逆变器测试方案

如何评估光伏逆变器的MPPT功能？

       MPPT跟踪效率与转换效率测量主要根据以下标准进行：

       1．NB/T32004-2013测试标准

       根据NB/T32004-2013的要求，MPPT效率包括动态MPPT效率和静态MPPT效率，测量方法按EN50530-2010的要求进行或参见NB/T32004-2013附录K。

       2．EN50530MPPT跟踪效率测试标准

       根据欧洲电工标准化委员会专门制定标准EN50530，给出了欧洲静态MPPT效率和欧洲静态转换效率的计算公式

       3．具体测试可参照致远电子的光伏逆变器测试解决方案

储能逆变器检测平台都要完成那些测试项目？

       储能产业爆发，储能逆变器作为产业链中重要的一环也在迅速增值，因此，对于储能逆变器进行系统的测试和调试平台的开发显得尤为重要。

       随着新能源电子设备的多样化发展，控制程序算法的复杂化需要通过测试平台获取更多数据，传统的测试平台虽然能够满足基本的测试需求，但却无法更好地满足对数据传输速度的要求。

       测试平台在获取数据的过程中对数据的传输速率要求较高，同时还需要具备更多的实用性功能。

       基于此，针对平台对于储能逆变器人机交互的实际需求，构建一个可以根据用户的需求进行历史数据存储的测试软件平台，是当前的研究重点。

       1、测试平台需求分析

       1.1储能逆变器

       在智能电网的建设中，储能逆变器凭借自身的双向变流功能可以完成一些特殊的功能。作为一种双向变流器，不仅可以完成电网电能之间的能量传输，还可以完成储能电能之间的能量传输，适用于多种直流储能单元中。

       在直流储能单元中，储能逆变器可以快速完成分布式发电的功能，提高电网对于可再生能源电力的接纳。根据系统的特性，在负荷的低谷期，需要储存更多的发电量以备不时之需，在负荷的高峰期所释放的能量，可以有效提高电网的供电质量。图1为储能逆变器在电网中的结构网络。

       储能逆变器适用于大容量储能电池的充放电，在充放电系统应用时，可以实现双向流动，实现智能化、稳定性和安全性等优势。

       在进行储能逆变器的整个开发过程中，利用示波器完成对电信号的全面检测，使用储能逆变器控制算法进行实际电信号量的研究所获取的量较少，利用示波器对大量的数据进行检测的过程中，多少会存在一些问题，虽然可以获取储能逆变器的电信号，但是经过传感器进行信号转换后，通过AD进行采集不一定保证采集量的正确性。

       因此，为了确保系统的正常运行，对程序的变量进行观察非常有必要。在进行程序观测的过程中，使用断点观测的方式较多，在进行弱电电路的程序调试和应用时，断点观测是一种非常有效的调试方法，但是在大功率的设备调试中，断点观测无法更好地预知大功率设备的状态，容易引发短路故障，存在一定的安全隐患，对于工作人员的安全作业非常不利。

       通过调试软件可以让刷新功能得到保障的同时，提高安全隐患。在进行储能逆变器大功率设备的测试过程中，会遇到很多故障问题。发生故障后，如果没有及时保存算法的变量信息，将无法准确获取故障点的位置和原因。

       因此，在进行储能逆变器的测试和调试过程中，谐波含量的大小是测试的一个重要指标，可以实时获取储能逆变器的谐波含量，对于储能逆变器的测试非常重要。基于以上问题，开发储能逆变器测试软件平台十分有必要。

       1.2需求分析

       储能逆变器测试软件平台的设计由人机交互测试平台和数据采集模块两部分组成，测试平台展示如图2所示。

       对于储能逆变器的传感器模块而言，完成信号的转换是一大亮点。通过获取AD小信号的数据，利用DSP控制器进行处理后通过以太网通信模块将数据发送到PC端。

       测试软件平台通过PC端口读取以太网中的数据信息，实现对数据的处理，并通过测试平台完成对数据结果的全面分析。

       根据上述对于储能逆变器测试软件平台的总体设计，对其进行功能模块的需求分析：

       （1）上下位机高速通信：传统的总线通信速率为460800bps[4]，为了提高通信的准确度，一般采取最多的是9600bps。CAN总线的通信速率为1Mbps，与工业以太网的总线差距较大；

