(完整版)光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法
光伏逆变器测试方法
光伏逆变器测试方法
1.输入输出特性测试
这是光伏逆变器的基本测试，检查其在各种输入和输出条件下的性能。
测试项目包括输入电压范围、输入电流范围、输出电压和频率范围等。
可
以通过在不同的负载下进行测试来评估逆变器的性能。
2.效率测试
效率测试是评估逆变器转换太阳能电能的能力。
逆变器的效率可以通
过比较输入和输出功率来确定。
测试过程中需要记录输入和输出的电流、
电压和功率，并计算逆变器的效率。
3.峰值功率跟踪测试
4.电网连接测试
5.负载功率响应测试
6.温度和环境试验
7.综合性能测试
综合性能测试是对光伏逆变器进行全面评估的测试，包括输入输出特性、效率、峰值功率跟踪、电网连接等。
测试过程中需要模拟不同的工作
条件，并记录逆变器的性能。
总之，光伏逆变器的测试是确保其性能和质量的重要步骤。
通过以上
的测试方法，可以评估光伏逆变器的输入输出特性、效率、峰值功率跟踪、电网连接、负载功率响应和温度环境适应性等方面的性能。
这些测试结果
可以帮助评估并选择适合特定应用的逆变器。
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法
光伏并网控制系统的最大功率点跟踪（MPPT）方法光伏并网控制系统的最大功率点跟踪(MPPT)方法【大比特导读】最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。
本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。
摘要：最大功率点跟踪(MPPT)是光伏并网逆变器控制策略中的核心技术之一。
本文首先介绍了光伏组件的输出特性，然后具体分析了3种典型的MPPT控制方法，并总结3种方法各自的特点和不足。
关键字：光伏发电系统，最大功率点跟踪，MPPT控制方法1 引言日本福岛核电站事故之后，多国陆续宣布暂停核电建设，而太阳能是永不枯竭的清洁能源，并且更加稳定、安全。
据国家权威数据，在“十二五”期间，中国光伏发电装机容量达到2000万千瓦。
但由于光伏组件本身特性的非线性，受环境温度、日照强度、负载等因素的影响，均会使其输出最大功率点发生变化，导致光伏组件转换效率很低。
而所有光伏发电系统均希望光伏组件在相同日照、温度条件下输出尽可大的功率，这就提出了对光伏组件最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的问题。
本文首先讨论了光伏组件本身的P-V，I-V特性，以及温度、光照的影响;然后具体分析了几种常用的MPPT控制方法，并对3种MPPT控制方法作简单的比较。
2 光伏组件的特性A. 物理数学模型根据半导体物理学理论，太阳能组件的等效物理模型如图1所示。
其中：IPH 与日照强度成正比的光生电流;I0 光伏组件反向饱和电流，通常其数量级为10-4A;n 二极管因子;q 电子电荷， ;K 玻尔兹曼常数， J/K;T绝对温度( K);RS光伏组件等效串联电阻;RP光伏组件等效并联电阻;式(1)中参数IPH、Io、Rs、RP、n与太阳辐射强度和组件温度有关，而且确定这些参数也十分困难。
B. 温度、光照对输出特性的影响受外界因素(温度、光照强度等)影响，光伏组件输出具有明显的非线性，图2、图3分别给出其I-V特性曲线和P-V特性曲线。
如何测试逆变器MPPT最大功率点追踪功能
如何测试逆变器MPPT最大功率点追踪功能艾德克斯最新推出高速高性能光伏/太阳能仿真电源，是新能源测试领域的又一关键产品，可完成高性能的太阳能电池板输出仿真，为太阳能逆变器、光伏控制器及微网设备提供测试。
无论石油资源即将枯竭是否是个伪命题，发展可再生能源、清洁能源都是全球性共识。
中国光伏产业曾因欧盟反倾销而遭受重创，但随着国内光伏装机容量的大幅增长而重现繁荣。
截止2016年底，全球累计光伏安装量达305GW，中国累计光伏并网容量达77 GW，中国光伏发电的新增和累计装机容量均为全球第一，中国本土成为光伏产业最大市场。
中国企业如晶科、华为等在光伏组件及逆变器等关键设备领域的出货量也稳居全球第一。
按照中国在巴黎气候峰会上的承诺，到2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%—65%，非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右。
光伏作为非化石能源的重要一项，在实现这个总体目标的路径上，有这样几个关键词：分布式、领跑者、去补贴。
