一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统和测试方法与流程

1.本发明涉及储能系统自动化测试技术领域，尤其涉及一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统和测试方法。


背景技术：

2.在大型储能系统集成的过程中，检验储能系统的四象限功率控制功能是最为关键的环节之一，通常会通过测试储能系统的有功出力和无功出力来检验储能系统额定出力的1.05倍视在功率四象限的运行情况，10mw储能系统对应的四象限图测试点的有功出力和无功出力情况如图1所示。在测试过程中，通过向储能系统同时发送有功、无功指令，通过录波仪的实时检测储能系统有功、无功的响应过程，得出实际的响应的“四象限圆”，从而评价储能系统的储能功率控制功能和性能。
3.目前的储能系统四象限功率控制功能的测试方法是：在能量管理系统(ems)上，按照一定时间间隔顺序手动输入不小于42组的有功、无功指令序列，并传输至储能变流器单元(pcs)驱动储能系统充放电，最后通过录波仪采集储能系统的充放电响应数据，得出储能系统的各个测试点的实际有功、无功静态值。这种人工测试方法劳动强度大，且容易输出数值，测试效率低下，且准确性难以保障。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统和测试方法，用于解决现有的人工输入有功和无功指令序列对储能系统四象限功率控制功能进行测试的方式，效率低下，且准确性难以保障的技术问题。
5.有鉴于此，本发明第一方面提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统，包括储能能量管理系统中央控制器、储能变流器单元和录波仪，还包括微控制器、触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器；
6.触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器分别与微控制器连接；
7.网络适配器通过以太网与储能能量管理系统中央控制器连接，储能能量管理系统中央控制器与储能变流器单元连接；
8.输入/输出模块连接录波仪的第一输入端口；
9.储能变流器单元连接录波仪的第二输入端口；
10.微控制器内置储能系统四象限功率控制测试指令产生算法，储能系统四象限功率控制测试指令产生算法包括第1象限功率控制指令产生算法、第2象限功率控制指令产生算法、第3象限功率控制指令产生算法和第4象限功率控制指令产生算法；
11.触摸显示屏用于显示储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和信号发生时间间隔，其中，储能系统四象限功率控制测试项包括第1象限功率控制测试项、第2象限功率控制测试项、第3象限功率控制测试项和第4象限功率控制测试项，储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和信号发生时间间隔支持选择与修改。
12.可选地，第1象限功率控制测试项的指令产生算法包括第1象限离散量计算公式和第1象限功率控制指令保持公式；
13.第1象限离散量计算公式为：
[0014][0015]
第1象限功率控制指令保持公式为：
[0016][0017]
其中，为k时刻的第1象限离散有功指令，为k时刻的第1象限离散无功指令，k为离散数列号，ts为两个离散序列点的间隔时间，pn为储能系统的额定功率，p
d1
(t)为第1象限的t时刻的有功指令，q
d1
(t)为第1象限的t时刻的无功指令。
[0018]
可选地，第2象限功率控制测试项的指令产生算法包括第2象限离散量计算公式和第2象限功率控制指令保持公式；
[0019]
第2象限离散量计算公式为：
[0020][0021]
第2象限功率控制指令保持公式为：
[0022][0023]
其中，为k时刻的第2象限离散有功指令，为k时刻的第2象限离散无功指令，p
d2
(t)为第2象限的t时刻的有功指令，q
d2
(t)为第2象限的t时刻的无功指令。
[0024]
可选地，第3象限功率控制测试项的指令产生算法包括第3象限离散量计算公式和第3象限功率控制指令保持公式；
[0025]
第3象限离散量计算公式为：
[0026][0027]
第3象限功率控制指令保持公式为：
[0028][0029]
其中，为k时刻的第3象限离散有功指令，为k时刻的第3象限离散无功指令，p
d3
(t)为第3象限的t时刻的有功指令，q
d3
(t)为第3象限的t时刻的无功指令。
[0030]
可选地，第4象限功率控制测试项的指令产生算法包括第4象限离散量计算公式和第4象限功率控制指令保持公式；
[0031]
第4象限离散量计算公式为：
[0032][0033]
第4象限功率控制指令保持公式为：