       传统总线的可靠性较低，采用CAN或者工业以太网方可满足通信传输稳定性的设计需求；由于上下位机数据的通信中，上位机一般使用PC，CAN总线进行上下位机通信时，需要通过接口卡进行数据处理，因此使用CAN的成本较高。

       （2）后台数据处理：通过测试软件平台接收数据后完成对数据的处理，主要由储能逆变器的后台完成。

       （3）数据显示与人机交互：储能逆变器测试软件平台的后台主要负责对数据进行处理，通过显示数据完成对数据的操作，并实现最终的人机交互。

       2、测试平台结构及算法设计

       2.1总体结构

       储能逆变器测试软件平台通过工业以太网获取数据后，需要对数据进行运算分析处理，在实现数据展示的同时，也可以根据用户的设置需求，对历史数据进行存储，测试平台的数据处理流程如图3所示。

       在储能逆变器的测试软件平台开发时，采用三层结构体系，包括应用层、业务逻辑层和控制层，对软件中的各个层次任务进行分工处理，有助于软件的开发。

       2.2谐波检测算法

       2.3效率计算方法

       2.4高速通信协议

       3、测试平台模块实现

       3.1数据采集模块实现的过程为：

       电压电流传感器→信号调理电路→AD→DSP，通过传感器将强电信号转化为弱点信号，通过AD采集后利用以太网将数据发送到测试平台中。

       在本系统的设计中，数据采集模块主要通过AD公司旗下的8通道、16位的芯片AD7606，完成输入信号的采样，让所有的通道采集速率都可以达到200kSPS。

       3.2以太网通信模块的实现实现过程为：

       数据采集模块→DSP→RTL→储能逆变器测试软件平台。测试软件平台的数据传输利用工业以太网进行，将数据采集模块中的数据通过DSP传输到以太网的控制器中，以太网将其传输到测试平台中。

       上下位机的数据通信使用RTL8019AS进行通信，该控制器的电路简单，操作方便，通信速率高，可以满足该平台的设计需求。

       3.3谐波检测模块的实现使用基-2FFT算法实现

       通过蝶形运算，完成对FFT算法的谐波检测分析。有效值计算模块的实现，在同等电阻上增加直流和交流，通过交通流量的周期，让直流和交流的热量相等，得到交通流量的有效值。

       4、结语

       储能逆变器的测试软件平台设计，主要是针对储能逆变器而开发的一款测试软件，该软件也可以应用在其他的逆变器中进行调试。

       通过对谐波检测算法的分析，得到抑制频谱泄露的原理，对进一步提高测试平台的实时性具有显著作用。

       通过对各个模块的功能实现进行分析后得到，使用C++可以实现储能逆变器的测试软件平台设计，完成对谐波分析、检测、采集、计算、显示和保存等功能的分析，验证了该设计方案的可行性。

逆变器制作步骤详解

       在讲解逆变器的制作步骤之前，我们先来了解下什么是逆变器。逆变器简单来说就是把直流电变成交流电。它广泛应用于空调、家庭影院、电动缝纫机、电脑、电视、洗衣机、冰箱、风扇、抽油烟机等很多地方。将逆变器连接蓄电池安装在汽车上，可以在外出的时候在汽车内使用各种电器。手机、电脑、数码相机、照明灯、电动剃须刀、车载冰箱等都可以使用。大体了解了逆变器，我们下面来介绍下它的制作步骤。