分布式：中国的太阳能资源丰富区主要分布于北部及高海拔地区，但电力负荷需求则较集中在东部沿海地区。
大规模太阳能发电站常建设于资源丰富区，电能消纳问题严重，“能发不能送” 导致了巨大的浪费。
而在负荷周边建设自发自用、余电上网的分布式光伏成为解决消纳问题的有力方法。
先找到能可靠消纳光伏发电量的负荷，再建光伏电站。
作为精准扶贫的重点手段，光伏扶贫项目也常采用分布式系统。
光伏系统的规模依负荷需求及可用占地面积而定，家用系统在几千瓦，商业及工业负荷系统常在几十千瓦至几兆瓦规模。
同时分布式系统常建设于屋顶等位置，光伏组件朝向及受遮蔽情况复杂，因而常选用组串式逆变器方案以求最大的发电效率。
光伏逆变器测试流程
光伏逆变器测试流程The testing process of photovoltaic inverters is a crucial step to ensure the safety and efficiency of these devices. 光伏逆变器的测试过程是确保这些设备安全和高效运行的关键步骤。
There are several steps involved in the testing process, each of which plays a critical role in ensuring the overall performance of the inverter. 测试过程涉及多个步骤，每个步骤在确保逆变器整体性能方面发挥着关键作用。
From input testing to output verification, each phase of testing serves to identify any potential issues that could affect the functionality of the inverter. 从输入测试到输出验证，测试的每个阶段都旨在识别可能影响逆变器功能的潜在问题。
The first step in the testing process involves input testing, where the inverter is subjected to various input voltage and frequency levels to ensure it can handle different conditions. 测试过程的第一步涉及输入测试，其中逆变器会受到多种输入电压和频率水平的影响，以确保它能够处理不同的条件。
This phase of testing is critical as it helps to determine the inverter's ability to withstand fluctuations in input power, which is essential for its reliability in real-world applications. 这个测试阶段至关重要，因为它有助于确定逆变器抵御输入功率波动的能力，这对其在现实应用中的可靠性至关重要。
光伏逆变器测试流程
光伏逆变器测试流程
光伏逆变器测试流程主要包括多个阶段和多项测试内容，确保产品符合国际电工委员会（IEC）和其他适用标准。
首先，准备阶段涉及提交技术文件、样品及填写申请表；实验室测试涵盖电气性能（如转换效率、MPPT功能）、电磁兼容性（EMC）、环境适应性（如温度、湿度、机械冲击等）。
并网特性测试包括低电压穿越（LVRT）、电网适应性、谐波畸变等。
此外，还包括对元器件、安全防护功能、静态与动态运行特性的检查。
整个测试过程中，严格记录数据并出具专业测试报告，作为产品认证和质量控制的重要依据。
光伏并网逆变器的逆变效率试验
实验名称：光伏并网逆变器的逆变效率试验一、实验目的：光伏并网逆变器的效率是决定光伏并网发电系统整体效率的重要参数。
对其进行全面、有效的评估与测定，无论是对于光伏并网工程设计中逆变器的选取还是对于科研中逆变器的研究都具有重要的意义。
二、实验原理：一个光伏并网逆变器由两部分组成，最大功率点追踪部分（从光伏阵列获得最大功率MPP P ），和DC-AC 变换部分（将直流电dc P 变换为交流电ac P ）。
（一）最大功率点跟踪效率（MPP-tracking efficiency ）MPPT 效率，包括MPPTstat η与MPPTdyn η，指一段时间内，逆变器从太阳能电池组件获得的直流电能与理论上太阳能电池组件工作在最大功率点在该时段输出的电能的比值。
静态最大功率点跟踪效率MPPTstat η，表征当太阳能电池输出特性曲线一定时，逆变器在多大程度上可以跟踪到太阳能电池的最大输出功率。
而动态最大功率点跟踪效率MPPTdyn η可以用来衡量当太阳能电池输出曲线复杂多变情况下，逆变器对最大功率点跟踪的响应速度。