[0034][0035]
其中，为k时刻的第4象限离散有功指令，为k时刻的第4象限离散无功指令，p
d4
(t)为第4象限的t时刻的有功指令，q
d4
(t)为第4象限的t时刻的无功指令。
[0036]
可选地，触摸显示屏还用于显示储能系统四象限功率控制测试项的信号曲线。
[0037]
本发明第二方面提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试方法，包括：
[0038]
搭建储能系统四象限功率控制自动化测试系统，储能系统四象限功率控制自动化测试系统包括储能能量管理系统中央控制器、储能变流器单元、录波仪、微控制器、触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器；
[0039]
微控制器获取测试人员在触摸显示屏上选择的储能系统四象限功率控制测试项、储能系统额定功率和信号发生时间间隔信息；
[0040]
微控制器根据储能系统四象限功率控制测试项、储能系统额定功率和信号发生时间间隔信息，基于储能系统四象限功率控制测试指令产生算法，生成对应的功率控制信号，其中，储能系统四象限功率控制测试指令产生算法包括第1象限功率控制指令产生算法、第2象限功率控制指令产生算法、第3象限功率控制指令产生算法和第4象限功率控制指令产生算法；
[0041]
微控制器将生成的功率控制信号经输入/输出模块发送给录波仪，同时经过网络适配器将生成的功率控制信号发送给储能能量管理系统中央控制器；
[0042]
录波仪显示微控制器发送的功率控制信号，并在接收到储能变流器单元根据储能能量管理系统中央控制器的驱动指令生成的响应信号之后，显示响应信号，其中，储能能量管理系统中央控制器在接收到微控制器的功率控制信号之后，向储能变流器单元发送对应的驱动指令。
[0043]
可选地，第1象限功率控制测试项的指令产生算法包括第1象限离散量计算公式和第1象限功率控制指令保持公式；
[0044]
第1象限离散量计算公式为：
[0045][0046]
第1象限功率控制指令保持公式为：
[0047][0048]
其中，为k时刻的第1象限离散有功指令，为k时刻的第1象限离散无功指令，k为离散数列号，ts为两个离散序列点的间隔时间，pn为储能系统的额定功率，p
d1
(t)为第1象限的t时刻的有功指令，q
d1
(t)为第1象限的t时刻的无功指令。
[0049]
可选地，第2象限功率控制测试项的指令产生算法包括第2象限离散量计算公式和第2象限功率控制指令保持公式；
[0050]
第2象限离散量计算公式为：
[0051][0052]
第2象限功率控制指令保持公式为：
[0053][0054]
其中，为k时刻的第2象限离散有功指令，为k时刻的第2象限离散无功指令，p
d2
(t)为第2象限的t时刻的有功指令，q
d2
(t)为第2象限的t时刻的无功指令。
[0055]
可选地，第3象限功率控制测试项的指令产生算法包括第3象限离散量计算公式和第3象限功率控制指令保持公式；
[0056]
第3象限离散量计算公式为：
[0057][0058]
第3象限功率控制指令保持公式为：
[0059][0060]
其中，为k时刻的第3象限离散有功指令，为k时刻的第3象限离散无功指令，p
d3
(t)为第3象限的t时刻的有功指令，q
d3
(t)为第3象限的t时刻的无功指令；
[0061]
第4象限功率控制测试项的指令产生算法包括第4象限离散量计算公式和第4象限功率控制指令保持公式；
[0062]
第4象限离散量计算公式为：
[0063][0064]
第4象限功率控制指令保持公式为：
[0065][0066]
其中，为k时刻的第4象限离散有功指令，为k时刻的第4象限离散无功指令，p
d4
(t)为第4象限的t时刻的有功指令，q
d4
(t)为第4象限的t时刻的无功指令。
[0067]
从以上技术方案可以看出，本发明提供的储能系统四象限功率控制自动化测试和测试方法具有以下优点：
[0068]
本发明提供的储能系统四象限功率控制自动化测试系统和测试方法，测试人员可通过触摸显示屏设置储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号
发生时间间隔，由微控制器根据设置的储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号发生时间间隔产生对应的信号，然后同时发送给录波仪和储能能量管理系统中央控制器，再通过录波仪接收储能变流器单元受储能能量管理系统中央控制器驱动后产生的响应信号，从而得到储能系统的响应特性，全程只需要测试人员在触摸显示屏上设置储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号发生时间间隔，即可自动完成相应的测试，不需要人工按照一定时间间隔顺序在毫安信号发生仪表上手动输入有功指令序列，避免了人工测试的低效性和低准确性，解决了采用人工测试方式进行储能系统功能测试，效率低下，且准确性不高的技术问题。