       以制作600W的正弦波逆变器为例开始介绍。

一、主要部件的制作和采购

       1.SPWM主芯片

       2.主变压器

       主变压器是制作逆变器成功与否的关健，本机主变用的磁芯为EE55，材质PC40，我在杭州电子市场买到了一种质量很好的骨架，立式的，脚位11加11，脚粗1.2MM。绕制数据：初级2T加2T，用10根0.93的线。初级导线总面积为6.8平方MM，次级为0.93线一根，绕60T。

二、绕前准备

       先准备骨架，把骨架上22个引脚，剪去4个，下面红圈处就是表示已经剪去的脚。上面二个独立的脚是高压绕组用的，远离下面的脚有利于绝缘，中间及下面的脚是低压绕组用的，左边是一个绕组2圈，右边是另一个绕组2圈。

       三、绕制步骤

       A),先绕二分之一的高压绕组(次级)，先在骨架上用高温胶带粘一层，这样做是为了防止导线打滑，用一根0.93线绕一层，约30圈(注意的是，高压绕组的线头要做好绝缘，我是套进一小段热缩套管，用打火机烤一下，就紧紧包在线头上了)，再用胶带固定住线头，不要让它散出来，并在高压绕组的外面用高温胶带包三层。

       B)，下面就可以绕低压绕组了(初级)，低压绕组分成二层绕，也就是每一层是2加2，用5根线并绕。

       C)，再继续绕高压绕组，绕完另外的30圈，要注意的是，这30圈要和里面的30圈绕向相同，这点很关健。如果一层绕不下，就把剩下几圈再绕一层。D)，绕完高压绕组后，在外面用高温胶带包三层，就把低压绕组原先留在上面的线头折下来(见图三)，准备焊在骨架的脚上。去漆可以用脱漆剂，用棉签沾一点脱漆剂，抹在线头上，过一会儿，漆就掉下来了，就可以焊了。

       D)，再后在整个绕组的外面包几层高温胶带，绕好的线包外观要饱满平整。

       E)，现在可以插磁芯了，插磁芯之前要对磁芯的对接面做清洁处理，我是用胶带粘几下，把磁芯对接面的粉末全清洁干净，插入磁芯，用胶带扎紧，有条件的话对磁芯对接处用胶水做固定。

四、AC输出滤波磁环

       磁环是采用直径40MM的铁硅铝磁环，用1.18的线，在上面穿绕90圈，线长约4.5米，如果用导磁率为125的磁环，电感量大约在1.5mH，用导磁度为90的磁环，电感量大约在1mH左右。我做过试验，用二个这样的磁环，每个电感量在0.7mH以上就可以正常工作了。绕制时分二层，第一层，45圈，因为磁环外圈和内圈的周长不同，所以第一层绕时，内圈的线要紧密排列，而外圈的线是每圈之间留有一个空隙的。绕第二层时，内圈是叠在第一层线上，外圈是嵌在第一层线的空隙中，这样绕出来的线圈才好看。当然，好象是否好看，也不影响使用。注意，绕这个磁环时，一定要戴手套，否则，导线会让你勒出血泡的。

       五、散热风扇

       本机前级功率管和H桥的功率管都用风扇散热，这是一种小型仪表风扇，比电脑上的CPU风扇还要小一点，实验证明，在600W输出的情况下，H桥的4个功率管散热不成问题，但前级的二个功率管好象散热不够一点，如果有可能，最好用大一点的风扇。

六、安装与调试

       本机的安装调试并不复杂，但安装前必须做到二点：

       1.所有元器件必须是好的，器件的耐压和工作电流一定要够，尽可能用新器件，有条件的话装前对元器件作一番测试。

       2.PCB质量一定要好，装前最好仔细地检查一下，有没有铜箔毛刺引起的短路等。

       以上内容就是逆变器的制作步骤，朋友们可以参考一下。不过在制作的过程中，可能会出现电流300W以下没问题，300W以上，就会烧掉H桥管子或者其他东西。这个时候的解决办法是加强高压直流和SPWM板电源的滤波就能够恢复正常了。了解了逆变器的制作过程，大家可以尝试自己做一个实验。一般功率小点的就可以了，一般功率小点容易成功，即可以做实验也有一定的实用性。