MPPT 效率的数学计算公式为：00()()MM T dc MPPT T MPPP t dtPt dt η=⎰⎰ 其中，()dc P t 表示逆变器从太阳能电池获得的实时功率；()MPP P t 表示太阳能电池理论上提供的实时的最大功率点功率。
（二）转换效率（Conversion efficiency ）转换效率concv η是指，一段时间内。
逆变器交流输出端输出的电能与直流输入端输入的电能的比值。
其数学表达式为：0()()MM T ac conv T dcPt dt Pt dt η=⎰⎰ 其中，()ac P t 表示逆变器AC 输出端子输出的实时功率；()dc P t 表示逆变器DC 输入端子输入的实时功率。
（三）总效率（Overall efficiency ）总效率t η表示，一段时间内．逆变器交流输出端输出的电能与理论上太阳能电池组件工作在最大功率点在该时间段输出的电能的比值，从定义可知：00()()MM T ac t conv MPPT T MPP P t dtP t dt ηηη=⋅=⎰⎰ 理论上的最大功率点跟踪效率、转换效率和总效率的计算公式如上所示，但是在实验过程中，无法得到()ac P t ()dc P t ()MPP P t 的表达式，只能测得其瞬时值，因此无法通过以上表达式计算出各个效率。
（完整版）光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法
（完整版）光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法在现实生活中，由于阳光照射角度、云层、阴影等多种因素影响，光伏阵列接受到的阳光辐照度和相应温度在不同的条件下会有很大的差别，比如在早晨和中午，在晴朗和多云的天气下，特别是云层遮掩的影响，可能会造成短时间内辐照度的剧烈变化。
因此对于光伏逆变器而言，其必须具备应对阳光辐照度持续变化的策略，始终维持、或者是在尽可能短的时间内恢复到一个较高的MPPT精度水平，以及较高的转化效率，才能在现实生活中实现良好的发电效果。
目前光伏逆变器行业中各大厂商对于静态MPPT追踪算法的处理基本都展现出了很高的水准，可以精确地维持在非常接近100%的水平，为后端直流转交流的过程提供了良好的基础。
这一点也体现在各个型号的逆变器的总体效率参数上，标称值一般都很高。
而在逆变器实际的工作环境中，日照、温度等外部条件是处于实时动态变化的过程中，逆变器在这样的条件下工作，其动态效能也就成为了衡量其实际性能的不可忽视的重要指标。
在实验室的测试环境下，光伏模拟器作为可以直接模拟各种类型、各种配置的光伏阵列的高效模拟器，已经被广泛地应用于逆变器的测试。
但此前的测试更多地集中于模拟各种静态条件下（即在测试过程中维持给定的IV曲线不变化），或者是有限的低强度变化（如测试过程中会在给定的两条或数条IV曲线之间切换），较少涉及长时间、高强度的真实工作状况的模拟。
笔者关注使用光伏模拟器来模拟光伏阵列随时间而发生动态变化的输出，探究此动态MPPT测试功能的实用性和其中需要注意的要点。
由于动态天气的组合方式几乎无穷无尽，因此首要的问题是光伏模拟器提供了哪些典型类型的天气文档，以及是否有足够的灵活度来供客户自行生成新的天气文档，是否提供足够高的时间分辨率来支持快速的辐照度变化。
我们以光伏模拟与测试业内的知名品牌阿美特克ELGAR的光伏模拟器产品为例，其提供了晴天、多云、阴天等状况的典型天气情况实例（如下图1），另外支持直接在软件内制定或者通过外部数据处理软件（如EXCEL）生成自定义天气文档，时间分辨率为1秒。
光伏并网逆变器测试
交流电压为-15～+10%额定值，频率为±1%额定值，输出为：自激式情况100%额定输出，他激式情况分别为100%、50%、12.5%额定输出。在以上情况下分别工作，测量输出电流谐波
电压谐波测试
系统能正常起机工作，稳定后功率因素在0.95以上
测试条件：交流额定电压、频率，逆变器输出额定，线路阻抗为（U相和W相：阻抗0.19Ω±8%,电感0.23 mH±8%;O相：阻抗：0.21Ω±8%，电感0.14mH±8%）。
复电后规定时间内阻止再并网测试
检测电网断开后，即使电网复电，在规定的时间（如150秒左右）内不会再并网。并且，人为投入并网功能时，在规定时间内不执行。
测试条件：交流额定电压、频率，逆变器输出额定，线路阻抗为短路。
测试方法：断开电网连接开关，保持10秒后，再合上电网连接开关。测量从复电后，到逆变器再次自动并网的时间。另外，人为投入并网功能时，在规定时间内不执行。
3、保护动作时间在0.5秒以内
1、在直流检测电路上慢慢增加电流，直到保护装置动作，测量保护电流值；
