智能电网电力电子装置自动化测试技术研究

引言：

近年来，随着我国能源结构深度调整与可再生能源大规模并网趋势的不断增强，电网运行复杂性持续上升，传统集中式电力系统正加速向分布式、自愈式、柔性可调的智能电网形态演进。在此过程中，电力电子装置作为支撑能量双向流动、功率快速响应与电能质量调节的核心器件，其可靠运行能力与动态适应性能成为影响智能电网整体运行稳定性的关键变量。为提高测试精度与系统响应的一致性，自动化测试技术应运而生，并迅速成为电力电子装置研发、生产、运行全过程中的关键保障环节。

1、电力电子装置概述

电力电子装置（power electronic equipment）由各类电力电子电路组成的装置，它用于大功率电能的变换和控制，又称变流装置。它包括整流器、逆变器、直流变流器、交流变流器、各类电源和开关、电机调速装置、直流输电装置、感应加热装置、无功补偿装置、电镀电解装置、家用电器变流装置等。

从核心功能视角考察，电力电子装置在电能变换层面表现为对交流与直流、电压等级、频率特性及功率因数的精准控制，完成从能源源端至负荷侧的多状态转换与最优配比任务。在控制策略层，其运算体系通常构建于高性能数字信号处理平台上，具备自适应、模糊控制、模型预测控制等能力，可实现系统多目标函数下的实时优化调节。在通信支撑层，装置普遍兼容 IEC 61850、CAN、Modbus 等多种协议标准，支持上层能量管理系统的双向协同控制。其内部保护与监测系统则集成多维电参量检测与故障容限机制，保障其在复杂工况下稳定运行，具备高度的故障自愈与状态可视能力。

2、智能电网电力电子装置自动化测试技术

2.1 信号注入测试技术

信号注入测试是当前智能电网电力电子装置自动化验证中的关键手段，主要任务在于评估装置在面对扰动信号时的响应特性与动态稳定性。该技术原理基于在电力电子控制闭环系统的特定输入点施加已知激励信号，观测其输出端在时间域与频率域内的响应行为，从而量化系统的增益裕度、相位裕度及带宽匹配程度。在测试实现过程中，测试平台需具备高精度信号发生器、高速同步采集设备及高分辨率的运算处理单元，确保激励与响应之间的因果逻辑可追踪、响应曲线可拟合。测试信号可包括正弦扫频、阶跃响应、PRBS 序列以及自定义扰动序列等，适用于不同工作状态下的建模与判稳分析。例如，在稳态运行场景中施加微小幅度扰动，可验证系统的灵敏度与抗扰特性；在过渡状态或故障前沿加载阶跃信号，有助于揭示控制策略中的滞后与过冲隐患。为避免测试对系统实际运行造成破坏，当前普遍采用模拟工况环境或虚拟装置接口实现非侵入性测试，通过硬件在环技术（HIL）完成信号注入与实时监控的闭环测试架构。并且需要在装置设计早期需同步规划测试通道及相关冗余资源配置，以便后期测试系统的无缝集成。

2.2 故障模拟测试技术

故障模拟测试在电力电子装置自动化测试系统中承担着关键安全校验角色，其核心目的在于评估装置在典型故障模式下的保护策略触发能力、响应速度以及复原稳定性。此类测试可人工构造过压、欠压、短路、开路、过热、谐波激增、信号丢失等异常状态，确保装置在极端电气与热工环境下依然具备稳定停机、有效切换与报警记录等功能。

在具体实现中，故障模拟通常依托硬件故障注入器、负载切换单元与实时数字仿真平台共同构建动态测试环境。测试系统通过配置精确的控制逻辑，可实现对测试时间窗、故障参数强度及持续时间的精准控制，从而模拟多种突发事件。例如，在模拟母线电压跌落时，可监测装置是否触发电压穿越逻辑、是否在规定时间内恢复稳定运行，亦可观测其输出纹波变化趋势与控制器的稳压补偿能力。需要特别指出的是，故障模拟测试应依据国家电网、南方电网或国家标准化技术委员会所发布的相关测试规范进行，避免测试场景偏离实际运行条件。同时，测试过程中应配置多级保护隔离机制，以保障人机设备的操作安全。部分高风险测试环节建议以数字仿真方式预演，确保真实测试阶段数据行为在可预测范围内。

2.3 动态性能测试技术

动态性能测试技术主要关注电力电子装置在非稳态条件下的运行品质与控制响应。该类测试不同于传统静态测试，强调对系统动态过程的细节刻画，重点检验系统在突发负载变化、电源扰动或控制参数切换等工况下的暂态响应速度、系统阻尼特性及动态误差范围。该测试可揭示控制器内部调节策略对负载波动的适应能力，反映其在实际运行环境中的自稳定程度与抗扰逻辑强度。在测试技术路线上，常采用脉冲负载驱动、电压阶跃扰动及工频漂移注入等手段，结合高速同步采样与时间标记机制，对电压、电流、温度、功率因数等变量实现全周期跟踪。尤其在三相不平衡、电压波动或频率偏移条件下，测试平台需具备毫秒级的采样与判断能力，确保能够捕捉电压偏移初态与恢复稳定过程中的边缘行为，从而准确评估控制策略的调整延迟与反馈算法的非线性校正能力。当前工程中较为先进的做法是引入 AI 辅助数据分析工具，配合大数据建模算法实现对动态测试结果的智能归类与偏差识别。借助聚类、异常检测与趋势预测模型，可以有效过滤自然工况噪声影响，提升对控制器异常响应的判别灵敏度。在部分高度集成的智能装置中，动态性能测试已纳入在线测试序列，通过嵌入式诊断模块实时更新装置状态估计模型，并为运维决策系统提供支持。

2.4 协同通信与协议兼容测试技术

协同通信与协议兼容测试技术是智能电网电力电子装置自动化测试中不可或缺的组成部分，旨在验证装置在复杂通信环境中的数据一致性、控制时延容忍度以及跨协议场景下的信息识别与命令响应准确性。随着智能电网体系的分布式趋势增强，单一装置不再孤立运行，而是与监控系统、能量管理平台及其他装置形成耦合联动关系，这对其通信能力与协议适配能力提出了更高要求。测试系统在设计时需具备对 IEC 61850、DNP3、Modbus、IEC 104、CANopen 等主流通信协议的兼容解析能力，并能模拟控制主站及边缘网关设备的复杂行为。测试方法通常采用构造虚拟通信网络，注入时间戳偏移、数据包丢失、码流干扰等异常通信行为，观察装置在接收命令、回传状态及同步时钟等流程中的响应稳定性与容错能力。在多协议互联环境下，测试系统还需具备协议切换控制与解析映射功能，以检验装置协议适配模块的转换逻辑与冗余机制配置是否完备。

结语：

面向智能电网复杂运行环境，电力电子装置自动化测试已成为保障装置性能稳定、控制策略可控及通信协同高效运行的核心环节。本文围绕四项具有代表性的测试技术展开系统性分析，明确各技术在不同测试目标下的实施逻辑与架构需求。未来，随着测试技术与人工智能、大数据分析等先进手段的深度融合，自动化测试将逐步朝着更高程度的自适应、多场景动态协同以及预测性调度方向发展。

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