的調(diào)試方法，但是在大功率的設(shè)備調(diào)試中，斷點觀測無法更好地預(yù)知大功率設(shè)備的狀態(tài)，容易引發(fā)短路故障，存在一定的安全隱患，對于工作人員的安全作業(yè)非常不利。

通過調(diào)試軟件可以讓刷新功能得到保障的同時，提高安全隱患。在進行儲能逆變器大功率設(shè)備的測試過程中，會遇到很多故障問題。發(fā)生故障后，如果沒有及時保存算法的變量信息，將無法準(zhǔn)確獲取故障點的位置和原因。

因此，在進行儲能逆變器的測試和調(diào)試過程中，諧波含量的大小是測試的一個重要指標(biāo)，可以實時獲取儲能逆變器的諧波含量，對于儲能逆變器的測試非常重要?；谝陨蠁栴}，開發(fā)儲能逆變器測試軟件平臺十分有必要。

1.2需求分析

儲能逆變器測試軟件平臺的設(shè)計由人機交互測試平臺和數(shù)據(jù)采集模塊兩部分組成，測試平臺展示如圖2所示。

對于儲能逆變器的傳感器模塊而言，完成信號的轉(zhuǎn)換是一大亮點。通過獲取AD小信號的數(shù)據(jù)，利用DSP控制器進行處理后通過以太網(wǎng)通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端。

測試軟件平臺通過PC端口讀取以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理，并通過測試平臺完成對數(shù)據(jù)結(jié)果的全面分析。

根據(jù)上述對于儲能逆變器測試軟件平臺的總體設(shè)計，對其進行功能模塊的需求分析：

（1）上下位機高速通信：傳統(tǒng)的總線通信速率為460800bps[4]，為了提高通信的準(zhǔn)確度，一般采取最多的是9600bps。CAN總線的通信速率為1Mbps，與工業(yè)以太網(wǎng)的總線差距較大；

傳統(tǒng)總線的可靠性較低，采用CAN或者工業(yè)以太網(wǎng)方可滿足通信傳輸穩(wěn)定性的設(shè)計需求；由于上下位機數(shù)據(jù)的通信中，上位機一般使用PC，CAN總線進行上下位機通信時，需要通過接口卡進行數(shù)據(jù)處理，因此使用CAN的成本較高。

（2）后臺數(shù)據(jù)處理：通過測試軟件平臺接收數(shù)據(jù)后完成對數(shù)據(jù)的處理，主要由儲能逆變器的后臺完成。

（3）數(shù)據(jù)顯示與人機交互：儲能逆變器測試軟件平臺的后臺主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行處理，通過顯示數(shù)據(jù)完成對數(shù)據(jù)的操作，并實現(xiàn)最終的人機交互。

2測試平臺結(jié)構(gòu)及算法設(shè)計

2.1總體結(jié)構(gòu)

儲能逆變器測試軟件平臺通過工業(yè)以太網(wǎng)獲取數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)進行運算分析處理，在實現(xiàn)數(shù)據(jù)展示的同時，也可以根據(jù)用戶的設(shè)置需求，對歷史數(shù)據(jù)進行存儲，測試平臺的數(shù)據(jù)處理流程如圖3所示。

在儲能逆變器的測試軟件平臺開發(fā)時，采用三層結(jié)構(gòu)體系，包括應(yīng)用層、業(yè)務(wù)邏輯層和控制層，對軟件中的各個層次任務(wù)進行分工處理，有助于軟件的開發(fā)。

2.2諧波檢測算法

2.3效率計算方法

2.4高速通信協(xié)議

3測試平臺模塊實現(xiàn)

3.1數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)的過程為：

電壓電流傳感器→信號調(diào)理電路→AD→DSP，通過傳感器將強電信號轉(zhuǎn)化為弱點信號，通過AD采集后利用以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到測試平臺中。

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集模塊主要通過AD公司旗下的8通道、16位的芯片AD7606，完成輸入信號的采樣，讓所有的通道采集速率都可以達到200kSPS。

3.2以太網(wǎng)通信模塊的實現(xiàn)實現(xiàn)過程為：

數(shù)據(jù)采集模塊→DSP→RTL→儲能逆變器測試軟件平臺。測試軟件平臺的數(shù)據(jù)傳輸利用工業(yè)以太網(wǎng)進行，將數(shù)據(jù)采集模塊中的數(shù)據(jù)通過DSP傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)的控制器中，以太網(wǎng)將其傳輸?shù)綔y試平臺中。

上下位機的數(shù)據(jù)通信使用RTL8019AS進行通信，該控制器的電路簡單，操作方便，通信速率高，可以滿足該平臺的設(shè)計需求。

3.3諧波檢測模塊的實現(xiàn)使用基-2FFT算法實現(xiàn)

通過蝶形運算，完成對FFT算法的諧波檢測分析。有效值計算模塊的實現(xiàn)，在同等電阻上增加直流和交流，通過交通流量的周期，讓直流和交流的熱量相等，得到交通流量的有效值。

4結(jié)語

儲能逆變器的測試軟件平臺設(shè)計，主要是針對儲能逆變器而開發(fā)的一款測試軟件，該軟件也可以應(yīng)用在其他的逆變器中進行調(diào)試。

通過對諧波檢測算法的分析，得到抑制頻譜泄露的原理，對進一步提高測試平臺的實時性具有顯著作用。

通過對各個模塊的功能實現(xiàn)進行分析后得到，使用C++可以實現(xiàn)儲能逆變器的測試軟件平臺設(shè)計，完成對諧波分析、檢測、采集、計算、顯示和保存等功能的分析，驗證了該設(shè)計方案的可行性。

參考資料：儲能逆變器測試平臺設(shè)計和實現(xiàn)；作者：李春，陳國棟上海電氣輸配電集團技術(shù)中心

原文始發(fā)于微信公眾號（艾邦儲能與充電）：儲能逆變器測試平臺設(shè)計和實現(xiàn)