國網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司 劉召杰

國網(wǎng)上海市電力公司 管必萍 戴人杰

國網(wǎng)上海能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司 黃 浩

中建三局第一建設(shè)工程有限責(zé)任公司 王勇鋒

通常電壓源型并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接口裝置，它具有很多優(yōu)勢，例如功率因數(shù)可控等，其主要作用是能量轉(zhuǎn)換和功率控制。光伏并網(wǎng)逆變器的使用狀況會影響整個電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，因此搭建多場景性能測試平臺有重要意義，通過檢測光伏并網(wǎng)逆變器的性能，使其符合標(biāo)準(zhǔn)要求，從而更加有效地為大眾服務(wù)。

1 多場景性能測試平臺架構(gòu)

結(jié)合相關(guān)資料可知，光伏并網(wǎng)逆變器是為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供各種電源變換和接入方案的轉(zhuǎn)換器，其多用于電網(wǎng)延伸不便地區(qū)。為了保證檢測信息的準(zhǔn)確率，搭建的光伏并網(wǎng)逆變器的性能檢測平臺檢測的內(nèi)容通常包括：檢測光伏逆變器的設(shè)備運行效率、檢測光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤準(zhǔn)確性、檢測并網(wǎng)電能質(zhì)量低電壓穿越能力；同時，此平臺還可以檢測逆變器的防孤島性能狀況等。想要確保光伏并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定運行，檢測平臺的檢測效果至關(guān)重要，當(dāng)前檢測平臺綜合性檢測還有很大的發(fā)展空間，因此多性能一體化監(jiān)測平臺架構(gòu)成為了研究重點。為了實現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的一體化監(jiān)測，嘗試搭建了光伏逆變器多場景性能測試平臺，此平臺的架構(gòu)和硬件組成見圖1，其架構(gòu)包括光伏模擬器待檢測逆變器樣機、控制保護系統(tǒng)等幾部分，且這些結(jié)構(gòu)每一部分都在整體中發(fā)揮自己的作用。

圖1 光伏并網(wǎng)逆變器多場景性能檢測平臺架構(gòu)

測試平臺由多個部分組成，其中，光伏模擬器可以模擬光伏陣列在陰影情況下的多峰值光伏曲線。電能質(zhì)量/功率分析儀主要是對電流諧波、功率波動以及設(shè)備效率進行測試，通過采取防孤島檢測標(biāo)準(zhǔn)，針對阻性感性和容性負(fù)載情況運用RLC負(fù)載對孤島檢測算法進行測試。此測試平臺架構(gòu)方便測試各種不同類型的電網(wǎng)運行狀況。

2 光伏并網(wǎng)逆變器多場景性能測試步驟

光伏逆變器的測試項目分為多個場景，不同場景的測試要求存在差別，構(gòu)建的光伏逆變器多場景性能測試平臺需要可以進行完整的性能測試，下面針對幾種重要的測試內(nèi)容進行分析。

2.1 最大功率追蹤測試

通常的光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率是具有隨機性和間歇性的，其對外界氣候條件較為敏感，例如：光照和溫度變化都會對光伏發(fā)電的輸出功率造成影響。在天氣狀況良好時，光伏電池特性曲線的最大功率點存在單峰值特性，當(dāng)光伏電池受到氣候因素影響或者被遮蓋時，會使得光伏電池特性曲線呈現(xiàn)多峰值特性，因此，在進行最大功率跟蹤算法編寫時，需要考慮光伏電池多峰值問題。

光伏最大功率的跟蹤精確度計算公式為：

式(1)中，Ppv和Popt分別代表光伏電池板的輸出功率和輸入功率。

2.2 逆變器效率測試

光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)備效率的計算公式如下：

式(2)中，Pout和Pin分別代表光伏逆變器的輸出功率和輸入功率。在進行測試時，為了保證獲得效率曲線，需要對多個負(fù)載點進行測試。

2.3 電能質(zhì)量測試

為了使光伏并網(wǎng)逆變器的電流符合標(biāo)準(zhǔn)，需要對其進行電能質(zhì)量測試，通過對電流的總諧波畸變率和各次諧波的含量進行測試，從而針對性的對光伏逆變器進行調(diào)試。測試時需要奇、偶次諧波滿足相關(guān)限值（見表1）。另外，在進行電能質(zhì)量測試時，可以選用FLUKE435電能質(zhì)量分析儀，在檢測完畢后便于將結(jié)果導(dǎo)入電腦中，為日后的分析提供方便。

