如何解決太陽能逆變器的電磁兼容問題

太陽能逆變器是太陽能或光伏裝置的一個重要子系統(tǒng)。完成將新產生的電能饋到電網中的關鍵步驟需要用到這些設備。就像從白熾燈到最新筆記本電腦技術的每一次進步，電子流都可能帶來能量的散布，從而引起電磁干擾。當然，接下來必然會關注怎樣預防和降低這種干擾，從而實現電磁兼容。更進一步，電磁兼容自身的概念包括定義某個限值，低于這個限值多個設備和系統(tǒng)就能同時有效工作，而不會對外產生干擾問題或者被外界干擾。最后，這種指令性標準的最終貢獻是確定限值和測試程序，以及規(guī)定真正能實現兼容的測試設備。

太陽能逆變器和電磁兼容：難題

現在，要確保太陽能逆變器的電磁兼容還是存在問題的。這是因為需要產生大量的電能，而許多警告僅僅是提醒要謹慎過程。另一個困難產生在處理效率問題的時候——例如，需要將太陽能裝置產生的功率比例最大化，這種功率是指進入電網后實際能用的功率。高效率意味著快速的切換操作，這樣就有陡峭的上升時間和下降時間，從而引起干擾。而且，尋求設計更為經濟的太陽能逆變器導致在拓撲結構圖中省去了變壓器。這樣的設計會產生高電壓及快速上升的電壓火花——伴隨產生了不想要的電磁干擾。

相關標準

就像許多技術變化很快的其他領域，電磁能設備的電磁兼容管理已經跟不上實際發(fā)展的腳步?，F在還沒有管理太陽能逆變器的特定標準。實際上，對太陽能逆變器并沒有準確的分類。很多時候將太陽能逆變器定義為家庭裝置；工科醫(yī)（工業(yè)、科學、醫(yī)療）設備；或者信息技術器件。這些任意的描述使太陽能逆變器必須符合EN55014,EN55011或EN55022標準。目前，我們正在致力制訂專門用于光伏電能產生系統(tǒng)的標準。德國電子技術委員會的K373委員會已經分為五個項目分別制定特定的標準，包括：太陽能電池，太陽能面板；用于光伏系統(tǒng)的連接器；確定光伏系統(tǒng)的仿真程序；以及搭建光伏系統(tǒng)。

K373委員會的工作是很有需求的。今天，太陽能逆變器的制造商抱怨要在他們的設備上貼上CE標志，就意味著他們必須要通過以下標準：

● 符合IEC 60950-1:2003-08和EN 50178:1998-04規(guī)定的設備安全性標準
● 符合61000-4-6-3：2002-08和EN 61000-6-4：2008以及EN 61000-6-4：2002-08規(guī)定的發(fā)射標準
● 符合EN 61000-3-2:2001-12規(guī)定的功率回饋到干線標準

太陽能逆變器的測試系統(tǒng)

開發(fā)了包含干線模擬系統(tǒng)（具有功率回饋）和光伏photovoltaic）模擬單元（圖1）的測試系統(tǒng)是最近取得的一項成就，它有利于澄清現有混亂的標準。光伏模擬器用于模擬太陽能面板。用戶能夠通過精確控制的系統(tǒng)迅速調節(jié)程序，模擬出不同類型太陽能面板的特性及它們變化的功率輸出。該系統(tǒng)甚至還能準確模擬平靜的和狂暴的天氣狀況（圖2）。這種特性提供了電磁兼容測試的關鍵參量——完全在相同條件下做重復性測試。

