把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風(fēng)力發(fā)電的基本原理。風(fēng)力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染。風(fēng)能作為一種綠色可再生能源，具有很好的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值，受到世界各國(guó)越來(lái)越多的重視。現(xiàn)如今風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成為各國(guó)研究的熱點(diǎn)，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。

在變速恒頻的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，并網(wǎng)逆變器采用PWM控制技術(shù)，該技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，如輸出電流正弦而且諧波含量少、功率因數(shù)可調(diào)以及在輸出電網(wǎng)電壓固定的情況下直流母線電壓可以調(diào)節(jié)等。在新能源并網(wǎng)發(fā)電中扮演著很重要的角色。

圖1  接線方式和額定參數(shù)設(shè)置界面

不過(guò)風(fēng)能作為一種新型能源，利用效率非常低。一般的風(fēng)機(jī)風(fēng)能利用效率在40%以下。這已經(jīng)成為制約其發(fā)展的瓶頸，因此提高風(fēng)能利用效率就顯得尤為重要。其中并網(wǎng)逆變器就是影響風(fēng)能發(fā)電效率的主要原因，這是由于并網(wǎng)逆變器在工作時(shí)本身也要消耗一部分電力，它的輸入功率要大于輸出功率。而逆變器的效率即是逆變器輸出交流功率與輸入直流功率之比，即輸出功率比輸入功率。所以若可以提高逆變器轉(zhuǎn)換效率，就能夠向電網(wǎng)提供更多的電能，這具有著非常現(xiàn)實(shí)的意義。

圖2  交流電流探頭設(shè)置界面

此次測(cè)試的對(duì)象是某著名大學(xué)風(fēng)力發(fā)電實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)能發(fā)電拖動(dòng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的并網(wǎng)逆變器，其額定參數(shù)為：輸出電壓AC100V；額定輸出功率5kW。而測(cè)試選用的儀器是某美資儀器公司新推出的高級(jí)電能質(zhì)量分析儀，此儀器具有逆變器的效率測(cè)試功能，非常適合在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)風(fēng)能及太陽(yáng)能的并網(wǎng)逆變器的實(shí)際運(yùn)行效率。

在測(cè)試前我們需要修改額定頻率、電壓以及交直流電流探頭型號(hào)，必要時(shí)還要調(diào)整電壓和電流變比。根據(jù)設(shè)備額定參數(shù)，將接線方式（Config）、額定頻率（Freq）、和額定電壓（Vnom）按圖1顯示的內(nèi)容來(lái)設(shè)置，分別是3?DELTA（三相三角形）、50Hz、100V。

圖3  逆變器效率測(cè)試接線圖

接著進(jìn)入相線電流探頭設(shè)置界面將交流電流探頭型號(hào)（Amp clamp）改為此次測(cè)試選擇的i400s，并把輸出信號(hào)范圍（Range）調(diào)整為10mV/A，則Nominal range自動(dòng)調(diào)整為40A。如果測(cè)試的交流電流信號(hào)為中高壓CT二次側(cè)信號(hào)，則需要修改電流變比（Ratio），修改的比值必須與CT實(shí)際變比保持一致。其他參數(shù)項(xiàng)的修改以選擇的電流探頭實(shí)際規(guī)格為準(zhǔn)，見(jiàn)圖2。

然后按下F4進(jìn)入零線電流探頭設(shè)置界面將直流電流探頭型號(hào)（Amp clamp）改為i310s，并把輸出信號(hào)范圍（Range）調(diào)整為10mV/A，則Nominal range自動(dòng)調(diào)整為30A。

圖4  逆變器效率測(cè)試顯示界面

最后按下F5返回主界面，并進(jìn)入菜單項(xiàng)選擇逆變器效率功能（POWER INVERTER），會(huì)出現(xiàn)圖3顯示的接線方式，嚴(yán)格按照?qǐng)D上標(biāo)明的方式接線：1.分別連接A、B、C三相交流電流探頭；2.連接直流電流探頭信號(hào)至中性線電流通道；3.分別連接A、B兩相交流電壓測(cè)試線；4.將直流電壓的負(fù)極連接到電壓C相通道，正極連接到電壓中性線通道。

連接完畢，確認(rèn)無(wú)誤后按下“OK”進(jìn)入逆變器效率測(cè)試界面。測(cè)試界面如圖4：

圖中kWout是實(shí)際輸出交流功率，kWin是實(shí)際輸入直流功率，Eff%是逆變器的實(shí)際效率，Vout是輸出交流線電壓，Aout是輸出交流電流，Vin是輸入直流電壓，Ain是輸入直流電流。由于此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)負(fù)載運(yùn)行相對(duì)較為穩(wěn)定，故被測(cè)逆變器實(shí)際運(yùn)行轉(zhuǎn)換效率約為Eff%=45.31%。

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圖5  電能質(zhì)量分析儀

由于客戶使用的是實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的系統(tǒng)，因此效率較差。對(duì)于真實(shí)的風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)，則其逆變器效率測(cè)試具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。如果針對(duì)測(cè)試結(jié)果提高逆變器效率，就可以提高發(fā)電量，增加收益。因此如風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站的運(yùn)營(yíng)商等對(duì)于逆變器轉(zhuǎn)換效率都十分重視，通常會(huì)在合同中規(guī)定最低效率值，未來(lái)國(guó)家也會(huì)出具逆變器效率測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)。

此電能質(zhì)量分析儀（圖5）的逆變器效率測(cè)試功能可以廣泛應(yīng)用于新能源行業(yè)，如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電系統(tǒng)，也適用于大型UPS、各類變頻電源等。