附图说明
[0069]
为了更清楚的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的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0070]
图1为10mw储能系统对应的四象限图测试点的有功出力和无功出力情况示意图；
[0071]
图2为本发明提供的一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统的结构示意图；
[0072]
图3为本发明提供的一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统的触摸显示屏人机交互界面示意图；
[0073]
图4为本发明提供的一种储能系统四象限功率控制自动化测试方法的流程示意图。
具体实施方式
[0074]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0075]
为了便于理解，请参阅图2和图3，本发明中提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统的实施例，包括储能能量管理系统中央控制器、储能变流器单元和录波仪，还包括微控制器、触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器；
[0076]
触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器分别与微控制器连接；
[0077]
网络适配器通过以太网与储能能量管理系统中央控制器连接，储能能量管理系统中央控制器与储能变流器单元连接；
[0078]
输入/输出模块连接录波仪的第一输入端口；
[0079]
储能变流器单元连接录波仪的第二输入端口；
[0080]
微控制器内置储能系统四象限功率控制测试指令产生算法，储能系统四象限功率控制测试指令产生算法包括第1象限功率控制指令产生算法、第2象限功率控制指令产生算法、第3象限功率控制指令产生算法和第4象限功率控制指令产生算法；
[0081]
触摸显示屏用于显示储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和信
号发生时间间隔，其中，储能系统四象限功率控制测试项包括第1象限功率控制测试项、第2象限功率控制测试项、第3象限功率控制测试项和第4象限功率控制测试项，储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和信号发生时间间隔支持选择与修改。
[0082]
需要说明的是，在现有的储能系统测试过程中，在能量管理系统(ems)上，按照一定时间间隔顺序手动输入不小于42组的有功、无功指令序列，并传输至储能变流器单元，驱动储能系统充放电。最后通过录波仪采集数据，得出储能系统的各个测试点的实际有功、无功静态值，其劳动强度大，而且容易输错数值，测试效率低下。针对这些缺点，本发明提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试系统，可以自动地按照既定的流程，向储能能量管理系统ems发送指令，然后传输至电流变换装置pcs，同时向录波仪传输4-20ma相应的指令。经过比对分析录波仪采集的响应信号数据来测试储能系统四象限功率控制功能和性能。既能提高测试过程的准确性，也提升了储能系统功能测试的效率。对于不同的储能系统配置和应用场景，本发明的测试系统均可适用。
[0083]
本发明提供的储能系统四象限功率控制自动化测试系统由储能能量管理系统中央控制器、储能变流器单元和录波仪，还包括微控制器、触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器组成，微控制器由电源适配器连接电源供电，微控制器可以通过网络适配器经以太网与储能能量管理系统中央控制器连接，也可以通过4-20ma直流信号线与储能能量管理系统中央控制器连接。触摸显示屏与微控制器连接，提供了人机交互界面，测试人员可通过触摸显示屏上的人机交互界面选择测试功能项，例如第1象限功率控制测试项、第2象限功率控制测试项、第3象限功率控制测试项和第4象限功率控制测试项等，选择好测试功能项之后，在触摸显示屏上的人机交互界面上输入储能系统的额定功率和信号发生时间间隔(可根据实际情况进行选择，一般不小于30s)，当然，触摸显示屏的人机交互界面还可以设置其它项目选项，例如信号线的连通状态(打开com、关闭com、连接tcp或断开tcp)以及使用的数据交换协议(mrtu、mtcp、104或61850)。
[0084]
