新一代光伏逆变器效率测试的巨大挑战和对策

曾经是稀缺资源的北京蓝已经变成了常态，昔日万顷的戈壁滩被太阳能板覆盖，羊群在其中漫步，悠哉地享受着除草机的角色！中国人理想中的绿水青山的家园， 在越来越多的地方显现！

这一切离不开我们光伏行业工程师这十多年的努力和不断创新，而且这个步伐还在不断加快！

挑战

传统大型光伏发电站，采用的是集中式逆变器，将成千上万个光伏电池，通过一个大型逆变器（MW级）集中逆变并网，但这种技术的缺陷也是显而易见的：当有部分光伏电池出现遮挡或问题时，集中式逆变器系统整体效率会受到影响；而且一旦逆变器意外宕机，会使当地电网产生巨大的供电缺口。

为了克服集中式逆变器存在的问题， 现在行业中更多流行分布式组串逆变器式结构，将光伏电池分成若干组，通过多个中小功率的逆变器（15-100KW）汇流后再并入电网。当个别逆变器出现异常，或者局部被遮挡，不会造成集中式类似的供电影响。

同时，为使光伏发电项目在招投标项目中能够赢得与煤炭、天然气等其他能源的竞争，1500V高电压系统和多MPPT输入的组串式逆变器方案成了光伏电站的必然选择。常见光伏逆变器具有4路MPPT、8路MPPT、甚至12路MPPT，甚至有些光伏逆变器的标称MPPT效率已经高达99.99%！

那究竟什么是MPPT，针对如此高功率、高效MPPT效率测试的高精度测试， 究竟有何讲究呢？这还得先从光伏电池的输出特性开始……

01

光伏电池通常是采用硅基材料制作，典型的有单晶硅、多晶硅电池，其等效电路如下：

在光伏电池的I-V曲线上，最重要的三个点（不包括0， 四个参数Isc/Voc/Imax/Vmax）：

按照公式，光伏模拟器只需要知道Isc,Voc,Imax,Vmax，就可以计算出从0V到Voc所有电压和电流值，同时绘制出光伏电池的曲线。

光伏电池的输出I-V曲线受光照强弱（Isc变化显著）、温度高低（Voc变化显著）变化非常巨大。

因此，为了保证投资效益，光伏发电系统必须时刻保持在最大的功率输出，这就是最大功率追踪MPPT！

02

MPPT测试就是要验证光伏逆变器是否能够追踪和时刻保持在光伏电池最大的功率点Pmax，下图为DG9000A软件中光伏曲线和当前逆变器工作点（红点）和效率。

MPPT测试时，需要使用模拟光伏特性的电源(通常之为光伏模拟器SAS)，如是德科技的E4360A，N8957APV，PV8922A等 , 并配合模拟器控制和测量软件完成复杂的综合MPPT效率测量。

03

考虑到太阳光照射到光伏电池随季节和气候的变化，甚至一天内早、中、晚光照强度和角度变化的影响，必须测试光伏逆变器在各种条件下的MPPT效率。

因此，光伏逆变器行业协会将MPPT测试分成静态MPPT和动态MPPT，给每种状态不同的权重（系数），计算出综合加权MPPT效率值。

如下表为CGC定义的各种光照强度对应的系数，负载点 = 1.0 表示最强光照条件下， 对应的权重系数为0.15(15%)，0.75光照强度的权重为37%。

对策

01 光伏模拟器（SAS）的方案

2016年是德科技发布了业界第一款1500V光伏模拟器N8957APV，解决了当时光伏逆变器从低电压 (600V / 1000V) 向1500V高电压演进的燃眉之急，受到了光伏业界的追捧。

但随着这些年光伏逆变器技术水平的不断提升，更高电压、功率和精度的光伏模拟器迫在眉睫，主要原因有以下两条：

1）更高精度的要求：

刚才提到目前逆变器效率可以提升到99.9%！这就需要更稳定和精确的SAS。但传统的SAS，例如N8957APV，其输出和测量电压精度0.1%*FS，电流精度 0.2%*FS，其测试误差随着功率的减小而明显增大，如1000V，15A，15KW时精度为0.55%；而功率减小至1.5KW，功率测量误差已经到达4.15%，明显无法精确测量99.9% 的转换效率（参考PV8922A与N8957APV精度对比表格）。

2）当前标准中多MPPT组串式逆变器效率测试方法存在的问题。

还记得上文提到的集中式逆变器存在2个缺陷吗？其中之一就是光伏逆变器局部遮阳或损坏时，逆变器整体效率大大降低。然而，当前光伏逆变器测试规范EN50530以及国内等同标准中，如下图所示，却是将光伏模拟器的功率平均分配到各MPPT输入端进行效率测试。这种方法不知道究竟测的是集中式逆变器效率还是组串式逆变器的效率？

02 新型光伏模拟器（SAS）：为更为科学的测试提供了必要的手段

为了应对当前和未来光伏技术发展的挑战，是德科技在2020年6月再次刷新光伏模拟器性能记录，推出功能更强的光伏模拟器。功率20KW，电压等级高达2000V，电压精度0.04%， 电流精度0.03%，以及正负电流双向无缝切换等，助力新一代光、储一体化系统。

DG9000A光伏模拟器软件支持多达12路独立MPPT输入，以及灵活的光伏模拟和MPPT的连接方式，研发和测试工程师可以模拟任意的光伏电池矩阵的异常或遮蔽情况。

PV8922A 2000V，30A，20KW

1）下表为PV8922A与目前市场上主流的N8957APV电压、电流和功率精度指标的对比，不难看出，PV8922A在15KW时，功率输出和测量误差仅0.098%，只有N8957APV的20%；在功率1.5KW时，精度0.218%， 更是只有N8957APV的5%。

2）此外，全新的DG9000A光伏模拟器控制和MPPT测试软件，支持多达12路MPPT独立控制，并实时测量和记录每一路MPPT效率、逆变器综合效率和长时间内的MPPT、逆变器效率的变化趋势，助力光伏逆变器性能的进一步提升。

3）下图为光伏模拟器主从并机后，再同时连接到光伏模拟器的MPPT，模拟复杂光伏曲线。

数据采集最小间隔为50mS，工程师可设定任意的记录时间周期，如下为4路MPPT，MPPT1保持不变，MPPT2-4 按照不同斜率变化时，各MPPT效率和逆变器综合MPPT效率表。