2、在直流检测电路上，电流一次性增加到保护整定值的110%，保护装置动作，测试量动作时间；
交流过欠压保护
1、检测出异常电压，保护装置能正常动作；
2、保护点在整定值的±2%以内；
3、保护动作时间在整定值的±0.1以内
1、给保护装置施加整定值90%的额定频率的交流电，慢慢增加到保护装置动作，测量过流值；
2、额定频率的交流电从0开始，一次性增加到保护装置整定值的110%，保护装置动作，测量动作时间
直流过欠压保护
1、直流过、欠压时保护装置能正常动作；
2、保护点在保护装置整定值的5%内；
3、保护动作时间在0.5秒以内
光伏逆变器测试方法
光伏逆变器测试方法
1. 嘿，你知道光伏逆变器测试第一步要干啥吗？就好比你要去一个新地方，得先知道咋走一样！那就是外观检查啊！看看它有没有磕磕碰碰啊，螺丝松没松啊之类的。
你想想，要是外表都有问题，它里面能好到哪儿去呀，对吧？
2. 哎呀，接下来可重要啦！就跟给人做体检似的，要测试它的电气性能啦！这可得仔细咯，看看输出功率够不够呀，电压稳不稳定呀。
不然接上电了出啥毛病可咋办哟！
3. 哇塞，还有绝缘测试呢！你说这是不是就像给光伏逆变器穿了一层保护衣呀？得确保它不会漏电啥的呀，这可关乎安全呢，可不能马虎呀！
4. 嘿呀，然后就是效率测试啦！这就好比你干一件事，得看看投入和产出成不成正比呀。
要是效率低，那不是浪费咱的精力和钱嘛！
5. 还有还有，环境适应性测试可别忘了呀！它能不能经受住各种天气呀，温度变化呀。
就像人一样，得适应不同的环境才能好好生存呀！
6. 哇哦，稳定性测试也很关键哟！这就好像你走在路上，得稳稳当当的才放心呀。
如果它老是出毛病，那多闹心呀！
7. 最后呀，一定得做好保护功能测试呢！这相当于给光伏逆变器请了个保镖呀，遇到问题能及时保护它。
要是没这个，那不就危险了嘛！
我的观点结论就是：光伏逆变器测试方法真的很重要，每个环节都不能掉以轻心，只有这样才能保证它可靠地工作呀！。
MPPT测量
1.4.5 MPPT 跟踪效率与转换效率测量光伏系统工作时，太阳电池在一定的温度和日照强度下具有唯一的最大功率点，当太阳电池工作在该点时能输出当前温度和日照条件下的最大功率。
但由于太阳电池的输出特性受负荷状态、日照量、环境温度等因素的影响、太阳电池阵列的电压和电流均发生很大的变化，从而使输出功率不稳定，即最大功率点时刻变化。
为了充分利用太阳能以获取最大功率输出，必须跟踪、控制太阳电池的最大功率点、最大限度地利用太阳能。
逆变器转换效率是选购光伏逆变器的核心参数之一，转换效率的高低决定了逆变器的品质,对新能源产业的发展起着不可小觑的作用。
目前，大多是太阳能电池的转换效率仅有10%-20%左右，在此背景下，提升光伏逆变器的效率，对于提升太阳能并网发电系统的整体效率显得至关重要。
高效率且具有低成本效益的逆变器成为评定太阳能发电系统优劣的关键指标。
1． NB/T 32004-2013测试标准根据NB/T 32004-2013的要求，MPPT 效率包括动态MPPT 效率和静态MPPT 效率，测量方法按EN 50530-2010的要求进行或参见NB/T 32004-2013附录K 。
●静态最大功率点跟踪效率的测试要求根据NB/T 32004-2013标准，静态最大功率跟踪效率计算公式如下MPVS MPP DC DC MPPT T P TI U ，∑=∆=n 1i i ,i ,sta ,η式中：值；逆变器输入电压的采样—i ,DC U值；逆变器输入电流的采样—i ,DC I大功率输出；从光伏方阵中得到的最—PVS MPP P ,）；周期（不大于连续两个采样值之间的—ms 20T ∆）。
总采样周期（不小于—min 10M T 静态最大功率点跟踪效率反应的是在给定静态PV 组件的特性曲线上，逆变器调节跟踪最大功率点的精度。
注:i ,DC U 和i ,DC I 必须是同一时间的采样值。
●动态最大功率点跟踪效率的测试要求根据NB/T 32004-2013标准，动态最大功率跟踪效率计算公式如下∑∑∆∆=ii ,i ,j i ,,1T I U T ηDC DC PVS MPP MPPT,dyn P 式中：的采样间隔；—j ,,j PVS MPP P T ∆值逆变器输入电压的采样—i ,DC U的采样间隔；、—i ,i ,i DC DC I U T ∆值逆变器输入电流的采样—i ,DC I大的功率输出从光伏方阵中得到的最—，i ,PVS MPP P所以MPPT 动态最大功率跟踪效率测量，我们应该测出太阳电池输出的电压电流及最大功率输出，并进行上述公式的计算，才能得出结论。
光伏逆变器最大功率点跟踪MPPT测试
光伏逆变器特有功能测试知多少？随着新能源观念的普及，光伏发电的应用越来越广。
光伏逆变器是光伏发电系统的重要组成部分，与其相关的业界标准亦在不断的设立与完善，尤其是针对其一些特有功能提出了测试要求。
