利用AMETEK MX/RS可再生交直流电源测试逆变器 逆变器, 电源

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关键词： 光伏逆变器 , 电源测试 , 过欠压测试 , 过欠频测试 , 短路测试

[前言] 本文主要介绍阿美特克MX/RS系列电源产品在光伏逆变器上的测试应用，从测试平台搭建、可再生模式的省电及安全特性、过欠压测试、过欠频测试、短路测试、抗扰度测试以及低电压穿越测试等方面来说明该产品的性能和能力。 作者：阿美特克程控电源事业部  黄正峰 光伏逆变器需要进行一系列的测试，验证其性能及抗扰能力并获得相应认证之后，才能被允许接入电网工作。在执行这些测试项目时，一台具有吸收逆变器灌入能量、且能模拟各种电网的状态的交直流电源是非常重要的。阿美特克的MX或者RS系列交直流电源，正是一台具备这些功能的性能优越的测试仪器。 阿美特克的MX/RS系列电源，能够最多吸收相当于标称功率100%的逆变器反灌能量，也就是说一台标称功率为90KVA的RS90电源最多可以吸收逆变器输出的90KW能量，而无需额外的负载。这也就意味着在对逆变器进行常规的性能测试时，在交流端直接将逆变器和MX/RS相连即可，不需要连接负载，简化了测试平台的搭建。 图1 使用常规电源的测试方案                            图2 使用MX的测试方案 传统的测试平台需要使用负载来吸收逆变器的能量，负载将这部分能量转化为热能耗散掉，在测试大功率的逆变器时散热就成了一个大问题，相应的实验室必须能够提供足够的散热条件，而要解决散热问题就又会产生相应的能耗。简单的计算：假设需测试100KW的逆变器，需要给该实验室提供115KW的电能给直流光伏模拟器（以光伏模拟器的转化效率为0.90，逆变器的效率为0.95来折算），逆变器产生的100KW能量用负载耗散掉，散热又需要空调耗能105KW（以空调的效率为0.95来折算），也就是说该实验室需要至少220KW才能进行100KW逆变器的测试。而MX/RS系列独有的可再生模式，允许将高达85%的吸收能量反灌回电网，这也就大大减少了能量的损耗。 图3 使用常规电源测试100KW逆变器所需的实验室能耗（示意图） 图4 使用AMETEK MX/RS测试100KW逆变器所需的实验室能耗（示意图） 由于MX/RS是直接吸收逆变器的反灌能量，这也就使得MX/RS能够实时监控逆变器的输出功率，从而可以针对逆变器可能出现的异常预先定义保护措施，提高测试系统的安全性。待测逆变器如果长时间超负荷输出，轻则造成自身损坏，严重的甚至可能会损坏周边的整套测试设备。MX/RS提供的预先保护措施，经过客户简单的设置就可以避免这种情况的发生。 图5  MX/RS设置的针对逆变器的保护 通过设置允许逆变器反灌回MX/RS的最大电流上限（图5中“REGEN CURR”栏中的数值，可针对A/B/C三相设置不同的值），MX/RS会一直监测输入电流，当出现电流超过该限值的情况时，MX/RS会自动升高电压，以使得逆变器降低其输出电流，维持在上限值以内。当然电压的抬高也必须在一定范围以内，一般情况下我们会限定为电网标准电压的110%（图5中“OVER VOLT”栏中的数值）。如果MX/RS将电压抬高到110%后而逆变器的反灌电流仍然超过限值，此时MX/RS在经过一个若干秒的等待时间（图5中“Delay F”栏中的数值）后就会直接改变电路的频率（图5中“dFREQ”栏中的数值），以使得逆变器下线停止工作。更进一步地，假如逆变器在电网频率改变后仍然没有停止工作，那么在另一个若干秒的等待时间后（图5中“DELAY R”栏中的数值），MX/RS会关断输出。 作为一台具备电网模拟能力的电源，MX/RS还可以轻松进行各种不同电网状态的模拟，以便对逆变器进行各种测试，根据各国不同的规范要求以及厂家的指标定义验证其是否满足电网接口的一致性要求和相应性能表现。 以交流侧的过欠压保护为例。逆变器都有一个允许正常工作的电网电压范围，当电网电压异常升高或降低时，逆变器应当在指定的时间内脱网（低电压穿越要求除外）。