作者：KEN CHRISTENSEN，全球產(chǎn)品經(jīng)理，電力和能源Keysight Technologies

并網(wǎng)分布式發(fā)電是全球公用事業(yè)電力生產(chǎn)組合中越來越重要的組成部分。隨著越來越多的可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)和并網(wǎng)存儲(chǔ)設(shè)備的安裝和發(fā)電能力的實(shí)現(xiàn)，它們的貢獻(xiàn)已被證明是一種可行的電力來源，有助于電網(wǎng)穩(wěn)定。為了使這一趨勢(shì)持續(xù)下去并與傳統(tǒng)發(fā)電資源競(jìng)爭(zhēng)，分布式發(fā)電機(jī)必須繼續(xù)提高其效率和可靠性，以便為電力生產(chǎn)商提供最低的能源平準(zhǔn)化成本 (LCOE)。

DER 測(cè)試手套并網(wǎng)發(fā)電機(jī)，例如風(fēng)能和太陽能逆變器，以及雙向并網(wǎng)存儲(chǔ)被認(rèn)為是分布式能源 (DER)，有時(shí)也稱為分布式發(fā)電機(jī) (DG)。測(cè)試和認(rèn)證 DER 的時(shí)間和資源挑戰(zhàn)是 DER 供應(yīng)商日益增加的負(fù)擔(dān)。最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室能夠測(cè)試各種環(huán)境條件、電網(wǎng)電氣特性和系統(tǒng)組件。這種復(fù)雜的可變參數(shù)集不可能在現(xiàn)實(shí)世界中及時(shí)進(jìn)行測(cè)試。例如，在早晨啟動(dòng)條件下測(cè)試太陽能逆變器的性能，每天只能進(jìn)行一次，使用一組天氣條件和一種太陽能電池組件。如果條件不正確或測(cè)試設(shè)置有問題，測(cè)試必須等待更好的一天。受控實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是應(yīng)對(duì) DER 供應(yīng)商日益增長(zhǎng)的上市時(shí)間壓力的唯一合理方法。

任何并網(wǎng)發(fā)電機(jī)都需要進(jìn)行大量測(cè)試。這些測(cè)試可分為四個(gè)領(lǐng)域（括號(hào)中為北美太陽能逆變器的每個(gè)領(lǐng)域的示例）：

產(chǎn)品設(shè)計(jì)驗(yàn)證

安全/電氣規(guī)范/政府法規(guī)（NFPA70/NEC、FCC）

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 1547/UL1741、CEC 逆變器效率）

電網(wǎng)連接要求（CAISO 規(guī)則 21、ERCOT、WECC）

此外，分布式發(fā)電機(jī)的供應(yīng)商被要求對(duì)發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行條件下的性能進(jìn)行完整的表征，當(dāng)設(shè)備在項(xiàng)目生命周期（通常超過 20 年）內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可以體驗(yàn)到這些運(yùn)行條件。在所有這些操作條件下，工程師都需要測(cè)量電能質(zhì)量、諧波、能量產(chǎn)生和電源轉(zhuǎn)換效率。?

太陽能逆變器：DER 測(cè)試示例太陽能逆變器是 DER 的絕佳示例。對(duì)前面列出的所有領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)試通常會(huì)占用開發(fā)太陽能逆變器所需時(shí)間的 30% 到 40%。太陽能逆變器必須在最惡劣的環(huán)境條件下可靠地發(fā)電——從一月份在加拿大北部屋頂吹雪到八月份在美國(guó)西南部沙漠吹沙。逆變器必須能夠檢測(cè)異常電壓和頻率條件，并根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的判斷“穿越”或斷開連接。

太陽能發(fā)電站財(cái)務(wù)可行性的最重要方面之一是太陽能逆變器如何最大限度地提高從直流到交流電的轉(zhuǎn)換效率。在發(fā)電機(jī)的整個(gè)生命周期內(nèi)，能源產(chǎn)量增加的百分之幾可能導(dǎo)致公用事業(yè)規(guī)模項(xiàng)目的能源增加數(shù)百或數(shù)千美元，甚至數(shù)百萬美元。由于當(dāng)今能源經(jīng)濟(jì)的利潤(rùn)微薄，這些財(cái)務(wù)收益通常會(huì)影響項(xiàng)目的可行性。

太陽能逆變器的整體轉(zhuǎn)換效率主要由兩個(gè)關(guān)鍵部分決定：最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 效率和直流到交流電源轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池板產(chǎn)生的功率取決于其運(yùn)行位置及其特征電流 - 電壓 (IV) 曲線上的位置（圖 1）。面板產(chǎn)生的電流隨著輻照的增加而增加。電壓隨溫度升高而降低。一整天，溫度和輻照度都在不斷變化。準(zhǔn)確有效地跟蹤最大功率點(diǎn) (MPP) 是逆變器中嵌入的控制固件的工作。在某種程度上，這些控制算法是每個(gè)逆變器的“秘密武器”。