本文将会为大家介绍这些特有功能及如何对其进行测量的。
一、光伏逆变器是什么逆变器是一种将直流电转换成交流电的设备，其应用范围十分宽广。
而光伏逆变器，则是针对光伏发电系统而设计的一种特种逆变器。
光伏发电的核心是利用光伏组件（就是人们常说的太阳能电池板）将太阳能转化为电能，但由于光伏组件只能生成直流电，且大小与阳光强度有关，难以直接利用，因此需要将这种直流电通过光伏逆变器转换成我们常用的交流电，方便电力的传输与利用。
图1-1太阳能发电系统原理1、光伏逆变器与普通逆变器的区别既然光伏逆变器的作用是把直流电转换成交流电，那么可否用普通逆变器替代使用？答案自然是否定的。
术业有专攻，光伏逆变器与普通逆变器相比，区别体现在其具备最大功率点跟踪（MPPT）功能与针对电网安全的低电压穿越能力。
2、寻求输入功率最大化：MPPT正如光伏发电原理中所提到的，光伏组件的发电能力是随着阳光强度、温度和其他环境因素变化的，在不同日照强度下都存在一个最大功率输出点。
光伏逆变器通过MPPT模块，控制自身输入端（即光伏组件输出端）的工作电压大小，使得光伏组件工作在最大功率点输出状态下，实现光伏逆变器的最大功率输入，提高阳光的利用率。
图1-2最大功率点跟踪3、MPPT效率评估专家：PA功率分析仪过去测试人员在进行MPPT效率评估时，需要先用功率分析仪测试出一段时间内的光伏逆变器输入功率的积分，然后再通过公式人手计算出MPPT效率，测试效率低下。
PA6000功率分析仪具备动态与静态MPPT效率测量功能，在积分模式下可实现MPPT 效率的高精度自动测量，直接显示效率测量结果，节省了人工处理数据的时间。
图1-3PA6000功率分析仪-MPPT效率测试4、电网稳定的卫士：低电压穿越能力任何并网型的光伏逆变器，都必须具备低电压穿越能力。
光伏逆变器MPPT效率的计算方法与来源
光伏逆变器MPPT效率的计算方法与来源
在光伏逆变器的技术规格说明书内，都会标注MPPT效率这个指标。
MPPT效率是决定光伏逆变器发电量最关键的因素，其重要性大大超过光伏逆变器本身的效率。
目前国内外光伏逆变器在相同的条件下对比发电量，相差可能高达20%，导致这个差异主要原因在于MPPT效率，以下介绍MPPT效率的计算方法和来源。
MPPT的效率等于硬件效率乘以软件效率，硬件效率主要由电流传感器的精度，采样电路的精度来决定的，软件效率主要由采样频率来决定的，MPPT实现的方法有很多种，但是无论是采用那种方法，首先必须要测量组件功率的变化，再对变化做出反应。
这其中涉及到一个关键的元器件，那就是电流传感器，它的精度和线性误差将直接决定硬件效率，而软件的采样频率也是由硬件的精度来决定的。
目前电流传感器有开环和闭环两种，开环的电流传感器测量精度99%，线性精度99%，总测量误差2%，闭环的电流传感器测量精度99.6%，线性精度99.9%，总测量误差0.5%。
这代表什么意思呢？比方说如果采用开环电流传感器，组件功率发生2%的变化，逆变器是就测不出来，由于开环电流传感器误差大，所以采样频率也要降低，否则会发生振荡，所以软件的效率也只能达到99%，也就是说，使用开环电流传感器的逆变器，它MPPT极限效率只有97%，而采用使用闭环电流传感器的光伏逆变器，它MPPT极限效率可达到99.5%。
光伏逆变器测试方法
光伏逆变器测试方法测试端子说明：逆变器的保护动作的信号主要是看逆变器的GB信号以及运转继电器信号。
具体项目的保护动作的要求其中哪个信号，请查看下表1。
GB：在9脚和10脚间串接一电阻，观察电阻两端电压波形，RY：在1脚和2脚间串接一电阻，给2脚一5V电压，观察电阻两端的电压波形。
表11模拟测试测试说明：a.由于逆变器并网工作时，以下项目无法进行实际测试，而在内部信号检测端施加等效信号进行模拟测试。
b.进行模拟测试之前，需把电感L2和L3的2脚从PCB上断开，如下图：图31.1 交流过电流测试测试方法：图4 交流过电流测试图a.按图3、4连接线路；b.把控制面板上的AC_I的端子拔掉，在AC_I的端子的2、4脚加入对应等效电流的交流电压信号。
如图4。
电流等效电压的关系：5A=1V。
交流过电流整定值24A对应的等效交流电压为4.8Vrms.c.电网频率为50Hz，加入对应频率的交流电压信号，从整定值的90%缓慢（0.1V 步长）增加到过流保护点，记录此时电压V1，换算成电流值；d.交流电压信号跳变：从0V开始跳变到V1+0.2，从0V开始跳变到过流保护整定值的110%，从0V开始跳变到过流保护整定值的150%，分别测量保护动作的时间；e.电网的频率设为60Hz，重复c～d步骤；判定标准：1、交流过流，保护装置能正常动作（查看GB信号变为高电平）,并且LED屏上显示故障一致；2、保护点在保护整定值的5%内，整定值最大不超过150%；3、保护动作时间在0.5秒以内。
