光伏逆變器動態MPPT效率的測試方法

在現實生活中，由于陽光照射角度、云層、陰影等多種因素影響，光伏陣列接受到的陽光輻照度和相應溫度在不同的條件下會有很大的差別，比如在早晨和中午，在晴朗和多云的天氣下，特別是云層遮掩的影響，可能會造成短時間內輻照度的劇烈變化。因此對于光伏逆變器而言，其必須具備應對陽光輻照度持續變化的策略，始終維持、或者是在盡可能短的時間內恢復到一個較高的MPPT精度水平，以及較高的轉化效率，才能在現實生活中實現良好的發電效果。

目前光伏逆變器行業中各大廠商對于靜態MPPT追蹤算法的處理基本都展現出了很高的水準，可以精確地維持在非常接近99%的水平，為后端直流轉交流的過程提供了良好的基礎。這一點也體現在各個型號的逆變器的總體效率參數上，標稱值一般都很高。而在逆變器實際的工作環境中，日照、溫度等外部條件是處于實時動態變化的過程中，逆變器在這樣的條件下工作，其動態效能也就成為了衡量其實際性能的不可忽視的重要指標。

在實驗室的測試環境下，光伏模擬器作為可以直接模擬各種類型、各種配置的光伏陣列的高效模擬器，已經被廣泛地應用于逆變器的測試。但此前的測試更多地集中于模擬各種靜態條件下（即在測試過程中維持給定的IV曲線不變化），或者是有限的低強度變化（如測試過程中會在給定的兩條或數條IV曲線之間切換），較少涉及長時間、高強度的真實工作狀況的模擬。筆者關注使用光伏模擬器來模擬光伏陣列隨時間而發生動態變化的輸出，探究此動態MPPT測試功能的實用性和其中需要注意的要點。

由于動態天氣的組合方式幾乎，因此首要的問題是光伏模擬器提供了哪些典型類型的天氣文檔，以及是否有足夠的靈活度來供客戶自行生成新的天氣文檔，是否提供足夠高的時間分辨率來支持快速的輻照度變化。我們以光伏模擬與測試業內的品牌阿美特克ELGAR的光伏模擬器產品為例，其提供了晴天、多云、陰天等狀況的典型天氣情況實例（如下圖1），另外支持直接在軟件內制定或者通過外部數據處理軟件（如EXCEL）生成自定義天氣文檔，時間分辨率為1秒。對于天氣文檔的時間長度則沒有限制，可以支持長時間的測試，如一周甚至更長時間。

1. Sandia National Laboratory定義了光伏逆變器動態MPPT效率的測試的輻照度和溫度變化的幾種不同模式：

• 快速變化（輻照度3秒鐘從100W/m2線性升至800W/m2及反向下降）
• 慢速變化（輻照度半小時從0W/m2線性升至1000W/m2然后相同速率下降回0，同期溫度從5度到60度再回到5度）
• 三角變化（輻照度30秒從100W/m2線性升至800W/m2然后相同速率下降回100W/m2，重復60次）
• 溫度變化（10秒從35度線性升溫至75度然后相同速率下降回35度，重復15次）

2. IEC/EN50530在附錄B中定義了光伏逆變器動態MPPT效率的測試的不同的測試模式：

• 低輻照度到中輻照度的不同速率往復變化（從100W/m2到500W/m2的變化，11種不同速率，最慢800秒，8秒）
• 中輻照度到高輻照度的不同速率往復變化（從300W/m2到1000W/m2的變化，6種不同速率，最慢70秒，7秒）

3. 鑒衡CGC/GF004對于光伏逆變器動態MPPT效率的測試模式定義與EN50530相同。

應該說這些標準提供了很好的參考條件，便于各逆變器廠商進行針對性的改善動態MPPT性能的研究。這些標準更多的是關注輻照度的變化而非溫度的變化，這是由于光伏組件的輸出功率受輻照度影響特別劇烈，而溫度的影響則相對較小。需要注意的是，這些標準對于輻照度變化的時間分辨率并沒有給出強制性的要求，但是其本質上會要求在以秒為基礎單位的同時進行進一步的線性內插，以滿足該種測試形態。