新能源發(fā)電的核心：逆變器的性能診斷

目前新能源發(fā)電已經(jīng)成為了一種主流的發(fā)電方式,各界對于它的關(guān)注也是逐漸增加。但是其中的發(fā)電核心逆變器是如何測試,其中的測試難點以及逆變器的性能診斷是如何進(jìn)行的呢?這篇文章將會帶您快速了解。

2020年新能源發(fā)電的發(fā)展

新能源主要包含風(fēng)能、太陽能、生物質(zhì)能、核能等。近年,在傳統(tǒng)能源供應(yīng)日趨緊張,環(huán)境保護(hù)壓力加大的背景下,新能源成為我國重要的能源戰(zhàn)略。十三五期間國家依舊“主打”低碳綠色,從產(chǎn)業(yè)角度來看,光伏、風(fēng)電與核電等清潔發(fā)電產(chǎn)業(yè)將獲得利好。

圖1 2008-2018年全球光伏歷史新增裝機(jī)變化

核心設(shè)備逆變器的測試難點

光伏風(fēng)電作為新能源發(fā)電中兩種主要形式,作為發(fā)電的核心設(shè)備,逆變器的功率與轉(zhuǎn)換效率的提升就成為設(shè)計與生產(chǎn)的重點。這里我們針對光伏風(fēng)電發(fā)電,來跟大家分享下測試的難點到底在哪里呢?

圖2 光伏風(fēng)電行業(yè)發(fā)電的測試圖

難點1:功率、效率測試

光伏風(fēng)電通過逆變器轉(zhuǎn)換時容易使波形信號容易發(fā)生畸變。這些畸變的波形都是非正弦信號,如含有豐富的高頻諧波分量。如果沒有高采樣率與高帶寬,則無法對高頻成分進(jìn)行準(zhǔn)確測量,因此其測量值與真實值存在巨大差距。

難點2:光伏與風(fēng)電行業(yè)低電壓穿越(LVRT)測試

低電壓穿越規(guī)定,當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落一段時間內(nèi),并網(wǎng)裝置如太陽能逆變器或風(fēng)力發(fā)電仍需維持輸出,直到電網(wǎng)電力恢復(fù)正常。測試時要將這個過程波形全部保持記錄,需要在保證采樣率的情況下長時間記錄,再針對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

難點3:諧波測試標(biāo)準(zhǔn)

電源系統(tǒng)及并網(wǎng)設(shè)備的諧波、間諧波測量方法和測量儀器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),是國際電能質(zhì)量測量標(biāo)準(zhǔn)中能準(zhǔn)確測量電網(wǎng)諧波的標(biāo)準(zhǔn),由于光伏風(fēng)電產(chǎn)生的電能一般會含有大量的諧波,所以需要通過諧波測試標(biāo)準(zhǔn)才能準(zhǔn)入并網(wǎng)。

解決方案:

1、功率、效率測試

圖3 光伏發(fā)電測試原理圖

如圖3所示我們可以看到光伏發(fā)電測試的重點就在于光伏逆變器的功率與效率值,PA8000功率分析儀采用全新的數(shù)據(jù)采集技術(shù),擁有突破性0．01%功率測量精度,可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換效率的準(zhǔn)確測量。

同時,PA功率分析儀支持7通道電壓電流同時測試,一臺儀器可同時在多個點同時執(zhí)行功率測量,可以為光伏逆變器、風(fēng)力換流器的效率測試提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2、光伏與風(fēng)電行業(yè)低電壓穿越(LVRT)測試

光伏行業(yè)的低電壓穿越過程如下:

圖4 光伏行業(yè)的低電壓穿越測試原理圖

根據(jù)GB/T 19964-2012的要求光伏行業(yè)低電壓穿越測試需要滿足以下要求:

(1) 并網(wǎng)點電壓跌至0時,若能在150ms內(nèi)恢復(fù)到20%額定電壓,逆變器要保證在這150ms內(nèi)不脫網(wǎng)。

(2) 并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后的0．625s內(nèi)若能從20%額定電壓開始恢復(fù),逆變器要保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms。

