新能源發電的核心:逆變器的性能診斷

2020-12-28 OFweek維科網

目前新能源發電已經成為了一種主流的發電方式,各界對於它的關注也是逐漸增加。但是其中的發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行的呢?這篇文章將會帶您快速了解。

2020年新能源發電的發展

新能源主要包含風能、太陽能、生物質能、核能等。近年,在傳統能源供應日趨緊張,環境保護壓力加大的背景下,新能源成為我國重要的能源戰略。十三五期間國家依舊「主打」低碳綠色,從產業角度來看,光伏、風電與核電等清潔發電產業將獲得利好。

圖1  2008-2018年全球光伏歷史新增裝機變化

核心設備逆變器的測試難點

光伏風電作為新能源發電中兩種主要形式,作為發電的核心設備,逆變器的功率與轉換效率的提升就成為設計與生產的重點。這裡我們針對光伏風電發電,來跟大家分享下測試的難點到底在哪裡呢?

圖2  光伏風電行業發電的測試圖

難點1:功率、效率測試

光伏風電通過逆變器轉換時容易使波形信號容易發生畸變。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。如果沒有高採樣率與高帶寬,則無法對高頻成分進行準確測量,因此其測量值與真實值存在巨大差距。

難點2:光伏與風電行業低電壓穿越(LVRT)測試

低電壓穿越規定,當電網電壓跌落一段時間內,併網裝置如太陽能逆變器或風力發電仍需維持輸出,直到電網電力恢復正常。測試時要將這個過程波形全部保持記錄,需要在保證採樣率的情況下長時間記錄,再針對數據進行分析。

難點3:諧波測試標準

電源系統及併網設備的諧波、間諧波測量方法和測量儀器技術標準,是國際電能質量測量標準中能準確測量電網諧波的標準,由於光伏風電產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準才能準入併網。

解決方案:

1、功率、效率測試

圖3  光伏發電測試原理圖

如圖3所示我們可以看到光伏發電測試的重點就在於光伏逆變器的功率與效率值,PA8000功率分析儀採用全新的數據採集技術,擁有突破性0．01%功率測量精度,可以實現對轉換效率的準確測量。

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行功率測量,可以為光伏逆變器、風力換流器的效率測試提供有力的數據支撐。

2、光伏與風電行業低電壓穿越(LVRT)測試

光伏行業的低電壓穿越過程如下:

圖4  光伏行業的低電壓穿越測試原理圖

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

(1) 併網點電壓跌至0時,若能在150ms內恢復到20%額定電壓,逆變器要保證在這150ms內不脫網。

(2) 併網點電壓在發生跌落後的0．625s內若能從20%額定電壓開始恢復,逆變器要保證不脫網連續運行625ms。

(3) 併網點電壓在發生跌落後的2s內若能夠恢復到額定電壓的90%時,逆變器能夠保證不脫網繼續運行。

風電行業的低電壓穿越過程如下:

圖5  風電行業的低電壓穿越測試原理圖

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

(1) 風力發電機組輸出端電壓跌落至20%額定電壓時,風力發電機組能夠保證不脫網連續運行625ms。

(2) 風力發電機組輸出端電壓在發生跌落後 2s 內能夠恢復到額定電壓的90%時,風力發電機組應能保證不脫網連續運行。

圖6  PAM管理軟體低電壓穿越數據分析

如圖6所示,致遠電子針對光伏和風電行業在軟體上都加了專門的測試功能,不僅可以解決光伏行業的低電壓穿越測試問題,更是特意加入了風電行業的低電壓穿越測試功能,可以幫助風電行業用戶自主的對風電換流器進行低電壓穿越測試。

3、諧波測試標準

IEC61000-4-7諧波測試標準

IEC61000-4-7是電源系統及併網設備的諧波、間諧波測量方法和測量儀器技術標準,是國際電能質量測量標準中能準確測量電網諧波的標準。可以根據標準中的諧波限值標準分析測量對象的諧波含量是否超標。

IEC諧波測量標準的頻譜分析間隔為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於普通諧波測試的舊標準嚴格了很多,也更符合現實電網中的諧波含量分布情況。配合IEC61000-4-7中諧波含量的限值標準分析,能提供更具說服力的諧波分析結果。以IEC諧波測試標準的第7次諧波子組為例,

圖7  IEC61000-4-7諧波測試標準

VDE-AR-N4105德標諧波測試標準

VDE-AR-N4105是德國新頒布的低壓電源併網運行管理規定,其檢測難點在於測量設備必須提供高達178次諧波的測量結果來進行諧波分析。因為VED-AR-N4105低壓併網標準要求諧波測量範圍覆蓋整個低頻域(約9KHz內),所以測試次數為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德標諧波測試標準,最大可支持500次諧波測量,可以真實呈現出各次諧波成分和諧波失真因素(THD)。

圖8  VDE-AR-N4105標準

4、閃變阻抗角測試

常規逆變器併網閃變測試需要RLC 負載,但是對於大型逆變器,使用RLC 負載已經不現實,所以IEC61400-21標準給出了在模擬電網情況下進行閃變阻抗角測試的方法。PA 功率分析儀搭配PAM 上位機軟體可快速測算出不同閃變角下的短閃變值與閃變係數。此外我們還針對性的優化了鎖相算法,很好的解決了階躍抖動,實現了更好的精度。

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