如何解决太阳能逆变器的电磁兼容问题

太阳能逆变器是太阳能或光伏装置的一个重要子系统。完成将新产生的电能馈到电网中的关键步骤需要用到这些设备。就像从白炽灯到最新笔记本电脑技术的每一次进步，电子流都可能带来能量的散布，从而引起电磁干扰。当然，接下来必然会关注怎样预防和降低这种干扰，从而实现电磁兼容。更进一步，电磁兼容自身的概念包括定义某个限值，低于这个限值多个设备和系统就能同时有效工作，而不会对外产生干扰问题或者被外界干扰。最后，这种指令性标准的最终贡献是确定限值和测试程序，以及规定真正能实现兼容的测试设备。

太阳能逆变器和电磁兼容：难题

现在，要确保太阳能逆变器的电磁兼容还是存在问题的。这是因为需要产生大量的电能，而许多警告仅仅是提醒要谨慎过程。另一个困难产生在处理效率问题的时候——例如，需要将太阳能装置产生的功率比例最大化，这种功率是指进入电网后实际能用的功率。高效率意味着快速的切换操作，这样就有陡峭的上升时间和下降时间，从而引起干扰。而且，寻求设计更为经济的太阳能逆变器导致在拓扑结构图中省去了变压器。这样的设计会产生高电压及快速上升的电压火花——伴随产生了不想要的电磁干扰。

相关标准

就像许多技术变化很快的其他领域，电磁能设备的电磁兼容管理已经跟不上实际发展的脚步。现在还没有管理太阳能逆变器的特定标准。实际上，对太阳能逆变器并没有准确的分类。很多时候将太阳能逆变器定义为家庭装置；工科医（工业、科学、医疗）设备；或者信息技术器件。这些任意的描述使太阳能逆变器必须符合EN55014,EN55011或EN55022标准。目前，我们正在致力制订专门用于光伏电能产生系统的标准。德国电子技术委员会的K373委员会已经分为五个项目分别制定特定的标准，包括：太阳能电池，太阳能面板；用于光伏系统的连接器；确定光伏系统的仿真程序；以及搭建光伏系统。

K373委员会的工作是很有需求的。今天，太阳能逆变器的制造商抱怨要在他们的设备上贴上CE标志，就意味着他们必须要通过以下标准：

● 符合IEC 60950-1:2003-08和EN 50178:1998-04规定的设备安全性标准
● 符合61000-4-6-3：2002-08和EN 61000-6-4：2008以及EN 61000-6-4：2002-08规定的发射标准
● 符合EN 61000-3-2:2001-12规定的功率回馈到干线标准

太阳能逆变器的测试系统

开发了包含干线模拟系统（具有功率回馈）和光伏photovoltaic）模拟单元（图1）的测试系统是最近取得的一项成就，它有利于澄清现有混乱的标准。光伏模拟器用于模拟太阳能面板。用户能够通过精确控制的系统迅速调节程序，模拟出不同类型太阳能面板的特性及它们变化的功率输出。该系统甚至还能准确模拟平静的和狂暴的天气状况（图2）。这种特性提供了电磁兼容测试的关键参量——完全在相同条件下做重复性测试。

图1：太阳能逆变器测试系统的设计。测试系统包括含有干线模拟单元的干线部分，一个光伏模拟器和一个功率恢复单元

图2：电流/电压曲线如上面的图所示，下面的图画的是功率特性曲线，该曲线具有最大功率点和由局部遮挡效应产生的次大值

测试系统将光伏模拟器的输出馈到干线模拟单元。干线模拟单元包括经过校准的测试设备，该设备用于检查被测设备是否与相关欧盟标准规定的发射和抗扰度限值相符。恢复单元允许一定程度的热散发，因此该测试系统适合用于测试几千瓦到 100千瓦以上的太阳能逆变器。

很多时候将太阳能逆变器定义为家庭装置；工科医（工业、科学、医疗）设备；或者信息技术器件基本的电磁兼容系统干线模拟器的基本单元由一个四象放大器和一个用于低频传导现场的交流/直流电压源构成。这种放大器基于线性推挽式设计。它包括以下一些特征：

● 即使在极度非线性条件下也只有很小的谐波失真。
● 大于52V/μs的快速电压转换速率（EN 61000-4-11规定在均方值为240V时上升时间小于5μs）
● 从直流到5kHz的宽信号带宽（-3dB）——可选到15或30kHz
● 选择小信号带宽就能到50或100KHz

测试单元的核心是一个分析仪参考系统（ARS），这个系统根据标准IEC61000-3-2和IEC61000-3-3分析谐波和闪烁。 在分析仪参考系统中，数字闪烁计满足标准IEC61000-4-15的要求，实时谐波分析仪满足IEC61000-4-7的要求。配上经过校准的干线阻抗网络分别在两个通道进行闪烁测试。可调的干线阻抗模拟系统特别适用于电流大于16安培的情况。

恢复单元

如果要根据相关标准精确测量太阳能逆变器和将功率馈入电网的其他设备，如风力发电机和综合供热供电发电设备，那么测试装置的干线模拟系统必须能够承受大电流。实际上，从模拟器出来的功率（替代实际干线出来的功率）馈到测试系统时，对系统来说是一种损耗，当其工作在功率/电流工作模式时，它也为整个系统的功率损耗贡献了一部分。与放大器输出并联的负载电阻将输入功率转化为热量。因此，产生的最大热量只能达到额定功率的30%。

另一方面，恢复单元的工作方式完全不同，它会增加功率散发和能量恢复。恢复单元替代了负载电阻，通过不断调节阻抗实现匹配，使恢复单元表现出纯电阻特性，从而吸收被测设备输出的功率。这种调节可以在一毫秒以内完成。总而言之，恢复单元确保了持续实现最佳阻抗以及快速变化输入功率。它也确保了不会将功率转化为热量，从而确保功率以很高的效率流进电网。

恢复单元与四象放大器并联连接。当放大器处于源模操作时，恢复单元不起作用，对放大器没有影响。一旦引入了电流，电流马上流入电网，从而旁路掉四象放大器。这种方法确保了能量恢复单元具有75%的效率。如果要精确模拟实际操作，实时进行这个过程以及能够接受任意电流波形极为重要。放大器对模拟的干线电压起着决定性作用，此时它不受恢复单元的影响。总体上，这种系统拓扑结构和损耗减少能够以五倍系数提高放大器的性能。

利用以上介绍的测试系统，用户能够确定太阳能逆变器在各种输入条件和变化的干线条件下的电磁性能。光伏模拟器为测试选项提供了多种选择，它使用户能够测试其他关键参量，包括功率发生器追踪和监视最大功率点（MPP）的效率。这些特征确保了光伏发生器在最大功率点能够连续操作。