利用MX/RS可再生交直流電源測(cè)試逆變器

　　光伏逆變器需要進(jìn)行一系列的測(cè)試，驗(yàn)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(cè)試項(xiàng)目時(shí)，一臺(tái)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(tái)具備這些功能的性能優(yōu)越的測(cè)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(tái)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(duì)逆變器進(jìn)行常規(guī)的性能測(cè)試時(shí)，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(cè)試平臺(tái)的搭建。

圖1 使用常規(guī)電源的測(cè)試方案 圖2 使用MX的測(cè)試方案

　　傳統(tǒng)的測(cè)試平臺(tái)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(cè)試大功率的逆變器時(shí)散熱就成了一個(gè)大問題，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)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(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的能耗。簡單的計(jì)算：假設(shè)需測(cè)試100KW的逆變器，需要給該實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室需要至少220KW才能進(jìn)行100KW逆變器的測(cè)試。而MX/RS系列獨(dú)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(cè)試100KW逆變器所需的實(shí)驗(yàn)室能耗（示意圖）

　　圖4 使用AMETEK MX/RS測(cè)試100KW逆變器所需的實(shí)驗(yàn)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(shí)監(jiān)控逆變器的輸出功率，從而可以針對(duì)逆變器可能出現(xiàn)的異常預(yù)先定義保護(hù)措施，提高測(cè)試系統(tǒng)的安全性。待測(cè)逆變器如果長時(shí)間超負(fù)荷輸出，輕則造成自身損壞，嚴(yán)重的甚至可能會(huì)損壞周邊的整套測(cè)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(duì)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(duì)A/B/C三相設(shè)置不同的值），MX/RS會(huì)一直監(jiān)測(cè)輸入電流，當(dāng)出現(xiàn)電流超過該限值的情況時(shí)，MX/RS會(huì)自動(dòng)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(huì)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(shí)MX/RS在經(jīng)過一個(gè)若干秒的等待時(shí)間（圖5中“Delay F”欄中的數(shù)值）后就會(huì)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(gè)若干秒的等待時(shí)間后（圖5中“DELAY R”欄中的數(shù)值），MX/RS會(huì)關(guān)斷輸出。

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本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)11月《測(cè)試測(cè)量特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！

　　作為一臺(tái)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(duì)逆變器進(jìn)行各種測(cè)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(yàn)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(gè)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(shí)，逆變器應(yīng)當(dāng)在指定的時(shí)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(shí)，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(cè)試需求，以及提供重復(fù)性更佳的測(cè)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(cè)試的必測(cè)項(xiàng)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(shí)能夠在100毫秒以內(nèi)脫網(wǎng)。這項(xiàng)測(cè)試的一個(gè)難點(diǎn)是在于普通示波器難以捕捉到頻率發(fā)生跳變的那個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，因?yàn)殡y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(hào)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(shí)給出一個(gè)TTL信號(hào)，以便示波器精確地抓取到跳變發(fā)生時(shí)刻的波形。

　　圖8 頻率跳變時(shí)Trigger Out端口同時(shí)輸出TTL信號(hào)

　　在進(jìn)行短路保護(hù)測(cè)試時(shí)，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(cè)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(tái)100KW逆變器上進(jìn)行了實(shí)際的短路測(cè)試，證實(shí)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(cè)試方案完成短路保護(hù)的測(cè)試，而無需連接RLC并花費(fèi)大量時(shí)間來調(diào)配至平衡狀態(tài)。

　　圖9 短路測(cè)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(cè)試方面，MX/RS也以其強(qiáng)大的功能來滿足客戶的測(cè)試需求。例如在IEC61000-3-15中定義的電壓測(cè)試項(xiàng)目中，其中短時(shí)電壓跌落需要測(cè)試電壓分別跌落至70%、40%、0%并分別持續(xù)1個(gè)周期、2個(gè)周期和5個(gè)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(shí)電壓跌落需要測(cè)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(gè)周期的這樣一個(gè)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(cè)試，可以簡單明了的實(shí)行全部的測(cè)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(shí)電壓跌落測(cè)試的要求定義的測(cè)試序列

　　隨著越來越多的光伏逆變器被接入電網(wǎng)中，對(duì)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(cè)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(jí)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(shí)間、回升時(shí)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(cè)試的另一難點(diǎn)在于交流電源需要能夠在低電壓時(shí)承受較高的無功電流，尤其是在電壓跌落至很低的水平時(shí)逆變器/變頻器會(huì)輸出很高的電流，甚至?xí)銎錁?biāo)稱的最高電流。最極端的測(cè)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(huì)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(cè)試能夠順利進(jìn)行。

　　圖14 使用RS在實(shí)際逆變器上進(jìn)行的電壓跌至0V的測(cè)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(cè)試需求，并大幅減輕測(cè)試平臺(tái)和測(cè)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(cè)試平臺(tái)的優(yōu)先選擇。