(3) 并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后的2s內(nèi)若能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時,逆變器能夠保證不脫網(wǎng)繼續(xù)運行。

風(fēng)電行業(yè)的低電壓穿越過程如下:

圖5 風(fēng)電行業(yè)的低電壓穿越測試原理圖

根據(jù)GB/T 19963-2011的要求風(fēng)電換流器低電壓穿越測試需要滿足以下要求:

(1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出端電壓跌落至20%額定電壓時,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625ms。

(2) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出端電壓在發(fā)生跌落后 2s 內(nèi)能夠恢復(fù)到額定電壓的90%時,風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)能保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

圖6 PAM管理軟件低電壓穿越數(shù)據(jù)分析

如圖6所示,致遠(yuǎn)電子針對光伏和風(fēng)電行業(yè)在軟件上都加了專門的測試功能,不僅可以解決光伏行業(yè)的低電壓穿越測試問題,更是特意加入了風(fēng)電行業(yè)的低電壓穿越測試功能,可以幫助風(fēng)電行業(yè)用戶自主的對風(fēng)電換流器進(jìn)行低電壓穿越測試。

3、諧波測試標(biāo)準(zhǔn)

IEC61000-4-7諧波測試標(biāo)準(zhǔn)

IEC61000-4-7是電源系統(tǒng)及并網(wǎng)設(shè)備的諧波、間諧波測量方法和測量儀器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),是國際電能質(zhì)量測量標(biāo)準(zhǔn)中能準(zhǔn)確測量電網(wǎng)諧波的標(biāo)準(zhǔn)。可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中的諧波限值標(biāo)準(zhǔn)分析測量對象的諧波含量是否超標(biāo)。

IEC諧波測量標(biāo)準(zhǔn)的頻譜分析間隔為5Hz,諧波的幅值由諧波子組的均方根決定,對諧波含量的要求相比于普通諧波測試的舊標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格了很多,也更符合現(xiàn)實電網(wǎng)中的諧波含量分布情況。配合IEC61000-4-7中諧波含量的限值標(biāo)準(zhǔn)分析,能提供更具說服力的諧波分析結(jié)果。以IEC諧波測試標(biāo)準(zhǔn)的第7次諧波子組為例,

圖7 IEC61000-4-7諧波測試標(biāo)準(zhǔn)

VDE-AR-N4105德標(biāo)諧波測試標(biāo)準(zhǔn)

VDE-AR-N4105是德國新頒布的低壓電源并網(wǎng)運行管理規(guī)定,其檢測難點在于測量設(shè)備必須提供高達(dá)178次諧波的測量結(jié)果來進(jìn)行諧波分析。因為VED-AR-N4105低壓并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)要求諧波測量范圍覆蓋整個低頻域(約9KHz內(nèi)),所以測試次數(shù)為8900/50=178(50Hz為第0次諧波)。

PA6000H系列功率分析儀可同時支持IEC與N4105德標(biāo)諧波測試標(biāo)準(zhǔn),最大可支持500次諧波測量,可以真實呈現(xiàn)出各次諧波成分和諧波失真因素(THD)。

圖8 VDE-AR-N4105標(biāo)準(zhǔn)

4、閃變阻抗角測試

常規(guī)逆變器并網(wǎng)閃變測試需要RLC 負(fù)載,但是對于大型逆變器,使用RLC 負(fù)載已經(jīng)不現(xiàn)實,所以IEC61400-21標(biāo)準(zhǔn)給出了在模擬電網(wǎng)情況下進(jìn)行閃變阻抗角測試的方法。PA 功率分析儀搭配PAM 上位機(jī)軟件可快速測算出不同閃變角下的短閃變值與閃變系數(shù)。此外我們還針對性的優(yōu)化了鎖相算法,很好的解決了階躍抖動,實現(xiàn)了更好的精度。