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近年来，环境污染、气候变暖和全球能源危机倍受关注，同时人们对能源需求在日益增大,许多不可再生资源面临着枯竭,从而加剧了能源危机。 因此，可再生能源成为各国能源发展的战略选择,而风电和光伏发电又成为重中之重,全球风电,光伏装机容量一路高歌猛进。

根据“全球太阳能需求监测”报告，随着光伏电池、光伏逆变器等主要部件成本的进一步降低， 最近投标的光伏发电项目平均合并对价分摊PPA（Purchase Price Allocation）已经能够与煤炭天然气成本竞争，同时系统平衡成本仍将占大型光伏电站项目成本的很大份额。效率改进，高效组件和1500V系统将提供BOS（Balance of System,光伏组件外的开支，如土建，工程安装，项目设计，工程验收等费用）成本节省，帮助太阳能赢得与其他发电系统的竞争。

光伏屋顶和大型光伏发电场是目前主要的两种光伏发电模式，光伏屋顶通常使用微型逆变器直接并网，而光伏电站则需要将成千上万个光伏电池，通过集中式大型逆变器（MW级）或者将光伏电池分成若干组，每组或多组通过组串式逆变器（15-100KW）汇流后并入电网。

如上图所示，当由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，而组串式系统中只有受到遮挡的部分效率降低。

另外一个问题时，当系统出现问题时，如光伏逆变器宕机，集中式整体系统对当地电网将产生巨大的供电缺口，影响企业生产和居民的正常用电。而组串式采用分布式逆变器，个别光伏逆变器出现异常，不会造成集中式类似的验证供电影响。

光伏逆变器（PV inverter或solar inverter）可以将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供电的设备使用。太阳能逆变器有配合光伏阵列的特殊功能，例如最大功率点追踪及孤岛效应保护的机能。

光伏逆变器分类

1. 独立逆变器（Stand-alone inverters）：用在独立系统，光伏阵列为电池充电，逆变器以电池的直流电压为能量来源。许多独立逆变器也整合了电池充电器，可以用交流电源为电池充电。一般这种逆变器不会接触到电网，因此也不需要孤岛效应保护机能。
2. 并网逆变器（Grid-tie inverters）：逆变器的输出电压可以回送到商用交流电源，因此输出弦波需要和电源的相位、频率及电压相同。并网逆变器会有安全设计，若未连接到电源，会自动关闭输出。若电网电源跳电，并网逆变器没有备存供电的机能。
3. 备用电池逆变器（Battery backup inverters）是一种特殊的逆变器，由电池作为其电源，配合其中的电池充电器为电池充电，若有过多的电力，会回灌到交流电源端。这种逆变器在电网电源跳电时，可以提供交流电源给指定的负载，因此需要有孤岛效应保护机能。

逆变装置的核心，是逆变开关电路，简称为逆变电路。该电路通过电力电子开关的导通与关断，来完成逆变的功能。

（1）较高的效率 - 为了最大限度的利用太阳能电池，必须设法提高光伏逆变器的效率。

（2）较高的可靠性 - 目前光伏电站系统主要用于边远地区，许多电站无人值守和维护，这就要求光伏逆变器有合理的电路结构，严格的元器件筛选，并要求逆变器具备各种保护功能，如：输入直流极性接反保护、交流输出短路保护、过热、过载保护等。

（3）输入电压有较宽的适应范围 - 由于太阳能电池的端电压随负载和日照强度变化而变化。

光伏逆变器（PV inverter或solar inverter）可以将光伏（PV）太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电（AC）的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡（BOS）之一，可以配合一般交流供电的设备使用。太阳能逆变器有配合光伏阵列的特殊功能，例如最大功率点追踪及孤岛效应保护的机能。

探索测试解决方案

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以下为采用1500V / 组串式2.5MW光伏电站的光伏电池模组、光伏逆变器、汇流箱等硬件数量，以及与1000V 光伏系统的比较，综合来说，采用1500V光伏系统可以节省约30%的成本。

1500V光伏发电系统，度电成本可降低 30%
直流侧输入电压提高，每串连接更多组件（增加50%）
子串的数量减少了167个
光伏逆变器的数量减少18个
汇流箱的数量减少了9个

DC（直流）侧线缆使用量减少，同时, 电气设备（汇流箱、直流柜、逆变器）的单位功率密度提升，安装、维护等方面工作量也减少，在一定程度上促进了光伏系统成本的降低。

MPPT（Maximum Power Point Tracker）是光伏逆变器评价的关键性指标，性能优异的光伏逆变器MPPT效率高达99.9%以上。

最大功率点跟踪（MPPT）是一种确保太阳能逆变器在不同气象条件下尽可能以其最大功率点运行的方法。

由于 MPPT 算法比较复杂，因此开发在逆变器中使用的 MPPT 算法和电路并验证其性能颇具挑战性。 即便能在不同温度和辐照条件下进行日照测试，测试操作也会相当复杂且测试成本比较高。

