光伏逆变器多场景性能测试平台与实验研究

国网上海能源互联网研究院有限公司 刘召杰

国网上海市电力公司 管必萍 戴人杰

国网上海能源互联网研究院有限公司 黄 浩

中建三局第一建设工程有限责任公司 王勇锋

通常电压源型并网逆变器是光伏发电系统的并网接口装置，它具有很多优势，例如功率因数可控等，其主要作用是能量转换和功率控制。光伏并网逆变器的使用状况会影响整个电力系统的电能质量，因此搭建多场景性能测试平台有重要意义，通过检测光伏并网逆变器的性能，使其符合标准要求，从而更加有效地为大众服务。

1 多场景性能测试平台架构

结合相关资料可知，光伏并网逆变器是为太阳能光伏发电系统提供各种电源变换和接入方案的转换器，其多用于电网延伸不便地区。为了保证检测信息的准确率，搭建的光伏并网逆变器的性能检测平台检测的内容通常包括：检测光伏逆变器的设备运行效率、检测光伏并网逆变器的最大功率跟踪准确性、检测并网电能质量低电压穿越能力；同时，此平台还可以检测逆变器的防孤岛性能状况等。想要确保光伏并网逆变器稳定运行，检测平台的检测效果至关重要，当前检测平台综合性检测还有很大的发展空间，因此多性能一体化监测平台架构成为了研究重点。为了实现光伏并网逆变器的一体化监测，尝试搭建了光伏逆变器多场景性能测试平台，此平台的架构和硬件组成见图1，其架构包括光伏模拟器待检测逆变器样机、控制保护系统等几部分，且这些结构每一部分都在整体中发挥自己的作用。

图1 光伏并网逆变器多场景性能检测平台架构

测试平台由多个部分组成，其中，光伏模拟器可以模拟光伏阵列在阴影情况下的多峰值光伏曲线。电能质量/功率分析仪主要是对电流谐波、功率波动以及设备效率进行测试，通过采取防孤岛检测标准，针对阻性感性和容性负载情况运用RLC负载对孤岛检测算法进行测试。此测试平台架构方便测试各种不同类型的电网运行状况。

2 光伏并网逆变器多场景性能测试步骤

光伏逆变器的测试项目分为多个场景，不同场景的测试要求存在差别，构建的光伏逆变器多场景性能测试平台需要可以进行完整的性能测试，下面针对几种重要的测试内容进行分析。

2.1 最大功率追踪测试

通常的光伏发电系统的输出功率是具有随机性和间歇性的，其对外界气候条件较为敏感，例如：光照和温度变化都会对光伏发电的输出功率造成影响。在天气状况良好时，光伏电池特性曲线的最大功率点存在单峰值特性，当光伏电池受到气候因素影响或者被遮盖时，会使得光伏电池特性曲线呈现多峰值特性，因此，在进行最大功率跟踪算法编写时，需要考虑光伏电池多峰值问题。

光伏最大功率的跟踪精确度计算公式为：

式(1)中，Ppv和Popt分别代表光伏电池板的输出功率和输入功率。

2.2 逆变器效率测试

光伏并网逆变器设备效率的计算公式如下：

式(2)中，Pout和Pin分别代表光伏逆变器的输出功率和输入功率。在进行测试时，为了保证获得效率曲线，需要对多个负载点进行测试。

2.3 电能质量测试

为了使光伏并网逆变器的电流符合标准，需要对其进行电能质量测试，通过对电流的总谐波畸变率和各次谐波的含量进行测试，从而针对性的对光伏逆变器进行调试。测试时需要奇、偶次谐波满足相关限值（见表1）。另外，在进行电能质量测试时，可以选用FLUKE435电能质量分析仪，在检测完毕后便于将结果导入电脑中，为日后的分析提供方便。

表1 奇数和偶数次谐波含有率限值

2.4 防孤岛测试

在进行防孤岛测试时，首先，将并网开关和RLC负载开关闭合，然后启动并网逆变器；其次，观察开关闭合后的电压幅值和变化频率；最后，观察到电压幅值和频率变化范围超过允许范围时，需要结合过欠电压和频率保护封锁DSP驱动脉冲，并且准确记录切除时间，进行孤岛检测的标准时间如表2所示。

表2 孤岛检测的最大允许时间

3 测试平台的实验验证

为了保证构建的多场景检测平台具有可行性和有效性，需要运用搭建的实验平台进行相关实验。

3.1 最大功率跟踪测试

光伏并网逆变器在运用的时候会面临不同气候，在进行最大功率跟踪测试时，应充分考虑不同季节的典型气候条件。在测试时，选择典型气候作为模拟条件，输入光伏发电系统实际输出功率和最大功率跟踪功率指令值，然后每间隔5min收集一次数据，并将数据如实记录在Excel中，测试完成后将所有数据导入Matlab软件进行处理。最后,根据软件处理的结果进行分析可知，MPPT功率指令与实际情况中光伏发电系统的输出功率基本相同，不会随着外界条件改变而变化，可知此检测平台在户外最大功率跟踪测试环节的有效性。

3.2 效率测试

根据2.2中的测试步骤，选取几个额定负载点功率进行测试。为了更好的体现测试平台的检测效果，本次实验选取的额定负载点功率百分数为5%，然后依次加5%，递增到30%，接着再选取50%、75%和100%的额定负载点功率百分数,选取完成后得到一系列数据，最后计算得出此次试验测试效率为96.25%、97.32%、97.9%、98.28%、98.54%、98.67%、98.94%、98.51%、97.21%。

3.3 电能质量测试

通过FLUKE435对并网的电流谐波进行测试，最后测试出来并网电流的总谐波畸变率为2.1%，此检测结果小于标准要求。

3.4 孤岛检测测试

运用此检测平台进行光伏并网逆变器的孤岛监测性能实验，结合实验过程及结果发现，进行试验时，并网在初始条件下可以保持正常运行，随着实验的进行，电网电压在特定触发点断开之后，电网电压的幅值差超过了电压保护阈值，然后DSP驱动信号接到了信号，立即进行封锁，封锁完成之后逆变器停止运行，此时电流为零。在此过程中可以在并网逆变器的2个工频周期中检测出孤岛，结合测试结果可知此平台可以有效检测出孤岛监测性能。

结论：本文通过对构建的多场景性能测试平台进行分析，针对构建时存在的问题，对平台架构需要的软硬件进行改进。对此平台的可行性和有效性进行实验测试，并根据实际情况设计重要性能测试步骤，对光伏并网逆变器的最大功率跟踪效率、电能质量等进行测试，并进行防孤岛性能检测；根据实验中的现象和所得结果，分析实验得出的数据，发现此检测平台对光伏并网逆变器的重要性能检测效果符合标准要求，构建的多场景平台可以通过开关的控制调整，灵活的选择模拟不同场景进行测试，改善了传统检测平台的不足，实现了多性能测试实验一体化进行。