1.2 直流过欠压保护测试方法：图5 直流过欠压测试图a.按图3、5接线路；b.把控制面板上的Solar_Vdc端子拔掉，从PV-OV/UV端子外加直流电压信号，1脚为正，2脚为负。
直流信号与实际直流电压关系：模拟信号1V=实际电压122.67V；c.电网频率为50Hz，直流电压从保护整定值的90%缓慢（0.01V步长）增加到保护点，记录保护点的电压值V1，换算成实际电压值；d.直流电压过压跳变：从额定电压开始跳变增加到保护点电压V1+0.01，从额定电压开始跳变增加到保护整定值的110%，从额定电压开始跳变增加到保护整定值的150%，分别测试量保护动作时间；e.直流电压从保护整定值的110%缓慢下降（0.01V步长）到保护装置动作为止，测量直流电压值V2；f.直流电压欠压跳变：从额定电压开始跳变下降到保护点电压V2-0.01，从额定电压开始跳变下降到保护整定值的90%，从额定电压开始跳变下降到保护整定值的80%，测试量保护动作时间；g.电网频率设为60Hz，重复c～f步骤。
【干货】光伏逆变器MPPT算法全面解析
【⼲货】光伏逆变器MPPT算法全⾯解析来源：Solarbe 作者：张喆什么叫多路MPPT,为什么组串逆变器有好⼏个MPPT。
MPPT算法⼜是什么?为⼤家解释什么是MPPT。
最⼤功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking，简称MPPT)是光伏发电系统中的⼀项核⼼技术，它是指根据外界不同的环境温度、光照强度等特性来调节光伏阵列的输出功率，使得光伏阵列始终输出最⼤功率。
图 1图1我们可以发现，在不同的太阳能辐照度条件下，最⼤功率点是不同的。
温度不同时，最⼤功率点也不同。
图2图2温度越⾼最⼤功率点越低。
图 3光伏阵列在使⽤过程中易受周围环境(如浮云，建筑物，树⽊遮荫等)和电池板表⾯的灰尘的⼲扰，导致光伏阵列的输出功率减⼩，输出特性曲线变得复杂。
输出特性曲线呈多极值点，这就使得基于单峰值的最⼤功率点跟踪算法有可能在这种情况下失效，得不到全局最⼤功率点，使得光伏发电系统效率⼤⼤降低。
如果⼀个电站，某⼀个组串后⾯有空调机组;⼜有⼀⽚树叶遮盖了某⼀块电池⽚;⼜有⼀⽚树荫遮挡了部分组件。
那么就会出现图3的情况，有了多个功率的峰值。
如何找到图3中最⾼的那个点，就需要MPPT了!⼀、最⼤功率点的条件这个问题说起来⼜有⼀点复杂了!太阳能电池组件，有内电阻和外电阻之分。
当某⼀刻内电阻和外电阻相等时，此刻电池组件就⼯作在最⼤功率点了。
P=UI=I2R=[E/(R+r)]2R=E2R/(R+r)]2=E2/(√R+r/√R)2=E2/[(√R-r/√R)2+4r]右边R为变量,分⼦⼀定,分母中√R=r/√R,即R=r时和最⼩,这时分数值最⼤。
所以,当外电阻和内电阻相等时,输出功率最⼤。
太阳能电池组件的内阻，主要体现在发电的时候，对电流的抑制作⽤。
在发电的时候，主要参与的元素有电池⽚，内部焊条导线，还有外部链接线缆。
这些参与的元素有⼀个共同的特性，就是在低温的时候，电阻值全部都会变⼩。
所以在同辐射强度的情况下，环境温度越低，电池板的内阻越⼩，发电效果越⾼;反之，则温度越⾼，内阻越⼤。
集中式太阳能逆变器快速MPPT方法
集中式太阳能逆变器快速MPPT方法范瑞祥;苗洁蓉;王文彬;解大【摘要】针对集中逆变式太阳能光伏电站最大功率点追踪(MPPT)问题,提出快速追踪方案.基于光伏(PV)电池单二极管5参数模型,建立考虑了失配参数的光伏阵列输出电压电流关系的数学模型,并通过实测电压、电流数据形成求解参数的非线性方程组;通过迭代算法获得各参数的值,进一步可以建立参数与实时温度和光照的对应数据库;运用拉格朗日乘子法对获得的U-I关系求解最大功率点,同时采用设置多初值的方法避免多峰导致的局部最优情况.最后,再通过外电路调节,可一步到位将电路运行点调整至最大功率点.快速MPPT方法求解最大功率点更直接,调节更迅速,对电路的干扰更小.【期刊名称】《电机与控制学报》【年(卷),期】2019(023)007【总页数】7页(P113-119)【关键词】光伏发电;最大功率点跟踪;集中式光伏;5参数模型;拉格朗日乘子法【作者】范瑞祥;苗洁蓉;王文彬;解大【作者单位】国网江西省电力公司电力科学研究院,南昌330096;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240;国网江西省电力公司电力科学研究院,南昌330096;上海交通大学电子信息与电气工程学院,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TM6150 引言由于光伏(photovoltaic，PV)出力受温度和辐照度的影响很大，为了在相同条件下获得更多的电能，需要对光伏电池进行最大功率点追踪[1](maximum power point tracking, MPPT)。
