利用AMETEK MX/RS可再生交直流電源測試逆變器

光伏逆變器需要進(jìn)行一系列的測試，驗證其性能及抗擾能力并獲得相應(yīng)認(rèn)證之后，才能被允許接入電網(wǎng)工作。在執(zhí)行這些測試項目時，一臺具有吸收逆變器灌入能量、且能模擬各種電網(wǎng)的狀態(tài)的交直流電源是非常重要的。阿美特克的MX或者RS系列交直流電源，正是一臺具備這些功能的性能優(yōu)越的測試儀器。

阿美特克的MX/RS系列電源，能夠最多吸收相當(dāng)于標(biāo)稱功率100%的逆變器反灌能量，也就是說一臺標(biāo)稱功率為90KVA的RS90電源最多可以吸收逆變器輸出的90KW能量，而無需額外的負(fù)載。這也就意味著在對逆變器進(jìn)行常規(guī)的性能測試時，在交流端直接將逆變器和MX/RS相連即可，不需要連接負(fù)載，簡化了測試平臺的搭建。

圖1 使用常規(guī)電源的測試方案

圖2 使用MX的測試方案

傳統(tǒng)的測試平臺需要使用負(fù)載來吸收逆變器的能量，負(fù)載將這部分能量轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，在測試大功率的逆變器時散熱就成了一個大問題，相應(yīng)的實驗室必須能夠提供足夠的散熱條件，而要解決散熱問題就又會產(chǎn)生相應(yīng)的能耗。簡單的計算：假設(shè)需測試100KW的逆變器，需要給該實驗室提供115KW的電能給直流光伏模擬器(以光伏模擬器的轉(zhuǎn)化效率為0.90，逆變器的效率為0.95來折算)，逆變器產(chǎn)生的100KW能量用負(fù)載耗散掉，散熱又需要空調(diào)耗能105KW(以空調(diào)的效率為0.95來折算)，也就是說該實驗室需要至少220KW才能進(jìn)行100KW逆變器的測試。而MX/RS系列獨有的可再生模式，允許將高達(dá)85%的吸收能量反灌回電網(wǎng)，這也就大大減少了能量的損耗。

圖3 使用常規(guī)電源測試100KW逆變器所需的實驗室能耗(示意圖)

圖4 使用AMETEK MX/RS測試100KW逆變器所需的實驗室能耗(示意圖)

由于MX/RS是直接吸收逆變器的反灌能量，這也就使得MX/RS能夠?qū)崟r監(jiān)控逆變器的輸出功率，從而可以針對逆變器可能出現(xiàn)的異常預(yù)先定義保護(hù)措施，提高測試系統(tǒng)的安全性。待測逆變器如果長時間超負(fù)荷輸出，輕則造成自身損壞，嚴(yán)重的甚至可能會損壞周邊的整套測試設(shè)備。MX/RS提供的預(yù)先保護(hù)措施，經(jīng)過客戶簡單的設(shè)置就可以避免這種情況的發(fā)生。

圖5 MX/RS設(shè)置的針對逆變器的保護(hù)

通過設(shè)置允許逆變器反灌回MX/RS的最大電流上限(圖5中“REGEN CURR”欄中的數(shù)值，可針對A/B/C三相設(shè)置不同的值)，MX/RS會一直監(jiān)測輸入電流，當(dāng)出現(xiàn)電流超過該限值的情況時，MX/RS會自動升高電壓，以使得逆變器降低其輸出電流，維持在上限值以內(nèi)。當(dāng)然電壓的抬高也必須在一定范圍以內(nèi)，一般情況下我們會限定為電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓的110%(圖5中“OVER VOLT”欄中的數(shù)值)。如果MX/RS將電壓抬高到110%后而逆變器的反灌電流仍然超過限值，此時MX/RS在經(jīng)過一個若干秒的等待時間(圖5中“Delay F”欄中的數(shù)值)后就會直接改變電路的頻率(圖5中“dFREQ”欄中的數(shù)值)，以使得逆變器下線停止工作。更進(jìn)一步地，假如逆變器在電網(wǎng)頻率改變后仍然沒有停止工作，那么在另一個若干秒的等待時間后(圖5中“DELAY R”欄中的數(shù)值)，MX/RS會關(guān)斷輸出。

作為一臺具備電網(wǎng)模擬能力的電源，MX/RS還可以輕松進(jìn)行各種不同電網(wǎng)狀態(tài)的模擬，以便對逆變器進(jìn)行各種測試，根據(jù)各國不同的規(guī)范要求以及廠家的指標(biāo)定義驗證其是否滿足電網(wǎng)接口的一致性要求和相應(yīng)性能表現(xiàn)。

以交流側(cè)的過欠壓保護(hù)為例。逆變器都有一個允許正常工作的電網(wǎng)電壓范圍，當(dāng)電網(wǎng)電壓異常升高或降低時，逆變器應(yīng)當(dāng)在指定的時間內(nèi)脫網(wǎng)(低電壓穿越要求除外)。例如VDE4105中規(guī)定當(dāng)電網(wǎng)電壓低于80%或者高于110%規(guī)定值時，逆變器應(yīng)當(dāng)在100毫秒以內(nèi)脫網(wǎng)。MX/RS可以輕松的設(shè)置其一相或者多相的電壓值的瞬間跳變。更進(jìn)一步，MX/RS還可以直接指定電壓跳變發(fā)生的相角，以便滿足日漸嚴(yán)苛的廠家測試需求，以及提供重復(fù)性更佳的測試結(jié)果。

