应该说这些标准提供了很好的参考条件,便于各逆变器厂商进行针对性的改善动态MPPT性能的研究。这些标准更多的是关注辐照度的变化而非温度的变化,这是由于光伏组件的输出功率受辐照度影响特别剧烈,而温度的影响则相对较小。需要注意的是,这些标准对于辐照度变化的时间分辨率并没有给出强制性的要求,但是其本质上会要求在以秒为基础单位的同时进行进一步的线性内插,以满足该种测试形态。
以EN50530为例,其对于辐照度变化速率的最快的要求是100W/m2/s,以7秒钟实现从300W/m2到1000W/m2的变化。如果我们只是采纳1秒钟变化一次辐照度的方法,则将得到如下的以1秒为步进的阶梯状辐照度变化图档(图2),而非标准所要求的线性变化状辐照度图档(图3)。
图2 以1秒为步进的阶梯状辐照度变化
图3 理想的线性辐照度变化
通过简单的数学计算,以一个在标准测试状态下(STC,1000W/m2,25摄氏度)标称为1KW的逆变器为例,来评估这种阶梯状变化方式的影响能有多大。按照EN50530附录C中定义的光伏阵列I/V曲线拟合公式,相应的晶硅模型和薄膜模型在对应辐照度下的理论最大功率点列表如下。
辐照度(W/M2)晶硅Pmp(W)薄膜Pmp(W)
300291.6300.7
400394.3404.8
500497507.9
600599.3609.9
700700.8710.3
800801.4808.9
900900.9905.7
1000999.31000.3
也就是说每次100W/m2的辐照度变化会导致光伏模拟器的输出IV曲线的最大功率点(以下简称Pmp)有一个大约10%标称功率的跳变。另外通过简单的数学计算便可得出此种阶梯状变化方式与理想情况间会造成的实际给逆变器供应功率的差异,在这辐照度线性增大的7秒内对于晶硅模型是少了707W,对于薄膜模型是少了700W,也就是大约每秒少供应100W,约10%标称功率的供应不足。同理当辐照度线性减少的时候就会是大约每秒多供应100W,约10%标称功率的供应过量。这种高达10%的供应功率差异完全是由于光伏模拟器本身的算法导致的。对于高速逆变器来说,这种差异可能严重影响其性能表现,使其无法发挥出自己的真实能力,无法与其他的相对低速的逆变器区分开来。
解决此问题的方法就是在每秒间进行线性内插,使得光伏模拟器给出的IV曲线尽可能地贴合理想的线性变化。例如阿美特克ELGAR的光伏模拟器可以在每秒之间线性内插128次,也就是每7.8毫秒就会自动变更一条新的IV曲线,这样一来就相当于曲线之间几乎是无缝切换。但是这样高速的变化会引入另一个问题,即MPPT追踪精度的计算问题。
目前各厂家基本上都是依靠光伏模拟器本身提供的MPPT精度测量功能来直接计算逆变器的MPPT效率,计算方法是将当前时刻的输出电压乘以输出电流,得到当前的实际输出功率,然后除以当前IV曲线的Pmp。这其中当前的实际输出电压和电流值的获取是需要进行实时测量的,有一个测量时间窗口长度的问题,理论上是时间长度长一些比较好,例如20ms或以上,以便于滤除纹波干扰以获得高精度的读数;而另一个更重要、影响也更大的问题是同步问题。