目前光伏阵列的最大功率跟踪方法主要分为基于数学模型的方法[2]、基于扰动的自寻优法[3]和基于智能控制的方法[4]。
基于数学模型的方法建立在合理的数学关系上，包括开路电压比例系数法、短路电流比例系数法、扫描电流法，前两者简化了模型，利用了近似的比例关系，不准确且获得开路电压和短路电流对电路会造成短时的影响[5-6]；后者虽然准确度较高但速度很慢[7]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光伏逆变器MPPT效率测试步骤方法
在现实生活中，由于阳光照射角度、云层、阴影等多种因素影响，光伏阵列接受到的阳光辐照度和相应温度在不同的条件下会有很大的差别，比如在早晨和中午，在晴朗和多云的天气下，特别是云层遮掩的影响，可能会造成短时间内辐照度的剧烈变化。
因此对于光伏逆变器而言，其必须具备应对阳光辐照度持续变化的策略，始终维持、或者是在尽可能短的时间内恢复到一个较高的MPPT精度水平，以及较高的转化效率，才能在现实生活中实现良好的发电效果。
目前光伏逆变器行业中各大厂商对于静态MPPT追踪算法的处理基本都展现出了很高的水准，可以精确地维持在非常接近100%的水平，为后端直流转交流的过程提供了良好的基础。
这一点也体现在各个型号的逆变器的总体效率参数上，标称值一般都很高。
而在逆变器实际的工作环境中，日照、温度等外部条件是处于实时动态变化的过程中，逆变器在这样的条件下工作，其动态效能也就成为了衡量其实际性能的不可忽视的重要指标。
在实验室的测试环境下，光伏模拟器作为可以直接模拟各种类型、各种配置的光伏阵列的高效模拟器，已经被广泛地应用于逆变器的测试。
但此前的测试更多地集中于模拟各种静态条件下（即在测试过程中维持给定的IV曲线不变化），或者是有限的低强度变化（如测试过程中会在给定的两条或数条IV曲线之间切换），较少涉及长时间、高强度的真实工作状况的模拟。
笔者关注使用光伏模拟器来模拟光伏阵列随时间而发生动态变化的输出，探究此动态MPPT测试功能的实用性和其中需要注意的要点。
由于动态天气的组合方式几乎无穷无尽，因此首要的问题是光伏模拟器提供了哪些典型类型的天气文档，以及是否有足够的灵活度来供客户自行生成新的天气文档，是否提供足够高的时间分辨率来支持快速的辐照度变化。
我们以光伏模拟与测试业内的知名品牌阿美特克ELGAR的光伏模拟器产品为例，其提供了晴天、多云、阴天等状况的典型天气情况实例（如下图1），另外支持直接在软件内制定或者通过外部数据处理软件（如EXCEL）生成自定义天气文档，时间分辨率为1秒。
对于天气文档的时间长度则没有限制，可以支持长时间的测试，如一周甚至更长时间。
图1 晴天和阴天的辐照度及温度变化情况，横轴为时间，黄线为辐照度，紫线为温度
业内部分组织也定义了一些“标准”的测试形态，以便对不同的逆变器按照相同标准来做比对。
例如：
1. 定义了辐照度和温度变化的几种不同模式。
-- 快速变化（辐照度3秒钟从100W/m2线性升至800W/m2及反向下降）
-- 慢速变化（辐照度半小时从0W/m2线性升至1000W/m2然后相同速率下降回0，同期温度从5度到60度再回到5度）
-- 三角变化（辐照度30秒从100W/m2线性升至800W/m2然后相同速率下降回100W/m2，重复60次）
-- 温度变化（10秒从35度线性升温至75度然后相同速率下降回35度，重复15次）
2. IEC/EN50530在附录B中定义了不同的测试模式。
-- 低辐照度到中辐照度的不同速率往复变化（从100W/m?到500W/m?的变化，11种不同速率，最慢800秒，最快8秒）
-- 中辐照度到高辐照度的不同速率往复变化（从300W/m?到1000W/m?的变化，6种不同速率，最慢70秒，最快7秒）
3. 鉴衡CGC/GF004对于动态效率的测试模式定义与EN50530相同。
应该说这些标准提供了很好的参考条件，便于各逆变器厂商进行针对性的改善动态
MPPT性能的研究。
这些标准更多的是关注辐照度的变化而非温度的变化，这是由于光伏组件的输出功率受辐照度影响特别剧烈，而温度的影响则相对较小。
需要注意的是，这些标准对于辐照度变化的时间分辨率并没有给出强制性的要求，但是其本质上会要求在以秒为基础单位的同时进行进一步的线性内插，以满足该种测试形态。
以EN50530为例，其对于辐照度变化速率的最快的要求是100W/m2/s，以7秒钟实现从300W/m2到1000W/m2的变化。
