【導(dǎo)讀】今天，環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)受到全球進(jìn)一步關(guān)注，人們也更加認(rèn)識(shí)到最重要的是在破壞和污染發(fā)生之前采取行動(dòng)，所以用不破環(huán)生態(tài)環(huán)境的方式產(chǎn)生電能成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。建立風(fēng)車農(nóng)場(chǎng)是一種很受青睞的解決方案。而另一種方案就是利用太陽(yáng)能面板上的光伏電池產(chǎn)生電流。
太陽(yáng)能逆變器是太陽(yáng)能或光伏裝置的一個(gè)重要子系統(tǒng)。完成將新產(chǎn)生的電能饋到電網(wǎng)中的關(guān)鍵步驟需要用到這些設(shè)備。就像從白熾燈到最新筆記本電腦技術(shù)的每一次進(jìn)步，電子流都可能帶來(lái)能量的散布，從而引起電磁干擾。當(dāng)然，接下來(lái)必然會(huì)關(guān)注怎樣預(yù)防和降低這種干擾，從而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。更進(jìn)一步，電磁兼容自身的概念包括定義某個(gè)限值，低于這個(gè)限值多個(gè)設(shè)備和系統(tǒng)就能同時(shí)有效工作，而不會(huì)對(duì)外產(chǎn)生干擾問(wèn)題或者被外界干擾。最后，這種指令性標(biāo)準(zhǔn)的最終貢獻(xiàn)是確定限值和測(cè)試程序，以及規(guī)定真正能實(shí)現(xiàn)兼容的測(cè)試設(shè)備。
太陽(yáng)能逆變器和電磁兼容：難題
現(xiàn)在，要確保太陽(yáng)能逆變器的電磁兼容還是存在問(wèn)題的。這是因?yàn)樾枰a(chǎn)生大量的電能，而許多警告僅僅是提醒要謹(jǐn)慎過(guò)程。另一個(gè)困難產(chǎn)生在處理效率問(wèn)題的時(shí)候——例如，需要將太陽(yáng)能裝置產(chǎn)生的功率比例最大化，這種功率是指進(jìn)入電網(wǎng)后實(shí)際能用的功率。高效率意味著快速的切換操作，這樣就有陡峭的上升時(shí)間和下降時(shí)間，從而引起干擾。而且，尋求設(shè)計(jì)更為經(jīng)濟(jì)的太陽(yáng)能逆變器導(dǎo)致在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中省去了變壓器。這樣的設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生高電壓及快速上升的電壓火花——伴隨產(chǎn)生了不想要的電磁干擾。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
就像許多技術(shù)變化很快的其他領(lǐng)域，電磁能設(shè)備的電磁兼容管理已經(jīng)跟不上實(shí)際發(fā)展的腳步?，F(xiàn)在還沒(méi)有管理太陽(yáng)能逆變器的特定標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際上，對(duì)太陽(yáng)能逆變器并沒(méi)有準(zhǔn)確的分類。很多時(shí)候?qū)⑻?yáng)能逆變器定義為家庭裝置；工科醫(yī)（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療）設(shè)備；或者信息技術(shù)器件。這些任意的描述使太陽(yáng)能逆變器必須符合EN55014,EN55011或EN55022標(biāo)準(zhǔn)。目前，我們正在致力制訂專門用于光伏電能產(chǎn)生系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)電子技術(shù)委員會(huì)的K373委員會(huì)已經(jīng)分為五個(gè)項(xiàng)目分別制定特定的標(biāo)準(zhǔn)，包括：太陽(yáng)能電池，太陽(yáng)能面板；用于光伏系統(tǒng)的連接器；確定光伏系統(tǒng)的仿真程序；以及搭建光伏系統(tǒng)。
K373委員會(huì)的工作是很有需求的。今天，太陽(yáng)能逆變器的制造商抱怨要在他們的設(shè)備上貼上CE標(biāo)志，就意味著他們必須要通過(guò)以下標(biāo)準(zhǔn)：
● 符合IEC 60950-1:2003-08和EN 50178:1998-04規(guī)定的設(shè)備安全性標(biāo)準(zhǔn)
● 符合61000-4-6-3：2002-08和EN 61000-6-4：2008以及EN 61000-6-4：2002-08規(guī)定的發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)
● 符合EN 61000-3-2:2001-12規(guī)定的功率回饋到干線標(biāo)準(zhǔn)
太陽(yáng)能逆變器的測(cè)試系統(tǒng)
開發(fā)了包含干線模擬系統(tǒng)（具有功率回饋）和光伏photovoltaic）模擬單元（圖1）的測(cè)試系統(tǒng)是最近取得的一項(xiàng)成就，它有利于澄清現(xiàn)有混亂的標(biāo)準(zhǔn)。光伏模擬器用于模擬太陽(yáng)能面板。用戶能夠通過(guò)精確控制的系統(tǒng)迅速調(diào)節(jié)程序，模擬出不同類型太陽(yáng)能面板的特性及它們變化的功率輸出。該系統(tǒng)甚至還能準(zhǔn)確模擬平靜的和狂暴的天氣狀況（圖2）。這種特性提供了電磁兼容測(cè)試的關(guān)鍵參量——完全在相同條件下做重復(fù)性測(cè)試。
