作者：KEN CHRISTENSEN，全球產品經理，電力和能源Keysight Technologies

并網分布式發電是全球公用事業電力生產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系統和并網存儲設備的安裝和發電能力的實現，它們的貢獻已被證明是一種可行的電力來源，有助于電網穩定。為了使這一趨勢持續下去并與傳統發電資源競爭，分布式發電機必須繼續提高其效率和可靠性，以便為電力生產商提供最低的能源平準化成本 (LCOE)。

DER 測試手套并網發電機，例如風能和太陽能逆變器，以及雙向并網存儲被認為是分布式能源 (DER)，有時也稱為分布式發電機 (DG)。測試和認證 DER 的時間和資源挑戰是 DER 供應商日益增加的負擔。最先進的實驗室能夠測試各種環境條件、電網電氣特性和系統組件。這種復雜的可變參數集不可能在現實世界中及時進行測試。例如，在早晨啟動條件下測試太陽能逆變器的性能，每天只能進行一次，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試設置有問題，測試必須等待更好的一天。受控實驗室測試是應對 DER 供應商日益增長的上市時間壓力的唯一合理方法。

任何并網發電機都需要進行大量測試。這些測試可分為四個領域（括號中為北美太陽能逆變器的每個領域的示例）：

產品設計驗證

安全/電氣規范/政府法規（NFPA70/NEC、FCC）

行業標準（IEEE 1547/UL1741、CEC 逆變器效率）

電網連接要求（CAISO 規則 21、ERCOT、WECC）

此外，分布式發電機的供應商被要求對發電機在各種運行條件下的性能進行完整的表征，當設備在項目生命周期（通常超過 20 年）內運行時，可以體驗到這些運行條件。在所有這些操作條件下，工程師都需要測量電能質量、諧波、能量產生和電源轉換效率。?

太陽能逆變器：DER 測試示例太陽能逆變器是 DER 的絕佳示例。對前面列出的所有領域進行測試通常會占用開發太陽能逆變器所需時間的 30% 到 40%。太陽能逆變器必須在最惡劣的環境條件下可靠地發電——從一月份在加拿大北部屋頂吹雪到八月份在美國西南部沙漠吹沙。逆變器必須能夠檢測異常電壓和頻率條件，并根據電網運營商的判斷“穿越”或斷開連接。

太陽能發電站財務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換效率。在發電機的整個生命周期內，能源產量增加的百分之幾可能導致公用事業規模項目的能源增加數百或數千美元，甚至數百萬美元。由于當今能源經濟的利潤微薄，這些財務收益通常會影響項目的可行性。

太陽能逆變器的整體轉換效率主要由兩個關鍵部分決定：最大功率點跟蹤 (MPPT) 效率和直流到交流電源轉換效率。太陽能電池板產生的功率取決于其運行位置及其特征電流 - 電壓 (IV) 曲線上的位置（圖 1）。面板產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。準確有效地跟蹤最大功率點 (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跟蹤在不同輻照度情況下必須如何變化。

為了測試逆變器跟蹤太陽能陣列最大功率點的能力，測試工程師可以使用光伏 (PV) 陣列模擬器來模擬其目標陣列技術的行為。PV 陣列模擬器產生與特定太陽能電池板的功率生產特性相匹配的功率曲線，因為每個太陽能電池板模型都有其獨特的 IV 曲線，具體取決于其技術（薄膜、多晶硅等）和太陽能電池設計特性. （想象一下在沒有光伏陣列模擬器的情況下嘗試測試每個可能的太陽能電池板/逆變器組合的復雜性和成本！）

先進的光伏陣列模擬器還可以根據 EN50530（測量 MPPT 性能的行業標準）自動執行測試和報告。EN50530 協議在靜態和動態模式下運行逆變器的 MPP 跟蹤器，以持續測量逆變器的 MPPT 效率，這個過程需要近七個小時才能完全完成！當然，EN50530 協議的自動化和標準中規定的報告的自動生成可以提高測試工程師的效率。

直流到交流電源轉換測試通常遵循桑迪亞逆變器測試協議和/或 IEC 61683，該國際標準規定了測量功率調節器效率的程序。這些是需要環境測試室和精密測量儀器的復雜程序。與所有測量一樣，測試儀器必須具有比您想要進行的測量更好的精度。大多數現代太陽能逆變器的峰值轉換效率都在 98% 以上，工程師們正試圖在他們的設計中看到 0.1% 的轉換效率提升。因此，需要使用精度至少為 0.05% 的功率分析儀來測量直流輸入和交流輸出。

為了增加所有這些測試的復雜性，太陽能逆變器技術也在不斷變化。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的下一代太陽能發電機的運行電壓為 1,500 Vdc。因此，測試實驗室必須升級他們的功率分析儀、光伏陣列模擬器和電源，以便在這種更高的直流電壓下運行。

Keysight Technologies 測試解決方案示例能夠測試下一代 1,500-Vdc 逆變器以及當前的 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環境條件并評估其對逆變器各個方面的影響，如http://bit.ly/29hFpji上的視頻所示。該逆變器測試解決方案與交流電網模擬器相結合，使工程師能夠測試電能質量問題、發電機電能質量和效率。?

圖 2：在本測試示例中，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 12 kVA 三相逆變器進行測試。

測試分布式能源發電機的挑戰可能令人生畏。除了風能和太陽能逆變器之外，并網電池存儲、電動汽車和電動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在電網上的普及，電網運營商所需的資格測試無疑會增加。電網運營商的主要職責之一是為其成員提供清潔、可靠的電力。如果在將產品連接到電網之前沒有進行適當的測試，電網就會變得不那么可靠。尋找測試和測量領導者與這些設備的供應商合作，以站在發電行業這場革命的前沿。

審核編輯 黃昊宇