如果我们只是采纳1秒钟变化一次辐照度的方法，则将得到如下的以1秒为步进的阶梯状辐照度变化图档（图2），而非标准所要求的线性变化状辐照度图档（图3）。
图2 以1秒为步进的阶梯状辐照度变化图3 理想的线性辐照度变化
通过简单的数学计算，以一个在标准测试状态下（STC，1000W/m?，25摄氏度）标称为1KW的逆变器为例，来评估这种阶梯状变化方式的影响能有多大。
按照EN50530附录C 中定义的光伏阵列I/V曲线拟合公式，相应的晶硅模型和薄膜模型在对应辐照度下的理论最大功率点列表如下。
也就是说每次100W/m2的辐照度变化会导致光伏模拟器的输出IV曲线的最大功率点（以下简称Pmp）有一个大约10%标称功率的跳变。
另外通过简单的数学计算便可得出此种阶梯状变化方式与理想情况间会造成的实际给逆变器供应功率的差异，在这辐照度线性增大的7秒内对于晶硅模型是少了707W，对于薄膜模型是少了700W，也就是大约每秒少供
应100W，约10%标称功率的供应不足。
同理当辐照度线性减少的时候就会是大约每秒多供应100W，约10%标称功率的供应过量。
这种高达10%的供应功率差异完全是由于光伏模拟器本身的算法导致的。
对于高速逆变器来说，这种差异可能严重影响其性能表现，使其无法发挥出自己的真实能力，无法与其他的相对低速的逆变器区分开来。
解决此问题的方法就是在每秒间进行线性内插，使得光伏模拟器给出的IV曲线尽可能地贴合理想的线性变化。
例如阿美特克ELGAR的光伏模拟器可以在每秒之间线性内插128次，也就是每7.8毫秒就会自动变更一条新的IV曲线，这样一来就相当于曲线之间几乎是无缝切换。
但是这样高速的变化会引入另一个问题，即MPPT追踪精度的计算问题。
目前各厂家基本上都是依靠光伏模拟器本身提供的MPPT精度测量功能来直接计算逆变器的MPPT效率，计算方法是将当前时刻的输出电压乘以输出电流，得到当前的实际输出功率，然后除以当前IV曲线的Pmp。
这其中当前的实际输出电压和电流值的获取是需要进行实时测量的，有一个测量时间窗口长度的问题，理论上是时间长度长一些比较好，例如20ms或以上，以便于滤除纹波干扰以获得高精度的读数；而另一个更重要、影响也更大的问题是同步问题。
当IV曲线处于高速自动线性内插的状况（例如每7.8毫秒更新一次）时，很显然常规的20ms测量窗口无法与之匹配，当20ms的测量采样时间完成并得到一个输出功率值时，此时的IV曲线已经更新了二至三次，我们拿这个测量值除以当前使用的IV曲线的Pmp值，得到的MPPT效率显然会存在失真。
于是当辐照度处于上升状态时，此时光伏模拟器报告的MPPT效率会偏低；当辐照度处于下降状态时，光伏模拟器报告的MPPT效率会偏高。
如下图（图4）是一个辐照度以100W/m2的速率从1000W/m2下降至300W/m2，同时光伏模拟器进行每秒128次内插的测试结果。
我们可以清楚地看到，红色线代表的光伏模拟器报告的实际输出功率高出蓝色线代表的线性下降的理想IV曲线的Pmp，以至于计算得到的MPPT 效率会出现超过100%的情况。
图4 100W/m2/s的辐照度线性下降情况下，带高速线性内插功能的光伏模拟器报告的MPPT效率存在较大的误差
为了解决此一问题，我们需要选取适当的IV曲线更新速率以及测量时间窗口。
例如阿
美特克ELGAR光伏模拟器允许用户设置禁用每秒128次的仪器自动内插更新IV曲线功能，而启用软件统一控制的每100毫秒更新一次IV曲线的方法，而同样由软件来操作在此期间的输出功率回读，这样就可以确保当前输出功率的测量与IV曲线更新的同步问题。
这样IV 曲线的更新速率为每秒10次，可以使得供应给逆变器的功率跳变、以及供应能量与理想情况的差异均缩减为1%的量级，无疑是目前市面上性能表现最为优秀的光伏模拟器。
如下图5是采用该方式后的测试结果。
我们可以看到代表实际输出功率测量结果的红色轨迹极好地匹配了代表理想Pmp变化的蓝色轨迹。
图6是更长时间上的测试结果图示，包含辐照度下降和上升的两种情况。
说明当前这款逆变器可以非常良好地适应这种1000W/ m2的辐照度变化速率，维持99%以上的MPPT效率。
图5 100W/m2/s的辐照度线性下降情况下，开启软件10次/秒线性内插功能的光伏模拟器报告的MPPT效率
图6 更长时间的100W/m2/s的辐照度线性下降情况下，开启软件10次/秒线性内插功能的光伏模拟器报告的MPPT
综上所述，当我们需要在实验室里进行动态的天气状况模拟时，需要能够构建或加载各种复杂天气状况以及国际规范定义的典型测试模式，构建的天气文档的时间分辨率达到秒级，
而实际的IV曲线更新速率需要更快（如每秒10次）以满足平滑变化及符合实际状况的要求，同时在高速的IV曲线更新时还务必要确保输出采样数据的同步性，只有这样，我们才能得到足够精确、可信赖的测试结果。