作者：Hao Chang作者：Hao Chang 电气工程和 Luigi Vanfretti，计算机与系统工程 - 纽约州特洛伊市伦斯勒理工学院
本文总结了伦斯勒理工学院（RPI）与智能电网解决方案公司（Smarter Grid Solutions）合作开展的智能逆变器功能测试项目的成果，该项目得到了纽约州能源与研究发展局（NYSERDA）的支持。该项目建立了一个用于智能逆变器测试的功率硬件在环 （PHIL）实验设施，目的是验证其是否符合 IEEE 1547.1- 2020 标准，以实现分布式能源资源（DER）与电力系统（EPS）的互联。该装置成功用于测试 SMA 逆变器在不同工作条件和控制模式下的功能。原始论文中记录的六项实验包括逆变器在控制模式下运行的测试：恒功率因数、恒无功功率、电压-功率、电压-瓦特、电压穿越和返回服务。本文仅详细介绍 "恒功率因数模式 "实验。
菲尔实验室实验设施
OPAL-RT OP1400 功率放大器
图 1 中标注为 4 的 OP1400 功率放大器是实验平台的重要组成部分，因为它模拟了逆变器所连接的电网。为了控制和监测放大器，我们设计了一个用户界面（UI）；见图 2。用户界面是 OP1400 功率放大器的控制面板，使用实时模拟器执行。该界面对于确保实验平台在测试实验期间成功运行至关重要，因为它允许用户调整参数并实时观察系统行为。图 2 中用红色方框括起并编号的是用于进行测试的不同实验控制和监测功能：
- 自动有效值电压设定点调整
- 电压设定点调整
- 电压骤变率限制器
- 电压设定点显示
- 每相的有效值电压和电流（监控）
在以下实验中，三相均方根电压设定点用于控制逆变器的输入电压，以进行高/低电压穿越测试。自动有效值电压设定点调整用于自动改变逆变器的输入电压，以获得伏特-瓦特和伏特-伏特控制模式运行的特性图。回转速率限制器用于限制自耦变压器浪涌电流的影响。这是必要的，因为在实验平台的耦合过程中发现，当电压变化过快时，功率放大器的保护装置会因自耦变压器的浪涌电流而跳闸。饱和限制器可避免用户输入误差超过放大器和逆变器的电压限制。饱和电压为 160 Vrms L-N。因此，自耦变压器高压侧的电压可达 692 VLL，足以满足实验设施范围内的所有测试程序。
直流电源
图 1 中标注为 2 号的直流电源用于模拟在不同条件下工作的光伏（PV）电池。光伏功率曲线仿真（PPPE）软件可根据用户定义的参数自动计算太阳能电池阵列的电压和电流曲线。由于实验不需要改变直流侧，且逆变器的最大有功功率输出设置为 3 千瓦。同时，将方框 1 中的功率曲线发送至直流电源，使其最大功率达到 7.2 千瓦，这样直流电源就能按照模拟光伏板的特性运行。所有实验均使用该功率曲线。
SMA 逆变器
SMA 逆变器是所有测试的 EUT（被测设备），并记录在接下来的测试中。逆变器通过嵌入式服务器用户界面进行配置，如图 3 所示。在用户界面的主屏幕（即网络服务器的主页）上，显示了当前的输出功率和设备状态。在 "设备参数 "选项卡中，可以显示并修改逆变器的配置和设置。在下面的实验中，详细设置都是通过该选项卡显示和配置的。
实验 - 恒功率因数模式
了解逆变器在恒功率因数条件下如何与电网互动对可再生能源的整合至关重要，因为它影响着电网的稳定性和效率。在下面的测试中，逆变器的恒功率因数（pf）模式将在 0.95 的滞后功率因数下进行测试。从用户界面上看，功率因数被设定为恒定的 0.95。在逆变器完成输出功率调整后（即达到 "稳定状态 "时）记录测量数据。这些记录用于验证逆变器是否输出并保持所需的有功功率和无功功率。
图 4 显示，逆变器发电量为 3 kW，功率因数为 0.95，符合预期。由于 SMA 逆变器能够产生 150 kW 的功率，因此 30.67 W 的误差在容许范围内。使用示波器验证滞后角。从测量结果来看，时滞为 827 微秒。就角度而言，这相当于 Φ = 17.8º。理想角度为 Φ = 18.2º。测得的滞后角接近理想角度。注意到波形略有失真，角度误差可归因于仪器问题。不过，误差很小，在容差范围内。在过激励（领先）功率因数为 0.95 的情况下重复该实验，结果如表 I 所示，与之前的测试结果相似。
表 1 - 0.95 超前恒功率因数测试结果