随着逆变器的功率提升，测试阵列的规模也变得难以管理。 单个逆变器上的输入数量越多，测试的复杂性就越大。 为了应对这一测试挑战，实验室测试解决方案必须能够仿真现实情况下一对多的太阳能电池阵列串。

我们先通过几张图来了解光伏电池的输出特性和mppt定义？

下图是Keysight DG9000A多路光伏模拟器软件中编辑光伏电池组输出IV和PV曲线和列表的界面。图中分成三个部分：光伏模组参数输入区（红色），V/I/P数据列表区（橙色）,I-V,P-V曲线区（黄色）。

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）：

短路点： 电压=0V， 电流=Isc
开路点： 电压=Voc，电流=0A
最大功率点： 电压=Vmax, 电流=Imax, 功率=Pmax

同时，曲线上其他点的电压和电流关系公式为：

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。典型的n值为1024，也有些光伏模拟器取n=256 或 n=4096。

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！

如上所述， 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 可以模拟光伏特性的电源（通常之为光伏模拟器，如 是德科技的E4360A 模块化太阳能电池阵列仿真器主机, 光伏阵列仿真器，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。

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%。

下图为DG8900软件MPPT 效率测试界面，按照标准要求，依此模拟和测量光伏电池在5%，10%，20%，30%，50%，70%，100%时的MPPT效率，然后按照标准权重系数计算出加权效率。

添加图片注释，不超过 140 字（可选）

为了方便研发工程师快速和全面的评估逆变器在各种光照条件下，DG9000A软件提供了光照强度缩放（SCALE）功能。工程师可以一键式设置到任意的光照强度，如下图调整到5% (即50 W/m2)。

以上讨论的标准中对光伏逆变器静态MPPT效率的测试，然而现实中的光伏电池模组场景要比标准定义复杂的多。如上文提到的部分光伏电池遮挡或顺坏时，集中式逆变器效率会整体大大下降，此时光伏电池阵列输出的合成曲线不同于光照强度下降,最大功率点Pmax对应的电压Vmax 会很大变化。

DG9000A光伏模拟器软件可以控制多台PV9822A光伏模拟器，每一台模拟器输出不同的I-V曲线，并输入到同一个MPPT电路，实现复杂的光伏曲线MPPT测试。

如下图所示，如果上述集中式光伏逆变器保持在无遮挡时的工作电压，只能获得大约72%的MPPT效率。 再配合上述曲线缩放（SCALE），可测量在具备光伏模组异常时系统的静态效率。

动态MPPT评估在光照强度动态变化的过程中光伏逆变器MPPT追踪性能，标准定义了以下三种不同光照变化过程的测试：

A 晨曦和日落过程（0-10%）， 耗时 2320 秒
B 冬春季节和晌午/傍晚（10%-50%）， 耗时 15939 秒
C 夏秋季节/午时（30-100%）, 耗时 6987 秒

除了光照强度幅值的变化范围，标准还定义的不同的变化斜率和驻留时间，循环次数，等待时间，使得动态MPPT成为一个非常耗时的测试项目。表格为 C 中等和高辐照强度变化测试过程详细参数定义，总测试耗时6987 秒（约2小时）。

10次循环 X （上升时间70S + 驻留时间10S+ 下降时间70S+驻留时间10S） + 等待时间300S=1900S

DG8900A光伏模拟器软件的动态MPPT功能，按照EN50530标准依此测试上述B/C/A 辐照变化过程时的MPPT，并自动保存过程中的详细功率，MPPT效率等数据。

如上所述，严格按照EN50530标准定义的参数执行，对研发工程来说花费的时间太长了，影响光伏逆变器研发和调试进度，甚至耽误新项目和产品的上市时间。 DG8900 软件支持用户自定义动态MPPT测试功能，改功能允许用户增减测试项目，修改辐照强度变化幅值区间，上升/下降/驻留时间，循环次数，还可以设置温度同步变化范围。

研发和测试工程师可以通过优化测试参数，加速测试进度，同时还可以测量评估标准尚未定义，而实际场景存在的性能评估。

光伏发电作为绿色环保的新能源主要技术之一，受到全球各国的高度关注，特别是在各国达成巴黎气候协定之后，发达国家以及部分发展中国家都采用政府补贴方式建立了很多光伏电站工程。近年来，随着光伏电池、光伏逆变器等关键组件效率的提升以及成本的下降，大型的光伏发电项目平均PPA已经能够与煤炭天然气成本竞争，同时政府补贴也在逐渐的退坡甚至取消。