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孤岛检测方法的被动检测方法

       被动式方法利用电网断电时逆变器输出端电压、频率、相位或谐波的变化进行孤岛效应检测。但当光伏系统输出功率与局部负载功率平衡，则被动式检测方法将失去孤岛效应检测能力，存在较大的非检测区域(Non-Detection Zone，简称NDZ)。并网逆变器的被动式反孤岛方案不需要增加硬件电路，也不需要单独的保护继电器。 电压相位突变检测法（Phase Jump Detection，PJD）是通过检测光伏并网逆变器的输出电压与电流的相位差变化来检测孤岛现象的发生。光伏并网发电系统并网运行时通常工作在单位功率因数模式，即光伏并网发电系统输出电流电压(电网电压)同频同相。当电网断开后，出现了光伏并网发电系统单独给负载供电的孤岛现象，此时，a点电压由输出电流Io和负载阻抗Z所决定。由于锁相环的作用，Io与a点电压仅仅在过零点发生同步，在过零点之间，Io跟随系统内部的参考电流而不会发生突变，因此，对于非阻性负载，a点电压的相位将会发生突变，如图4-3所示，从而可以采用相位突变检测方法来判断孤岛现象是否发生。

       相位突变检测算法简单，易于实现。但当负载阻抗角接近零时，即负载近似呈阻性，由于所设阀值的限制，该方法失效。被动检测法一般实现起来比较简单，然而当并网逆变器的输出功率与局部电网负载的功率基本接近，导致局部电网的电压和频率变化很小时，被动检测法就会失效，此方法存在较大的非检测区。

变频器逆变器损坏为什么会跳过流故障其检测电路的原理是怎样的

       1.1 主回路常见故障分析

       主回路主要由三相或单相整流桥、平滑电容器、滤波电容器、IPM逆变桥、限流电阻、接触器等元件组成。其中许多常见故障是由电解电容引起。电解电容的寿命主要由加在其两端的直流电压和内部温度所决定，在回路设计时已经选定了电容器的型号，所以内部的温度对电解电容器的寿命起决定作用。电解电容器会直接影响到变频器的使用寿命，一般温度每上升10 ℃，寿命减半。因此一方面在安装时要考虑适当的环境温度，另一方面可以采取措施减少脉动电流。采用改善功率因数的交流或直流电抗器可以减少脉动电流，从而延长电解电容器的寿命。

       在电容器维护时，通常以比较轻易测量的静电容量来判定电解电容器的劣化情况，当静电容量低于额定值的80%，绝缘阻抗在5 MΩ以下时，应考虑更换电解电容器。

       1.2 主回路典型故障分析

       故障现象：变频器在加速、减速或正常运行时出现过电流跳闸。

       首先应区分是由于负载原因，还是变频器的原因引起的。假如是变频器的故障，可通过历史记录查询在跳闸时的电流，超过了变频器的额定电流或电子热继电器的设定值，而三相电压和电流是平衡的，则应考虑是否有过载或突变，如电机堵转等。在负载惯性较大时，可适当延长加速时间，此过程对变频器本身并无损坏。若跳闸时的电流，在变频器的额定电流或在电子热继电器的设定范围内，可判定是IPM模块或相关部分发生故障。首先可以通过测量变频器的主回路输出端子U、V、W， 分别与直流侧的P、N端子之间的正反向电阻，来判定IPM模块是否损坏。如模块未损坏，则是驱动电路出了故障。假如减速时IPM模块过流或变频器对地短路跳闸，一般是逆变器的上半桥的模块或其驱动电路故障;而加速时IPM模块过流，则是下半桥的模块或其驱动电路部分故障，发生这些故障的原因，多是由于外部灰尘进入变频器内部或环境潮湿引起。