当测试人员输入好测试参数(测试功能项(即第1象限功率控制测试项、第2象限功率控制测试项、第3象限功率控制测试项或第4象限功率控制测试项)、储能系统的额定功率、信号发生时间间隔、信号传输方式和传输协议等)，点击开始测试按钮之后，微控制器获得以上信息，根据目标测试功能项、储能系统的额定功率和信号发生时间间隔信息，基于储能系统四象限功率控制测试指令产生算法，生成对应的信号，并根据设置的信号传输方式和传输协议将生成的对应的信号同时分别发送至储能能量管理系统中央控制器和录波仪，录波仪显示微控制器发送的信号，储能能量管理系统中央控制器在接收到微控制器的信号之后，向储能变流器单元发送对应的驱动指令，使得储能变流器单元依据驱动指令进行充放电操作，向录波仪发送响应信号，录波仪在接收到储能变流器单元根据储能能量管理系统中央控制器的驱动指令生成的响应信号之后，显示响应信号，从而依据录波仪的数据获得储能系统的各个测试点的响应特性。
[0085]
具体地，还可以在触摸显示屏的人机交互界面划定数据显示区域，用于显示测试功能项的信号曲线，便于测试人员查看微控制器产生的信号信息。
[0086]
储能系统四象限功率控制功能测试主要是通过测试储能系统的有功出力和无功出力来检验储能系统额定出力的1.05倍视在功率四象限的运行情况，即视在功率为储能系统额定功率的1.05倍，因而有功指令和无功指令的时间序列需满足：
[0087][0088]
其中，pn为储能系统的额定功率，pd为储能系统的有功功率指令，qd为储能系统的无功功率指令。
[0089]
具体地，第1象限功率控制测试项的指令产生算法包括第1象限离散量计算公式和第1象限功率控制指令保持公式；
[0090]
第1象限离散量计算公式为：
[0091][0092]
第1象限功率控制指令保持公式为：
[0093][0094]
其中，为k时刻的第1象限离散有功指令，为k时刻的第1象限离散无功指令，k为离散数列号，ts为两个离散序列点的间隔时间(根据实际需要在触摸显示屏人机交互界面上设置)，pn为储能系统的额定功率，p
d1
(t)为第1象限的t时刻的有功指令，q
d1
(t)为第1象限的t时刻的无功指令，在两个离散间隔时间段内，有功和无功指令等于上一次整数间隔时间点对应的离散有功、离散无功指令。
[0095]
第2象限功率控制测试项的指令产生算法包括第2象限离散量计算公式和第2象限功率控制指令保持公式；
[0096]
第2象限离散量计算公式为：
[0097][0098]
第2象限功率控制指令保持公式为：
[0099][0100]
其中，为k时刻的第2象限离散有功指令，为k时刻的第2象限离散无功指令，p
d2
(t)为第2象限的t时刻的有功指令，q
d2
(t)为第2象限的t时刻的无功指令，在两个离散间隔时间段内，有功和无功指令等于上一次整数间隔时间点对应的离散有功、离散无功指令。
[0101]
第3象限功率控制测试项的指令产生算法包括第3象限离散量计算公式和第3象限功率控制指令保持公式；
[0102]
第3象限离散量计算公式为：
[0103][0104]
第3象限功率控制指令保持公式为：
[0105][0106]
其中，为k时刻的第3象限离散有功指令，为k时刻的第3象限离散无功指令，p
d3
(t)为第3象限的t时刻的有功指令，q
d3
(t)为第3象限的t时刻的无功指令，在两个离散间隔时间段内，有功和无功指令等于上一次整数间隔时间点对应的离散有功、离散无功指令。
[0107]
第4象限功率控制测试项的指令产生算法包括第4象限离散量计算公式和第4象限功率控制指令保持公式；
[0108]
第4象限离散量计算公式为：
[0109][0110]
第4象限功率控制指令保持公式为：
[0111][0112]
其中，为k时刻的第4象限离散有功指令，为k时刻的第4象限离散无功指令，p
d4
(t)为第4象限的t时刻的有功指令，q
d4
(t)为第4象限的t时刻的无功指令，在两个离散间隔时间段内，有功和无功指令等于上一次整数间隔时间点对应的离散有功、离散无功指令。
[0113]
本发明提供的储能系统四象限功率控制自动化测试系统，测试人员可通过触摸显示屏设置储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号发生时间间隔，由微控制器根据设置的储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号发生时间间隔产生对应的信号，然后同时发送给录波仪和储能能量管理系统中央控制器，再通过录波仪接收储能变流器单元受储能能量管理系统中央控制器驱动后产生的响应信号，从而得到储能系统的响应特性，全程只需要测试人员在触摸显示屏上设置储能系统四象限功率控制测试项、储能系统的额定功率和对应的信号发生时间间隔，即可自动完成相应的测试，不需要人工按照一定时间间隔顺序在毫安信号发生仪表上手动输入有功指令序列，避免了人工测试的低效性和低准确性，解决了采用人工测试方式进行储能系统功能测试，效率低下，且准确性不高的技术问题。