圖6 在0度角處的電壓跳變

圖7 在90度角處的電壓跳變

再以交流側(cè)的過欠頻保護(hù)為例。這也是逆變器并網(wǎng)測試的必測項目。還是以VDE4105的規(guī)定為例，該規(guī)范是要求逆變器在電網(wǎng)頻率低于47.5Hz或者高于51.5Hz時能夠在100毫秒以內(nèi)脫網(wǎng)。這項測試的一個難點是在于普通示波器難以捕捉到頻率發(fā)生跳變的那個時間節(jié)點，因為難以在示波器上設(shè)置合適的觸發(fā)條件。MX/RS可以提供額外的觸發(fā)信號來供客戶使用，在其后面板處有專門的Trigger Out輸出端子，可以在電壓或者頻率發(fā)生跳變的瞬間同時給出一個TTL信號，以便示波器精確地抓取到跳變發(fā)生時刻的波形。

圖8 頻率跳變時Trigger Out端口同時輸出TTL信號

在進(jìn)行短路保護(hù)測試時，MX/RS支持在連接逆變器狀態(tài)下直接利用外部電路進(jìn)行短路測試，而無需預(yù)先使逆變器轉(zhuǎn)換到孤島狀態(tài)。我們使用RS90在一臺100KW逆變器上進(jìn)行了實際的短路測試，證實即使在電壓被外部電路強(qiáng)制拉低到0V的情況下，MX/RS系列仍然能夠確保在逆變器關(guān)閉之前持續(xù)穩(wěn)定的工作，從而能夠使用較為簡單的測試方案完成短路保護(hù)的測試，而無需連接RLC并花費大量時間來調(diào)配至平衡狀態(tài)。

圖9 短路測試電路示意圖

圖10 將A/B/C三相短路后的電流波形

圖11 將A/B/C三相和地短路后的電流波形

而在抗擾度測試方面，MX/RS也以其強(qiáng)大的功能來滿足客戶的測試需求。例如在IEC61000-3-15中定義的電壓測試項目中，其中短時電壓跌落需要測試電壓分別跌落至70%、40%、0%并分別持續(xù)1個周期、2個周期和5個周期情況下的逆變器表現(xiàn)，并且定義了每次電壓跌落的起始相角應(yīng)當(dāng)是在0度角;而長時電壓跌落需要測試電壓以2%為步進(jìn)間距，從100%逐漸降低到80%，每次跌落持續(xù)10個周期的這樣一個過程。MX/RS配套的軟件提供的瞬態(tài)列表功能可以使得客戶輕松地直接按照規(guī)范的要求來施行這樣的測試，可以簡單明了的實行全部的測試或者是只做其中的某些步驟;另更有相應(yīng)的IEC功能選件來進(jìn)一步簡化客戶的操作，直接按照IEC規(guī)范的要求輸入相應(yīng)的參數(shù)即可。

圖12 根據(jù)IEC61000-3-15短時電壓跌落測試的要求定義的測試序列

隨著越來越多的光伏逆變器被接入電網(wǎng)中，對于逆變器的低電壓穿越要求也受到越來越多的重視，包括在德國、意大利、中國等國的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中都增加了相應(yīng)的要求。作為測試所需的交流電源來說，其應(yīng)當(dāng)能夠提供足夠的靈活性以便根據(jù)各國的不同標(biāo)準(zhǔn)、不同功率等級的逆變器的不同要求，來生成相應(yīng)的波形輸出，比如不同的跌落幅度、跌落持續(xù)時間、回升時間，以及單相、雙相、三相等各種平衡及不平衡跌落類型。阿美特克MX/RS系列標(biāo)配就提供強(qiáng)大的控制軟件，可以滿足客戶的所需。

圖13 使用MX/RS配套軟件設(shè)置LVRT的參數(shù)

做低電壓穿越測試的另一難點在于交流電源需要能夠在低電壓時承受較高的無功電流，尤其是在電壓跌落至很低的水平時逆變器/變頻器會輸出很高的電流，甚至?xí)銎錁?biāo)稱的最高電流。最極端的測試場景就是交流源需要模擬電壓跌落到0V，在跌落的瞬間逆變器會輸出波形嚴(yán)重畸變、峰值極高的電流，交流源必須能夠承受并維持正常工作，不允許損壞或者保護(hù)。在這方面MX/RS也給出了詳盡的規(guī)格參數(shù)，確?？蛻舻臏y試能夠順利進(jìn)行。

圖14 使用RS在實際逆變器上進(jìn)行的電壓跌至0V的測試

綜上所述，阿美特克MX/RS系列可再生交直流電源憑借其先進(jìn)的功能、強(qiáng)大的性能、豐富的配套軟件能力，可以充分滿足光伏逆變器的各種測試需求，并大幅減輕測試平臺和測試操作的復(fù)雜度，大大提高了整體系統(tǒng)的可靠性和安全性，不失為逆變器測試平臺的優(yōu)先選擇。