表1 奇數(shù)和偶數(shù)次諧波含有率限值

2.4 防孤島測試

在進行防孤島測試時，首先，將并網(wǎng)開關(guān)和RLC負(fù)載開關(guān)閉合，然后啟動并網(wǎng)逆變器；其次，觀察開關(guān)閉合后的電壓幅值和變化頻率；最后，觀察到電壓幅值和頻率變化范圍超過允許范圍時，需要結(jié)合過欠電壓和頻率保護封鎖DSP驅(qū)動脈沖，并且準(zhǔn)確記錄切除時間，進行孤島檢測的標(biāo)準(zhǔn)時間如表2所示。

表2 孤島檢測的最大允許時間

3 測試平臺的實驗驗證

為了保證構(gòu)建的多場景檢測平臺具有可行性和有效性，需要運用搭建的實驗平臺進行相關(guān)實驗。

3.1 最大功率跟蹤測試

光伏并網(wǎng)逆變器在運用的時候會面臨不同氣候，在進行最大功率跟蹤測試時，應(yīng)充分考慮不同季節(jié)的典型氣候條件。在測試時，選擇典型氣候作為模擬條件，輸入光伏發(fā)電系統(tǒng)實際輸出功率和最大功率跟蹤功率指令值，然后每間隔5min收集一次數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)如實記錄在Excel中，測試完成后將所有數(shù)據(jù)導(dǎo)入Matlab軟件進行處理。最后,根據(jù)軟件處理的結(jié)果進行分析可知，MPPT功率指令與實際情況中光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率基本相同，不會隨著外界條件改變而變化，可知此檢測平臺在戶外最大功率跟蹤測試環(huán)節(jié)的有效性。

3.2 效率測試

根據(jù)2.2中的測試步驟，選取幾個額定負(fù)載點功率進行測試。為了更好的體現(xiàn)測試平臺的檢測效果，本次實驗選取的額定負(fù)載點功率百分?jǐn)?shù)為5%，然后依次加5%，遞增到30%，接著再選取50%、75%和100%的額定負(fù)載點功率百分?jǐn)?shù),選取完成后得到一系列數(shù)據(jù)，最后計算得出此次試驗測試效率為96.25%、97.32%、97.9%、98.28%、98.54%、98.67%、98.94%、98.51%、97.21%。

3.3 電能質(zhì)量測試

通過FLUKE435對并網(wǎng)的電流諧波進行測試，最后測試出來并網(wǎng)電流的總諧波畸變率為2.1%，此檢測結(jié)果小于標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 孤島檢測測試

運用此檢測平臺進行光伏并網(wǎng)逆變器的孤島監(jiān)測性能實驗，結(jié)合實驗過程及結(jié)果發(fā)現(xiàn)，進行試驗時，并網(wǎng)在初始條件下可以保持正常運行，隨著實驗的進行，電網(wǎng)電壓在特定觸發(fā)點斷開之后，電網(wǎng)電壓的幅值差超過了電壓保護閾值，然后DSP驅(qū)動信號接到了信號，立即進行封鎖，封鎖完成之后逆變器停止運行，此時電流為零。在此過程中可以在并網(wǎng)逆變器的2個工頻周期中檢測出孤島，結(jié)合測試結(jié)果可知此平臺可以有效檢測出孤島監(jiān)測性能。

結(jié)論：本文通過對構(gòu)建的多場景性能測試平臺進行分析，針對構(gòu)建時存在的問題，對平臺架構(gòu)需要的軟硬件進行改進。對此平臺的可行性和有效性進行實驗測試，并根據(jù)實際情況設(shè)計重要性能測試步驟，對光伏并網(wǎng)逆變器的最大功率跟蹤效率、電能質(zhì)量等進行測試，并進行防孤島性能檢測；根據(jù)實驗中的現(xiàn)象和所得結(jié)果，分析實驗得出的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)此檢測平臺對光伏并網(wǎng)逆變器的重要性能檢測效果符合標(biāo)準(zhǔn)要求，構(gòu)建的多場景平臺可以通過開關(guān)的控制調(diào)整，靈活的選擇模擬不同場景進行測試，改善了傳統(tǒng)檢測平臺的不足，實現(xiàn)了多性能測試實驗一體化進行。