[0114]
为了便于理解，请参阅图4，本发明中提供了一种储能系统四象限功率控制自动化测试方法的实施例，包括：
[0115]
步骤101、搭建储能系统四象限功率控制自动化测试系统，储能系统四象限功率控制自动化测试系统包括储能能量管理系统中央控制器、储能变流器单元、录波仪、微控制器、触摸显示屏、输入/输出模块和网络适配器。
[0116]
步骤102、微控制器获取测试人员在触摸显示屏上选择的储能系统四象限功率控制测试项、储能系统额定功率和信号发生时间间隔信息。
[0117]
步骤103、微控制器根据储能系统四象限功率控制测试项、储能系统额定功率和信
号发生时间间隔信息，基于储能系统四象限功率控制测试指令产生算法，生成对应的功率控制信号，其中，储能系统四象限功率控制测试指令产生算法包括第1象限功率控制指令产生算法、第2象限功率控制指令产生算法、第3象限功率控制指令产生算法和第4象限功率控制指令产生算法。
[0118]
步骤104、微控制器将生成的功率控制信号经输入/输出模块发送给录波仪，同时经过网络适配器将生成的功率控制信号发送给储能能量管理系统中央控制器。
[0119]
步骤105、录波仪显示微控制器发送的功率控制信号，并在接收到储能变流器单元根据储能能量管理系统中央控制器的驱动指令生成的响应信号之后，显示响应信号，其中，储能能量管理系统中央控制器在接收到微控制器的功率控制信号之后，向储能变流器单元发送对应的驱动指令。
[0120]
第1象限功率控制测试项的指令产生算法包括第1象限离散量计算公式和第1象限功率控制指令保持公式；
[0121]
第1象限离散量计算公式为：
[0122][0123]
第1象限功率控制指令保持公式为：
[0124][0125]
其中，为k时刻的第1象限离散有功指令，为k时刻的第1象限离散无功指令，k为离散数列号，ts为两个离散序列点的间隔时间，pn为储能系统的额定功率，p
d1
(t)为第1象限的t时刻的有功指令，q
d1
(t)为第1象限的t时刻的无功指令。
[0126]
第2象限功率控制测试项的指令产生算法包括第2象限离散量计算公式和第2象限功率控制指令保持公式；
[0127]
第2象限离散量计算公式为：
[0128][0129]
第2象限功率控制指令保持公式为：
[0130][0131]
其中，为k时刻的第2象限离散有功指令，为k时刻的第2象限离散无功指令，p
d2
(t)为第2象限的t时刻的有功指令，q
d2
(t)为第2象限的t时刻的无功指令。
[0132]
第3象限功率控制测试项的指令产生算法包括第3象限离散量计算公式和第3象限功率控制指令保持公式；
[0133]
第3象限离散量计算公式为：
[0134][0135]
第3象限功率控制指令保持公式为：
[0136][0137]
其中，为k时刻的第3象限离散有功指令，为k时刻的第3象限离散无功指令，p
d3
(t)为第3象限的t时刻的有功指令，q
d3
(t)为第3象限的t时刻的无功指令；
[0138]
第4象限功率控制测试项的指令产生算法包括第4象限离散量计算公式和第4象限功率控制指令保持公式；
[0139]
第4象限离散量计算公式为：
[0140][0141]
第4象限功率控制指令保持公式为：
[0142][0143]
其中，为k时刻的第4象限离散有功指令，为k时刻的第4象限离散无功指令，p
d4
(t)为第4象限的t时刻的有功指令，q
d4
(t)为第4象限的t时刻的无功指令。
[0144]
在微控制器生成对应的功率控制信号时，还包括：
[0145]
将生成的对应的功率控制信号发送给触摸显示屏，使得触摸显示屏显示储能系统四象限功率控制测试项的信号曲线。
[0146]
本发明实施例中提供的储能系统四象限功率控制自动化测试方法的工作原理与前述储能系统四象限功率控制自动化测试系统实施例中的储能系统四象限功率控制自动化测试系统工作原理相同，在此不再进行赘述。
[0147]
本发明提供的储能系统四象限功率控制自动化测试方法，测试人员可通过触摸显示屏设置目标测试功能项和对应的信号发生时间间隔，由微控制器根据设置的目标测试功能项和对应的信号发生时间间隔产生对应的信号，然后同时发送给录波仪和储能能量管理系统中央控制器，再通过录波仪接收储能变流器单元受储能能量管理系统中央控制器驱动后产生的响应信号，从而得到储能系统的响应特性，全程只需要测试人员在触摸显示屏上设置目标测试功能项和对应的信号发生时间间隔，即可自动完成相应的测试，不需要人工按照一定时间间隔顺序在毫安信号发生仪表上手动输入有功指令序列，避免了人工测试的低效性和低准确性，解决了采用人工测试方式进行储能系统功能测试，效率低下，且准确性不高的技术问题。
[0148]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。