例如VDE4105中规定当电网电压低于80%或者高于110%规定值时，逆变器应当在100毫秒以内脱网。MX/RS可以轻松的设置其一相或者多相的电压值的瞬间跳变。更进一步，MX/RS还可以直接指定电压跳变发生的相角，以便满足日渐严苛的厂家测试需求，以及提供重复性更佳的测试结果。        图6 在0度角处的电压跳变                图7 在90度角处的电压跳变 再以交流侧的过欠频保护为例。这也是逆变器并网测试的必测项目。还是以VDE4105的规定为例，该规范是要求逆变器在电网频率低于47.5Hz或者高于51.5Hz时能够在100毫秒以内脱网。这项测试的一个难点是在于普通示波器难以捕捉到频率发生跳变的那个时间节点，因为难以在示波器上设置合适的触发条件。MX/RS可以提供额外的触发信号来供客户使用，在其后面板处有专门的Trigger Out输出端子，可以在电压或者频率发生跳变的瞬间同时给出一个TTL信号，以便示波器精确地抓取到跳变发生时刻的波形。 图8 频率跳变时Trigger Out端口同时输出TTL信号 在进行短路保护测试时，MX/RS支持在连接逆变器状态下直接利用外部电路进行短路测试，而无需预先使逆变器转换到孤岛状态。我们使用RS90在一台100KW逆变器上进行了实际的短路测试，证实即使在电压被外部电路强制拉低到0V的情况下，MX/RS系列仍然能够确保在逆变器关闭之前持续稳定的工作，从而能够使用较为简单的测试方案完成短路保护的测试，而无需连接RLC并花费大量时间来调配至平衡状态。 图9 短路测试电路示意图           图10 将A/B/C三相短路后的电流波形         图11 将A/B/C三相和地短路后的电流波形 而在抗扰度测试方面，MX/RS也以其强大的功能来满足客户的测试需求。例如在IEC61000-3-15中定义的电压测试项目中，其中短时电压跌落需要测试电压分别跌落至70%、40%、0%并分别持续1个周期、2个周期和5个周期情况下的逆变器表现，并且定义了每次电压跌落的起始相角应当是在0度角；而长时电压跌落需要测试电压以2%为步进间距，从100%逐渐降低到80%，每次跌落持续10个周期的这样一个过程。MX/RS配套的软件提供的瞬态列表功能可以使得客户轻松地直接按照规范的要求来施行这样的测试，可以简单明了的实行全部的测试或者是只做其中的某些步骤；另更有相应的IEC功能选件来进一步简化客户的操作，直接按照IEC规范的要求输入相应的参数即可。 图12 根据IEC61000-3-15短时电压跌落测试的要求定义的测试序列 随着越来越多的光伏逆变器被接入电网中，对于逆变器的低电压穿越要求也受到越来越多的重视，包括在德国、意大利、中国等国的相应标准中都增加了相应的要求。作为测试所需的交流电源来说，其应当能够提供足够的灵活性以便根据各国的不同标准、不同功率等级的逆变器的不同要求，来生成相应的波形输出，比如不同的跌落幅度、跌落持续时间、回升时间，以及单相、双相、三相等各种平衡及不平衡跌落类型。阿美特克MX/RS系列标配就提供强大的控制软件，可以满足客户的所需。 图13 使用MX/RS配套软件设置LVRT的参数 做低电压穿越测试的另一难点在于交流电源需要能够在低电压时承受较高的无功电流，尤其是在电压跌落至很低的水平时逆变器/变频器会输出很高的电流，甚至会超出其标称的最高电流。最极端的测试场景就是交流源需要模拟电压跌落到0V，在跌落的瞬间逆变器会输出波形严重畸变、峰值极高的电流，交流源必须能够承受并维持正常工作，不允许损坏或者保护。在这方面MX/RS也给出了详尽的规格参数，确保客户的测试能够顺利进行。 图14 使用RS在实际逆变器上进行的电压跌至0V的测试 综上所述，阿美特克MX/RS系列可再生交直流电源凭借其先进的功能、强大的性能、丰富的配套软件能力，可以充分满足光伏逆变器的各种测试需求，并大幅减轻测试平台和测试操作的复杂度，大大提高了整体系统的可靠性和安全性，不失为逆变器测试平台的优先选择。

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