单从光伏逆变器的效率来看，领先的光伏逆变器品牌标称的转换效率已经高达99%，MPPT效率甚至高达99.9%以上。如何进一步提升？

首先、从上述光伏逆变器测试规范EN50530的静态和动态MPPT测试定义看，只定义了极少数情况下测试场景，目前绝大多数光伏逆变器都具有非常优异的性能，即MPPT效率。但不同的逆变器在现实光伏发电站的性能迥异，光伏逆变器应该更多匹配光伏电站的光伏电池和辐照情况进行优化——即使同一款光伏逆变器，用在不同光伏电站，可能测试场景和权重应该做相应的调整。

按照标准，如下4路MPPT光伏逆变器效率测试时，采用的是均匀分配到每路MPPT输入的,对应测试连接图为：

如上文所述，该连接与光伏电池模组部分遮挡或损坏的场景I-V曲线变化甚异。

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。

案例1： 光伏模拟器与逆变器MPPT一一对应连接

案例2： 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。

多路MPPT曲线同步缩放(SCALE)，并自动采集I-V曲线变化过程中测量值。

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效率和光伏逆变器综合MPPT效率表。

其次、更高电压标准和更精准的曲线输出和测量精度要求。目前市场上主流的光伏模拟器电压和电流编程和测量精度在0.1% 到0.2%，以是德科技N8957APV，1500V,30A ,15KW光伏电源为例，其电压精度<1.5V (0.1%FS), 电流精度<60mA (0.2%FS)，你对其测得MPPT效率99.90% 有信心吗？

再次，现在大家所说的1500V光伏系统中，1500V是其开路电压Voc，其最大工作点Vmax只有1100V左右。 如果要最大工作点Vmax 1500V, Voc开路电压将高达到2000V。

是德科技最新的光伏模拟器PV8922A 2000V，30A，20KW，再次刷新光伏模拟器电压和精度指标。高达2000V电压等级，0.04%的电压和0.03%电流输出和测量精度，保证光伏模拟器输出更精准的I-V曲线和MPPT测量精度，助力光伏逆变器MPPT和转换效率提升。

降低 1500 V 光伏系统的测试成本---案例研究

由于电动交通（混合动力汽车、电动汽车）和住宅能源管理系统的快速发展，对大功率太阳能电池组的需求也在急剧增加。从 1000 Vdc 向 1,500 Vdc 转变已经成为光伏（PV）系统的最新趋势。 欧洲和亚洲的一些公用设施公司正在加大对高压技术的资本投入，因此上述趋势在这些地区尤为强劲。美国方面，随着相关行业标准和相关认证流程得到解决，这一需求也在开始发力。

“汽车电子系统作为所有操作和诊断的基础平台，可以保障汽车的便利性、舒适性和安全性，并为三个创新领域提供主要支持 - 电动汽车，自动驾驶和互联汽车。”

根据美国保险商实验室（UL）的说法，提高系统电压可以增加电池组的长度，从而减少直流电力收集系统中所需的合路器的数量和布线数量。而且，这也会降低劳动成本。通过减少线路损耗、提高直流交流功率逆变器的效率，更高电压的系统还可提供更高的财务回报，改善平准化能源成本（LCOE）。LCOE 是衡量大型商业系统和公用事业系统的关键指标。

功率逆变器的能量产出和长期可靠的运行能力是产品致胜的关键指标，因而也是重要的设计目标。目前，串列逆变器应用的最为广泛，它可以收集太阳能电池阵列电池组的输出，并且安装在保险丝盒或电表附近。在新兴技术的推动下，一种安装在每个太阳能电池板上的更小、更紧凑的微型逆变器应运而生。

案例研究：三家知名的光伏（PV）逆变器制造商

挑战： ? 当前的 500/1000 伏系统无法有效地测试新的1500 伏逆变器 ? 由于电压的提升，测试设施中产生了更高级别的热量 ? 需要在更短时间内测试更多参数

解决方案： 利用 Keysight N8957APV光伏阵列仿真器，快速、高效地进行测试

结果： ? 设备上的资本投入大幅度减少了 66% ? 数据记录和报告生成时间节省 50% 以上 ? 轻松、快速地仿真各种真实的温度条件 挑战：减少测试时间，减少冷却措施，执行更多测试

三家知名的光伏系统制造商几乎同时面临类似挑战，他们都选择了是德科技。在生产 600 和 1000 Vdc 光伏逆变器的基础上，他们希望扩展到 1500 Vdc。

他们在各自的设计和测试流程中都选择了直流电源，以便仿真光伏太阳能阵列的动态特性。在测试过程中，几乎不可能真正使用太阳能电池阵列来提供电力。很明显，原因有二：实验室内没有阳光照射的条件；把测试工作移至户外又不切实际。另外，还有两大原因对于精确测试至关重要：可重复性和可控性。这些属性使得有必要针对多个测试点仿真各种工作条件下的影响 — 光照强度、温度、阴影、日食。

