新能源发电的核心－逆变器的性能诊断

一、2020年新能源发电的发展

新能源主要包含风能、太阳能、生物质能、核能等。近年，在传统能源供应日趋紧张，环境保护压力加大的背景下，新能源成为我国重要的能源战略。十三五期间国家依旧“主打”低碳绿色，从产业角度来看，光伏、风电与核电等清洁发电产业将获得利好。

图 1  2008-2018年全球光伏历史新增装机变化

二、核心设备逆变器的测试难点

光伏风电作为新能源发电中两种主要形式，作为发电的核心设备，逆变器的功率与转换效率的提升就成为设计与生产的重点。这里我们针对光伏风电发电，来跟大家分享下测试的难点到底在哪里呢？

图 2  光伏风电行业发电的测试图

难点1：功率、效率测试

光伏风电通过逆变器转换时容易使波形信号容易发生畸变。这些畸变的波形都是非正弦信号，如含有丰富的高频谐波分量。如果没有高采样率与高带宽，则无法对高频成分进行准确测量，因此其测量值与真实值存在巨大差距。

难点2：光伏与风电行业低电压穿越（LVRT）测试

低电压穿越规定，当电网电压跌落一段时间内，并网装置如太阳能逆变器或风力发电仍需维持输出，直到电网电力恢复正常。测试时要将这个过程波形全部保持记录，需要在保证采样率的情况下长时间记录，再针对数据进行分析。

难点3：谐波测试标准

电源系统及并网设备的谐波、间谐波测量方法和测量仪器技术标准，是国际电能质量测量标准中能准确测量电网谐波的标准，由于光伏风电产生的电能一般会含有大量的谐波，所以需要通过谐波测试标准才能准入并网。

三、解决方案：

1. 功率、效率测试

图 3  光伏发电测试原理图

如图3所示我们可以看到光伏发电测试的重点就在于光伏逆变器的功率与效率值，PA8000功率分析仪采用全新的数据采集技术，拥有突破性0.01%功率测量精度，可以实现对转换效率的准确测量。

同时，PA功率分析仪支持7通道电压电流同时测试，一台仪器可同时在多个点同时执行功率测量，可以为光伏逆变器、风力换流器的效率测试提供有力的数据支撑。

2. 光伏与风电行业低电压穿越（LVRT）测试

光伏行业的低电压穿越过程如下：

图 4  光伏行业的低电压穿越测试原理图

根据GB/T 19964-2012的要求光伏行业低电压穿越测试需要满足以下要求：

（1） 并网点电压跌至0时，若能在150ms内恢复到20%额定电压，逆变器要保证在这150ms内不脱网。

（2） 并网点电压在发生跌落后的0.625s内若能从20%额定电压开始恢复，逆变器要保证不脱网连续运行625ms。

（3） 并网点电压在发生跌落后的2s内若能够恢复到额定电压的90%时，逆变器能够保证不脱网继续运行。

风电行业的低电压穿越过程如下：

图 5  风电行业的低电压穿越测试原理图

根据GB/T 19963-2011的要求风电换流器低电压穿越测试需要满足以下要求：

（1） 风力发电机组输出端电压跌落至20%额定电压时，风力发电机组能够保证不脱网连续运行625ms。

（2） 风力发电机组输出端电压在发生跌落后 2s 内能够恢复到额定电压的90％时，风力发电机组应能保证不脱网连续运行。

图 6  PAM管理软件低电压穿越数据分析

如图6所示，致远电子针对光伏和风电行业在软件上都加了专门的测试功能，不仅可以解决光伏行业的低电压穿越测试问题，更是特意加入了风电行业的低电压穿越测试功能，可以帮助风电行业用户自主的对风电换流器进行低电压穿越测试。

3. 谐波测试标准

IEC61000-4-7谐波测试标准

IEC61000-4-7是电源系统及并网设备的谐波、间谐波测量方法和测量仪器技术标准，是国际电能质量测量标准中能准确测量电网谐波的标准。可以根据标准中的谐波限值标准分析测量对象的谐波含量是否超标。

IEC谐波测量标准的频谱分析间隔为5Hz，谐波的幅值由谐波子组的均方根决定，对谐波含量的要求相比于普通谐波测试的旧标准严格了很多，也更符合现实电网中的谐波含量分布情况。配合IEC61000-4-7中谐波含量的限值标准分析，能提供更具说服力的谐波分析结果。以IEC谐波测试标准的第7次谐波子组为例，

图 7  IEC61000-4-7谐波测试标准

VDE-AR-N4105德标谐波测试标准

VDE-AR-N4105是德国新颁布的低压电源并网运行管理规定，其检测难点在于测量设备必须提供高达178次谐波的测量结果来进行谐波分析。因为VED-AR-N4105低压并网标准要求谐波测量范围覆盖整个低频域（约9KHz内），所以测试次数为8900/50=178(50Hz为第0次谐波)。

PA6000H系列功率分析仪可同时支持IEC与N4105德标谐波测试标准，最大可支持500次谐波测量，可以真实呈现出各次谐波成分和谐波失真因素（THD）。

图 8VDE-AR-N4105标准

4. 闪变阻抗角测试

常规逆变器并网闪变测试需要RLC 负载，但是对于大型逆变器，使用RLC 负载已经不现实，所以IEC61400-21标准给出了在模拟电网情况下进行闪变阻抗角测试的方法。PA 功率分析仪搭配PAM 上位机软件可快速测算出不同闪变角下的短闪变值与闪变系数。此外我们还针对性的优化了锁相算法，很好的解决了阶跃抖动，实现了更好的精度。