關于光伏逆變器動態MPPT效率測試方法的思考

　　目前各廠家基本上都是依靠光伏模擬器本身提供的MPPT精度測量功能來直接計算逆變器的MPPT效率，計算方法是將當前時刻的輸出電壓乘以輸出電流，得到當前的實際輸出功率，然后除以當前IV曲線的Pmp。這其中當前的實際輸出電壓和電流值的獲取是需要進行實時測量的，有一個測量時間窗口長度的問題，理論上是時間長度長一些比較好，例如20ms或以上，以便于濾除紋波干擾以獲得高精度的讀數;而另一個更重要、影響也更大的問題是同步問題。

　　當IV曲線處于高速自動線性內插的狀況(例如每7.8毫秒更新一次)時，很顯然常規的20ms測量窗口無法與之匹配，當20ms的測量采樣時間完成并得到一個輸出功率值時，此時的IV曲線已經更新了二至三次，我們拿這個測量值除以當前使用的IV曲線的Pmp值，得到的MPPT效率顯然會存在失真。于是當輻照度處于上升狀態時，此時光伏模擬器報告的MPPT效率會偏低;當輻照度處于下降狀態時，光伏模擬器報告的MPPT效率會偏高。如下圖(圖4)是一個輻照度以100W/m2的速率從1000W/m2下降至300W/m2，同時光伏模擬器進行每秒128次內插的測試結果。我們可以清楚地看到，紅色線代表的光伏模擬器報告的實際輸出功率高出藍色線代表的線性下降的理想IV曲線的Pmp，以至于計算得到的MPPT效率會出現超過100%的情況。

　　圖4 100W/m2/s的輻照度線性下降情況下，帶高速線性內插功能的光伏模擬器報告的MPPT效率存在較大的誤差

　　為了解決此一問題，我們需要選取適當的IV曲線更新速率以及測量時間窗口。例如阿美特克ELGAR光伏模擬器允許用戶設置禁用每秒128次的儀器自動內插更新IV曲線功能，而啟用軟件統一控制的每100毫秒更新一次IV曲線的方法，而同樣由軟件來操作在此期間的輸出功率回讀，這樣就可以確保當前輸出功率的測量與IV曲線更新的同步問題。這樣IV曲線的更新速率為每秒10次，可以使得供應給逆變器的功率跳變、以及供應能量與理想情況的差異均縮減為1%的量級，無疑是目前市面上性能表現最為優秀的光伏模擬器。如下圖5是采用該方式后的測試結果。我們可以看到代表實際輸出功率測量結果的紅色軌跡極好地匹配了代表理想Pmp變化的藍色軌跡。圖6是更長時間上的測試結果圖示，包含輻照度下降和上升的兩種情況。說明當前這款逆變器可以非常良好地適應這種1000W/ m2的輻照度變化速率，維持99%以上的MPPT效率。

　　圖5 100W/m2/s的輻照度線性下降情況下，開啟軟件10次/秒線性內插功能的光伏模擬器報告的MPPT效率

　　圖6 更長時間的100W/m2/s的輻照度線性下降情況下，開啟軟件10次/秒線性內插功能的光伏模擬器報告的MPPT

　　綜上所述，當我們需要在實驗室里進行動態的天氣狀況模擬時，需要能夠構建或加載各種復雜天氣狀況以及國際規范定義的典型測試模式，構建的天氣文檔的時間分辨率達到秒級，而實際的IV曲線更新速率需要更快(如每秒10次)以滿足平滑變化及符合實際狀況的要求，同時在高速的IV曲線更新時還務必要確保輸出采樣數據的同步性，只有這樣，我們才能得到足夠精確、可信賴的測試結果。