对于 1500 Vdc 逆变器，三大制造商面临着一系列共同挑战。首先，需要在更短时间内测试更多参数，以便更快地将产品推向市场（TTM）。这就需要使用快速、高效和灵活的测试方法，经济高效地评测静态和动态 MPPT（最大功率点跟踪）。其次，大功率逆变器会产生更多热量，因此需要降低测试设施不断攀升的冷却成本。

仿真器拥有专门解决上述挑战的四大功能：1500 Vdc 输出电压；1000 Vdc 隔离电压；自动量程调节；以及易用性。

配备1000 和 1500 Vdc 的功能之后，工程师们可以轻松满足针对成熟技术和新兴太阳能技术的测试要求。例如，可以快速创建、显示和实现 PV/太阳能 I-V 曲线，从而快速、全面地测试逆变器的效率和 MPPT 算法（图 1）。

除了自动量程调节功能以外，光伏阵列仿真器还可兼作电源，沿着最大功率曲线，提供各种组合的更高电压或更高电流（图 2）。

是德科技解决方案还特别提供了 1500 V/10 A 至 500 V/30 A 的连续 V/I 组合。这意味着制造商不需要投资购买多个电源。这既降低了设备成本，又节省了工作台空间。

光伏制造工程师可以轻松访问上述高级功能，因此他们对光伏阵列仿真器 的易用性非常赞赏。例如，只需简单地输入测试参数，例如 Pmp、Vmp 等，然后点击“开始测试” （Start Test）按钮。太阳能电池阵列仿真器（SAS）控制软件能够按照指定格式自动创建所需的报告，节省了数据记录和报告生成的时间，消除了繁琐耗时的操作过程（参见 图 3）。

成果：削减了 66% 的设备成本

是德科技的多功能解决方案套件可以帮助制造商更快地把设计投入生产，使他们发运更高功率的逆变器时更有信心。其中最重要的一个前期收益是设备上的资本投入大幅减少了 66%。

主要原因是：一台具有自动量程调节功能的 光伏阵列仿真器可以替换此前使用的两台或多台“矩形”输出电源。例如，15 kW 型号可在 10 A 时产生 1500 Vdc，在 30 A 时产生 500 Vdc。相比之下，额定功率为 15 kW 的传统装置在 500 V 时仅能产生 5 kW （图 4）。

光伏阵列仿真器与 SAS 控制软件结合，帮助这三大制造商提升了他们的整体测试效率。以前设置执行动态 MPPT 效率测试的序列通常要用 7 个多小时，还要不断地改变输入配置文件，以及收集电压/电流测量数据。通过使用 SAS 控制软件，只需点击一下鼠标， 便可自动完成这个过程。只需几分钟，便能生成符合欧洲 EN50530 标准的报告。 总之，通过实施更高电压的稳定而经济的测试，同样是面对紧迫的测试日程，现在已经没有任何压力。

在整个行业中，作为降低 LCOE 和 BOS（系统平衡）成本的重要环节，全球各地还将继续向 1500 Vdc 系统进行过渡。根据 GTM 的调查显示，1000 Vdc 设备更换为 1500 Vdc 系统之后，每瓦将会节省 0.05 美元的成本。

这只是未来的众多趋势之一。根据国际能源署（IEA）预测，在不久的将来，太阳能将会推动清洁能源实现强劲增长）。随着更多太阳能电池板的安装，在把太阳能转换为可用的交流电的实际过程中，新一代光伏逆变器将会扮演重要角色。因此，对增强型逆变器技术的需求也将推动对改进设计和仿真工具的需求；这些工具可帮助开发人员实现最大的能源效率。

是德科技光伏（PV）阵列仿真解决方案由 N8900APV 系列光伏阵列仿真器和 SAS控制软件组成。该解决方案使光伏逆变器设计人员可以轻松快捷地开发、验证和提升光伏逆变器最大功率点跟踪（MPPT）算法的性能，以及一键式测试欧洲标准 EN50530。 Keysight N8937APV 和 N8957APV 光伏阵列仿真器能够测试电压高达 1,500 V 的光伏逆变器，从而使设计人员能够紧跟业界最近向更高电压发展的潮流。

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“以下为采用1500V / 组串式2.5MW光伏电站的光伏电池模组、逆变器、汇流箱等硬件数量，以及与1000V 光伏系统的比较，综合来说，采用1500V光伏系统可以节省约30%的成本。”

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