圖 1：太陽能電池板的典型 IV 和功率曲線示例顯示了最大功率點(diǎn)跟蹤在不同輻照度情況下必須如何變化。

為了測(cè)試逆變器跟蹤太陽能陣列最大功率點(diǎn)的能力，測(cè)試工程師可以使用光伏 (PV) 陣列模擬器來模擬其目標(biāo)陣列技術(shù)的行為。PV 陣列模擬器產(chǎn)生與特定太陽能電池板的功率生產(chǎn)特性相匹配的功率曲線，因?yàn)槊總€(gè)太陽能電池板模型都有其獨(dú)特的 IV 曲線，具體取決于其技術(shù)（薄膜、多晶硅等）和太陽能電池設(shè)計(jì)特性. （想象一下在沒有光伏陣列模擬器的情況下嘗試測(cè)試每個(gè)可能的太陽能電池板/逆變器組合的復(fù)雜性和成本?。?/p>

先進(jìn)的光伏陣列模擬器還可以根據(jù) EN50530（測(cè)量 MPPT 性能的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）自動(dòng)執(zhí)行測(cè)試和報(bào)告。EN50530 協(xié)議在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模式下運(yùn)行逆變器的 MPP 跟蹤器，以持續(xù)測(cè)量逆變器的 MPPT 效率，這個(gè)過程需要近七個(gè)小時(shí)才能完全完成！當(dāng)然，EN50530 協(xié)議的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的報(bào)告的自動(dòng)生成可以提高測(cè)試工程師的效率。

直流到交流電源轉(zhuǎn)換測(cè)試通常遵循桑迪亞逆變器測(cè)試協(xié)議和/或 IEC 61683，該國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了測(cè)量功率調(diào)節(jié)器效率的程序。這些是需要環(huán)境測(cè)試室和精密測(cè)量?jī)x器的復(fù)雜程序。與所有測(cè)量一樣，測(cè)試儀器必須具有比您想要進(jìn)行的測(cè)量更好的精度。大多數(shù)現(xiàn)代太陽能逆變器的峰值轉(zhuǎn)換效率都在 98% 以上，工程師們正試圖在他們的設(shè)計(jì)中看到 0.1% 的轉(zhuǎn)換效率提升。因此，需要使用精度至少為 0.05% 的功率分析儀來測(cè)量直流輸入和交流輸出。

為了增加所有這些測(cè)試的復(fù)雜性，太陽能逆變器技術(shù)也在不斷變化。為了降低組件成本、安裝成本和 I 2 T 損耗，太陽能陣列的直流電壓不斷增加。包括太陽能電池板和逆變器在內(nèi)的下一代太陽能發(fā)電機(jī)的運(yùn)行電壓為 1,500 Vdc。因此，測(cè)試實(shí)驗(yàn)室必須升級(jí)他們的功率分析儀、光伏陣列模擬器和電源，以便在這種更高的直流電壓下運(yùn)行。

Keysight Technologies 測(cè)試解決方案示例能夠測(cè)試下一代 1,500-Vdc 逆變器以及當(dāng)前的 600-和 1,000-Vdc 逆變器，包括 Keysight N8937APV PV 陣列模擬器和連接到 12-Vdc 的 Keysight IntegraVision PA2203A 功率分析儀kVA，三相太陽能逆變器（圖2）。借助此解決方案，工程師可以模擬真實(shí)環(huán)境條件并評(píng)估其對(duì)逆變器各個(gè)方面的影響，如http://bit.ly/29hFpji上的視頻所示。該逆變器測(cè)試解決方案與交流電網(wǎng)模擬器相結(jié)合，使工程師能夠測(cè)試電能質(zhì)量問題、發(fā)電機(jī)電能質(zhì)量和效率。?

圖 2：在本測(cè)試示例中，使用 N8900APV 光伏陣列模擬器（所示為 60 kW 配置）和 PA2203A IntegraVision 功率分析儀對(duì) 12 kVA 三相逆變器進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試分布式能源發(fā)電機(jī)的挑戰(zhàn)可能令人生畏。除了風(fēng)能和太陽能逆變器之外，并網(wǎng)電池存儲(chǔ)、電動(dòng)汽車和電動(dòng)汽車充電器最近也被添加到 DER 列表中。隨著分布式能源和微電網(wǎng)在電網(wǎng)上的普及，電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商所需的資格測(cè)試無疑會(huì)增加。電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的主要職責(zé)之一是為其成員提供清潔、可靠的電力。如果在將產(chǎn)品連接到電網(wǎng)之前沒有進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏y(cè)試，電網(wǎng)就會(huì)變得不那么可靠。尋找測(cè)試和測(cè)量領(lǐng)導(dǎo)者與這些設(shè)備的供應(yīng)商合作，以站在發(fā)電行業(yè)這場(chǎng)革命的前沿。

審核編輯 黃昊宇