       1.3 控制回路故障分析

       控制回路影响变频器寿命的是电源部分，是平滑电容器和IPM电路板中的缓冲电容器，其原理与前述相同，但这里的电容器中通过的脉动电流，是基本不受主回路负载影响的定值，故其寿命主要由温度和通电时间决定。由于电容器都焊接在电路板上，通过测量静电容量来判定劣化情况比较困难，一般根据电容器环境温度以及使用时间，来推算是否接近其使用寿命。

       电源电路板给控制回路、IPM驱动电路和表面操作显示板以及风扇等提供电源，这些电源一般都是从主电路输出的直流电压，通过开关电源再分别整流而得到的。因此，某一路电源短路，除了本路的整流电路受损外，还可能影响其他部分的电源，如由于误操作而使控制电源与公共接地短接，致使电源电路板上开关电源部分损坏，风扇电源的短路导致其他电源断电等。一般通过观察电源电路板就比较轻易发现。

       逻辑控制电路板是变频器的核心，它集中了CPU、MPU、RAM、EEPROM等大规模集成电路，具有很高的可靠性，本身出现故障的概率很小，但有时会因开机而使全部控制端子同时闭合，导致变频器出现EEPROM故障，这只要对EEPROM重新复位就可以了。

       IPM电路板包含驱动和缓冲电路，以及过电压、缺相等保护电路。从逻辑控制板来的PWM信号，通过光耦合将电压驱动信号输入IPM模块，因而在检测模快的同时，还应测量IPM模块上的光耦。

       1.4 冷却系统

       冷却系统主要包括散热片和冷却风扇。其中冷却风扇寿命较短，临近使用寿命时，风扇产生震动，噪声增大最后停转，变频器出现IPM过热跳闸。冷却风扇的寿命受限于轴承，大约为10000～35000 h。当变频器连续运转时，需要2～3年更换一次风扇或轴承。为了延长风扇的寿命，一些产品的风扇只在变频器运转时而不是电源开启时运行。

       1.5 外部的电磁感应干扰

       假如变频器四周存在干扰源，它们将通过辐射或电源线侵入变频器的内部，引起控制回路误动作，造成工作不正常或停机，严重时甚至损坏变频器。减少噪声干扰的具体方法有：变频器四周所有继电器、接触器的控制线圈上，加装防止冲击电压的吸收装置，如RC浪涌吸收器，其接线不能超过20 cm;尽量缩短控制回路的配线距离，并使其与主回路分离;变频器控制回路配线绞合节距离应在15 mm以上，与主回路保持10 cm以上的间距;变频器距离电动机很远时(超过100 m)，这时一方面可加大导线截面面积，保证线路压降在2%以内，同时应加装变频器输出电抗器，用来补偿因长距离导线产生的分布电容的充电电流。变频器接地端子应按规定进行接地，必须在专用接地点可靠接地，不能同电焊、动力接地混用;变频器输入端安装无线电噪声滤波器，减少输入高次谐波，从而可降低从电源线到电子设备的噪声影响;同时在变频器的输出端也安装无线电噪声滤波器，以降低其输出端的线路噪声。

       1.6 安装环境

       变频器属于电子器件装置，对安装环境要求比较严格，在其说明书中有具体安装使用环境的要求。在非凡情况下，若确实无法满足这些要求，必须尽量采用相应抑制措施：振动是对电子器件造成机械损伤的主要原因，对于振动冲击较大的场合，应采用橡胶等避振措施;潮湿、腐蚀性气体及尘埃等将造成电子器件锈蚀、接触不良、绝缘降低而形成短路，作为防范措施，应对控制板进行防腐防尘处理，并采用封闭式结构;温度是影响电子器件寿命及可靠性的重要因素，非凡是半导体器件，应根据装置要求的环境条件安装空调或避免日光直射。