圖1：太陽(yáng)能逆變器測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。測(cè)試系統(tǒng)包括含有干線模擬單元的干線部分，一個(gè)光伏模擬器和一個(gè)功率恢復(fù)單元
圖2：電流/電壓曲線如上面的圖所示，下面的圖畫的是功率特性曲線，該曲線具有最大功率點(diǎn)和由局部遮擋效應(yīng)產(chǎn)生的次大值
測(cè)試系統(tǒng)將光伏模擬器的輸出饋到干線模擬單元。干線模擬單元包括經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的測(cè)試設(shè)備，該設(shè)備用于檢查被測(cè)設(shè)備是否與相關(guān)歐盟標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的發(fā)射和抗擾度限值相符。恢復(fù)單元允許一定程度的熱散發(fā)，因此該測(cè)試系統(tǒng)適合用于測(cè)試幾千瓦到 100千瓦以上的太陽(yáng)能逆變器。
很多時(shí)候?qū)⑻?yáng)能逆變器定義為家庭裝置；工科醫(yī)（工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療）設(shè)備；或者信息技術(shù)器件基本的電磁兼容系統(tǒng)干線模擬器的基本單元由一個(gè)四象放大器和一個(gè)用于低頻傳導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)的交流/直流電壓源構(gòu)成。這種放大器基于線性推挽式設(shè)計(jì)。它包括以下一些特征：
● 即使在極度非線性條件下也只有很小的諧波失真。
● 大于52V/μs的快速電壓轉(zhuǎn)換速率（EN 61000-4-11規(guī)定在均方值為240V時(shí)上升時(shí)間小于5μs）
● 從直流到5kHz的寬信號(hào)帶寬（-3dB）——可選到15或30kHz
● 選擇小信號(hào)帶寬就能到50或100KHz
測(cè)試單元的核心是一個(gè)分析儀參考系統(tǒng)（ARS），這個(gè)系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-3-2和IEC61000-3-3分析諧波和閃爍。 在分析儀參考系統(tǒng)中，數(shù)字閃爍計(jì)滿足標(biāo)準(zhǔn)IEC61000-4-15的要求，實(shí)時(shí)諧波分析儀滿足IEC61000-4-7的要求。配上經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的干線阻抗網(wǎng)絡(luò)分別在兩個(gè)通道進(jìn)行閃爍測(cè)試。可調(diào)的干線阻抗模擬系統(tǒng)特別適用于電流大于16安培的情況。
恢復(fù)單元
如果要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)精確測(cè)量太陽(yáng)能逆變器和將功率饋入電網(wǎng)的其他設(shè)備，如風(fēng)力發(fā)電機(jī)和綜合供熱供電發(fā)電設(shè)備，那么測(cè)試裝置的干線模擬系統(tǒng)必須能夠承受大電流。實(shí)際上，從模擬器出來(lái)的功率（替代實(shí)際干線出來(lái)的功率）饋到測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一種損耗，當(dāng)其工作在功率/電流工作模式時(shí)，它也為整個(gè)系統(tǒng)的功率損耗貢獻(xiàn)了一部分。與放大器輸出并聯(lián)的負(fù)載電阻將輸入功率轉(zhuǎn)化為熱量。因此，產(chǎn)生的最大熱量只能達(dá)到額定功率的30%。
另一方面，恢復(fù)單元的工作方式完全不同，它會(huì)增加功率散發(fā)和能量恢復(fù)?；謴?fù)單元替代了負(fù)載電阻，通過(guò)不斷調(diào)節(jié)阻抗實(shí)現(xiàn)匹配，使恢復(fù)單元表現(xiàn)出純電阻特性，從而吸收被測(cè)設(shè)備輸出的功率。這種調(diào)節(jié)可以在一毫秒以內(nèi)完成。總而言之，恢復(fù)單元確保了持續(xù)實(shí)現(xiàn)最佳阻抗以及快速變化輸入功率。它也確保了不會(huì)將功率轉(zhuǎn)化為熱量，從而確保功率以很高的效率流進(jìn)電網(wǎng)。
恢復(fù)單元與四象放大器并聯(lián)連接。當(dāng)放大器處于源模操作時(shí)，恢復(fù)單元不起作用，對(duì)放大器沒(méi)有影響。一旦引入了電流，電流馬上流入電網(wǎng)，從而旁路掉四象放大器。這種方法確保了能量恢復(fù)單元具有75%的效率。如果要精確模擬實(shí)際操作，實(shí)時(shí)進(jìn)行這個(gè)過(guò)程以及能夠接受任意電流波形極為重要。放大器對(duì)模擬的干線電壓起著決定性作用，此時(shí)它不受恢復(fù)單元的影響?？傮w上，這種系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和損耗減少能夠以五倍系數(shù)提高放大器的性能。
利用以上介紹的測(cè)試系統(tǒng)，用戶能夠確定太陽(yáng)能逆變器在各種輸入條件和變化的干線條件下的電磁性能。光伏模擬器為測(cè)試選項(xiàng)提供了多種選擇，它使用戶能夠測(cè)試其他關(guān)鍵參量，包括功率發(fā)生器追蹤和監(jiān)視最大功率點(diǎn)（MPP）的效率。這些特征確保了光伏發(fā)生器在最大功率點(diǎn)能夠連續(xù)操作。
