利用AMETEK MX/RS可再生交直流電源測試逆變器

　　[前言]

　　本文主要介紹阿美特克MX/RS系列電源產(chǎn)品在光伏逆變器上的測試應用，從測試平臺搭建、可再生模式的省電及安全特性、過(guò)欠壓測試、過(guò)欠頻測試、短路測試、抗擾度測試以及低電壓穿越測試等方面來(lái)說(shuō)明該產(chǎn)品的性能和能力。

 　　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認證之后，才能被允許接入電網(wǎng)工作。在執行這些測試項目時(shí)，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，能夠最多吸收相當于標稱(chēng)功率100%的逆變器反灌能量，也就是說(shuō)一臺標稱(chēng)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(wú)需額外的負載。這也就意味著(zhù)在對逆變器進(jìn)行常規的性能測試時(shí)，在交流端直接將逆變器和MX/RS相連即可，不需要連接負載，簡(jiǎn)化了測試平臺的搭建。

　　傳統的測試平臺需要使用負載來(lái)吸收逆變器的能量，負載將這部分能量轉化為熱能耗散掉，在測試大功率的逆變器時(shí)散熱就成了一個(gè)大問(wèn)題，相應的實(shí)驗室必須能夠提供足夠的散熱條件，而要解決散熱問(wèn)題就又會(huì )產(chǎn)生相應的能耗。簡(jiǎn)單的計算：假設需測試100KW的逆變器，需要給該實(shí)驗室提供115KW的電能給直流光伏模擬器(以光伏模擬器的轉化效率為0.90，逆變器的效率為0.95來(lái)折算)，逆變器產(chǎn)生的100KW能量用負載耗散掉，散熱又需要空調耗能105KW(以空調的效率為0.95來(lái)折算)，也就是說(shuō)該實(shí)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。

　　由于MX/RS是直接吸收逆變器的反灌能量，這也就使得MX/RS能夠實(shí)時(shí)監控逆變器的輸出功率，從而可以針對逆變器可能出現的異常預先定義保護措施，提高測試系統的安全性。待測逆變器如果長(cháng)時(shí)間超負荷輸出，輕則造成自身?yè)p壞，嚴重的甚至可能會(huì )損壞周邊的整套測試設備。MX/RS提供的預先保護措施，經(jīng)過(guò)客戶(hù)簡(jiǎn)單的設置就可以避免這種情況的發(fā)生。

　　通過(guò)設置允許逆變器反灌回MX/RS的最大電流上限(圖5中“REGEN CURR”欄中的數值，可針對A/B/C三相設置不同的值)，MX/RS會(huì )一直監測輸入電流，當出現電流超過(guò)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?xún)?。當然電壓的抬高也必須在一定范圍以?xún)?，一般情況下我們會(huì )限定為電網(wǎng)標準電壓的110%(圖5中“OVER VOLT”欄中的數值)。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(guò)限值，此時(shí)MX/RS在經(jīng)過(guò)一個(gè)若干秒的等待時(shí)間(圖5中“Delay F”欄中的數值)后就會(huì )直接改變電路的頻率(圖5中“dFREQ”欄中的數值)，以使得逆變器下線(xiàn)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(méi)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”欄中的數值)，MX/RS會(huì )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，根據各國不同的規范要求以及廠(chǎng)家的指標定義驗證其是否滿(mǎn)足電網(wǎng)接口的一致性要求和相應性能表現。

　　以交流側的過(guò)欠壓保護為例。逆變器都有一個(gè)允許正常工作的電網(wǎng)電壓范圍，當電網(wǎng)電壓異常升高或降低時(shí)，逆變器應當在指定的時(shí)間內脫網(wǎng)(低電壓穿越要求除外)。例如VDE4105中規定當電網(wǎng)電壓低于80%或者高于110%規定值時(shí)，逆變器應當在100毫秒以?xún)让摼W(wǎng)。MX/RS可以輕松的設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(mǎn)足日漸嚴苛的廠(chǎng)家測試需求，以及提供重復性更佳的測試結果。

　　再以交流側的過(guò)欠頻保護為例。這也是逆變器并網(wǎng)測試的必測項目。還是以VDE4105的規定為例，該規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?xún)让摼W(wǎng)。這項測試的一個(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)間節點(diǎn)，因為難以在示波器上設置合適的觸發(fā)條件。MX/RS可以提供額外的觸發(fā)信號來(lái)供客戶(hù)使用，在其后面板處有專(zhuān)門(mén)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，以便示波器精確地抓取到跳變發(fā)生時(shí)刻的波形。

　　在進(jìn)行短路保護測試時(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)行短路測試，而無(wú)需預先使逆變器轉換到孤島狀態(tài)。我們使用RS90在一臺100KW逆變器上進(jìn)行了實(shí)際的短路測試，證實(shí)即使在電壓被外部電路強制拉低到0V的情況下，MX/RS系列仍然能夠確保在逆變器關(guān)閉之前持續穩定的工作，從而能夠使用較為簡(jiǎn)單的測試方案完成短路保護的測試，而無(wú)需連接RLC并花費大量時(shí)間來(lái)調配至平衡狀態(tài)。

  　而在抗擾度測試方面，MX/RS也以其強大的功能來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)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(shí)電壓跌落需要測試電壓分別跌落至70%、40%、0%并分別持續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，并且定義了每次電壓跌落的起始相角應當是在0度角;而長(cháng)時(shí)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10個(gè)周期的這樣一個(gè)過(guò)程。MX/RS配套的軟件提供的瞬態(tài)列表功能可以使得客戶(hù)輕松地直接按照規范的要求來(lái)施行這樣的測試，可以簡(jiǎn)單明了的實(shí)行全部的測試或者是只做其中的某些步驟;另更有相應的IEC功能選件來(lái)進(jìn)一步簡(jiǎn)化客戶(hù)的操作，直接按照IEC規范的要求輸入相應的參數即可。

　　隨著(zhù)越來(lái)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(lái)越多的重視，包括在德國、意大利、中國等國的相應標準中都增加了相應的要求。作為測試所需的交流電源來(lái)說(shuō)，其應當能夠提供足夠的靈活性以便根據各國的不同標準、不同功率等級的逆變器的不同要求，來(lái)生成相應的波形輸出，比如不同的跌落幅度、跌落持續時(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(lèi)型。阿美特克MX/RS系列標配就提供強大的控制軟件，可以滿(mǎn)足客戶(hù)的所需。

　　做低電壓穿越測試的另一難點(diǎn)在于交流電源需要能夠在低電壓時(shí)承受較高的無(wú)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，甚至會(huì )超出其標稱(chēng)的最高電流。最極端的測試場(chǎng)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。在這方面MX/RS也給出了詳盡的規格參數，確?？蛻?hù)的測試能夠順利進(jìn)行。

　　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、強大的性能、豐富的配套軟件能力，可以充分滿(mǎn)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雜度，大大提高了整體系統的可靠性和安全性，不失為逆變器測試平臺的優(yōu)先選擇。