圖1：太陽能逆變器測試系統(tǒng)的設計。測試系統(tǒng)包括含有干線模擬單元的干線部分，一個光伏模擬器和一個功率恢復單元

圖2：電流/電壓曲線如上面的圖所示，下面的圖畫的是功率特性曲線，該曲線具有最大功率點和由局部遮擋效應產生的次大值

測試系統(tǒng)將光伏模擬器的輸出饋到干線模擬單元。干線模擬單元包括經過校準的測試設備，該設備用于檢查被測設備是否與相關歐盟標準規(guī)定的發(fā)射和抗擾度限值相符?；謴蛦卧试S一定程度的熱散發(fā)，因此該測試系統(tǒng)適合用于測試幾千瓦到 100千瓦以上的太陽能逆變器。

很多時候將太陽能逆變器定義為家庭裝置；工科醫(yī)（工業(yè)、科學、醫(yī)療）設備；或者信息技術器件基本的電磁兼容系統(tǒng)干線模擬器的基本單元由一個四象放大器和一個用于低頻傳導現場的交流/直流電壓源構成。這種放大器基于線性推挽式設計。它包括以下一些特征：

● 即使在極度非線性條件下也只有很小的諧波失真。
● 大于52V/μs的快速電壓轉換速率（EN 61000-4-11規(guī)定在均方值為240V時上升時間小于5μs）
● 從直流到5kHz的寬信號帶寬（-3dB）——可選到15或30kHz
● 選擇小信號帶寬就能到50或100KHz

測試單元的核心是一個分析儀參考系統(tǒng)（ARS），這個系統(tǒng)根據標準IEC61000-3-2和IEC61000-3-3分析諧波和閃爍。 在分析儀參考系統(tǒng)中，數字閃爍計滿足標準IEC61000-4-15的要求，實時諧波分析儀滿足IEC61000-4-7的要求。配上經過校準的干線阻抗網絡分別在兩個通道進行閃爍測試?？烧{的干線阻抗模擬系統(tǒng)特別適用于電流大于16安培的情況。

恢復單元

如果要根據相關標準精確測量太陽能逆變器和將功率饋入電網的其他設備，如風力發(fā)電機和綜合供熱供電發(fā)電設備，那么測試裝置的干線模擬系統(tǒng)必須能夠承受大電流。實際上，從模擬器出來的功率（替代實際干線出來的功率）饋到測試系統(tǒng)時，對系統(tǒng)來說是一種損耗，當其工作在功率/電流工作模式時，它也為整個系統(tǒng)的功率損耗貢獻了一部分。與放大器輸出并聯(lián)的負載電阻將輸入功率轉化為熱量。因此，產生的最大熱量只能達到額定功率的30%。

另一方面，恢復單元的工作方式完全不同，它會增加功率散發(fā)和能量恢復。恢復單元替代了負載電阻，通過不斷調節(jié)阻抗實現匹配，使恢復單元表現出純電阻特性，從而吸收被測設備輸出的功率。這種調節(jié)可以在一毫秒以內完成。總而言之，恢復單元確保了持續(xù)實現最佳阻抗以及快速變化輸入功率。它也確保了不會將功率轉化為熱量，從而確保功率以很高的效率流進電網。

恢復單元與四象放大器并聯(lián)連接。當放大器處于源模操作時，恢復單元不起作用，對放大器沒有影響。一旦引入了電流，電流馬上流入電網，從而旁路掉四象放大器。這種方法確保了能量恢復單元具有75%的效率。如果要精確模擬實際操作，實時進行這個過程以及能夠接受任意電流波形極為重要。放大器對模擬的干線電壓起著決定性作用，此時它不受恢復單元的影響?？傮w上，這種系統(tǒng)拓撲結構和損耗減少能夠以五倍系數提高放大器的性能。

利用以上介紹的測試系統(tǒng)，用戶能夠確定太陽能逆變器在各種輸入條件和變化的干線條件下的電磁性能。光伏模擬器為測試選項提供了多種選擇，它使用戶能夠測試其他關鍵參量，包括功率發(fā)生器追蹤和監(jiān)視最大功率點（MPP）的效率。這些特征確保了光伏發(fā)生器在最大功率點能夠連續(xù)操作。