       除上述几点外，定期检查变频器的空气滤清器及冷却风扇也是非常必要的。对于非凡的高寒场合，为防止微处理器因温度过低不能正常工作，应采取设置空气加热器等必要措施。

       1.7 电源异常

       电源异常大致分以下3种，即缺相、低电压、停电，有时也出现它们的混合形式。这些异常现象的主要原因，多半是输电线路因风、雪、雷击造成的，有时也因为同一供电系统内出现对地短路及相间短路。而雷击因地域和季节有很大差异。除电压波动外，有些电网或自行发电的单位，也会出现频率波动，并且这些现象有时在短时间内重复出现，为保证设备的正常运行，对变频器供电电源也提出相应要求。

       假如四周有直接启动的电动机和电磁炉等设备，为防止这些设备投入时造成的电压降低，其电源应和变频器的电源分离，减小相互影响。

       对于要求瞬时停电后仍能继续运行的设备，除选择合适价格的变频器外，还应预先考虑电机负载的降速比例。当变频器和外部控制回路都采用瞬间停电补偿方式时，失压回复后，通过测速电机测速来防止在加速中的过电流。

       对于要求必须连续运行的设备，应对变频器加装自动切换的不停电电源装置。像带有二极管输入及使用单相控制电源的变频器，虽然在缺相状态，但也能继续工作，但整流器中个别器件电流过大，及电容器的脉冲电流过大，若长期运行将对变频器的寿命及可靠性造成不良影响，应及早检查处理。

       1.8 雷击、感应雷电

       雷击或感应雷击形成的冲击电压，有时也会造成变频器的损坏。此外，当电源系统一次侧带有真空断路器时，短路开闭会产生较高的冲击电压。为防止因冲击电压造成过电压损坏，通常需要在变频器的输入端加压敏电阻等吸收器件。真空断路器应增加RC浪涌吸收器。若变压器一次侧有真空断路器，应在控制时序上，保证真空断路器动作前先将变频器断开。

       2 变频器本身的故障自诊断及预防功能

       老型号的晶体管变频器主要有以下缺点：轻易跳闸、不轻易再启动、过负载能力低。由于IGBT及CPU的迅速发展，变频器内部增加了完善的自诊断及故障防范功能，大幅度提高了变频器的可靠性。

       假如使用矢量控制变频器中的“全领域自动转矩补偿功能”，其中的“启动转矩不足”、“环境条件变化造成出力下降”等故障原因，将得到很好的克服。该功能是利用变频器内部的微型计算机的高速运算，计算出当前时刻所需要的转矩，迅速对输出电压进行修正和补偿，以抵消因外部条件变化而造成的变频器输出转矩变化。

       此外，由于变频器的软件开发更加完善，可以预先在变频器的内部设置各种故障防止措施，并使故障化解后，仍能保持继续运行，例如：对自由停车过程中的电机进行再启动;对内部故障自动复位并保持连续运行;负载转矩过大时，能自动调整运行曲线，能够对机械系统的异常转矩进行检测。

孤岛检测方法的主动检测方法

       主动式孤岛检测方法是指通过控制逆变器，使其输出功率、频率或相位存在一定的扰动。电网正常工作时，由于电网的平衡作用，检测不到这些扰动。一旦电网出现故障，逆变器输出的扰动将快速累积并超出允许范围，从而触发孤岛效应检测电路。该方法检测精度高，非检测区小，但是控制较复杂，且降低了逆变器输出电能的质量。目前并网逆变器的反孤岛策略都采用被动式检测方案加上一种主动式检测方案相结合。 频率突变检测法是对AFD的修改，与阻抗测量法相类似。FJ检测在输出电流波形(不是每个周期)中加入死区，频率按照预先设置的模式振动。例如，在第四个周期加入死区，正常情况下，逆变器电流引起频率突变，但是电网阻止其波动。孤岛形成后，FJ通过对频率加入偏差，检测逆变器输出电压频率的振动模式是否符合预先设定的振动模式来检测孤岛现象是否发生。这种检测方法的优点是：如果振动模式足够成熟，使用单台逆变器工作时，FJ防止孤岛现象的发生是有效的，但是在多台逆变器运行的情况下，如果频率偏移方向不相同，会降低孤岛检测的效率和有效性。

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