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把風的動能轉變成機械能，再把機械能轉化為電能，這就是風力發電的基本原理。風力發電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發電不需要使用燃料，也不會產生輻射或空氣污染。風能作為一種綠色可再生能源，具有很好的開發利用價值，受到世界各國越來越多的重視。現如今風力發電技術已經成為各國研究的熱點，全球的風能約為2.74×109MW，其中可利用的風能為2×107MW，比地球上可開發利用的水能總量還要大10倍。

在變速恒頻的風力發電系統中，并網逆變器采用PWM控制技術，該技術有諸多優點，如輸出電流正弦而且諧波含量少、功率因數可調以及在輸出電網電壓固定的情況下直流母線電壓可以調節等。在新能源并網發電中扮演著很重要的角色。

圖1  接線方式和額定參數設置界面

不過風能作為一種新型能源，利用效率非常低。一般的風機風能利用效率在40%以下。這已經成為制約其發展的瓶頸，因此提高風能利用效率就顯得尤為重要。其中并網逆變器就是影響風能發電效率的主要原因，這是由于并網逆變器在工作時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換效率，就能夠向電網提供更多的電能，這具有著非常現實的意義。

圖2  交流電流探頭設置界面

此次測試的對象是某著名大學風力發電實驗室的風能發電拖動實驗系統中的并網逆變器，其額定參數為：輸出電壓AC100V；額定輸出功率5kW。而測試選用的儀器是某美資儀器公司新推出的高級電能質量分析儀，此儀器具有逆變器的效率測試功能，非常適合在現場檢測風能及太陽能的并網逆變器的實際運行效率。

在測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，必要時還要調整電壓和電流變比。根據設備額定參數，將接線方式（Config）、額定頻率（Freq）、和額定電壓（Vnom）按圖1顯示的內容來設置，分別是3?DELTA（三相三角形）、50Hz、100V。

圖3  逆變器效率測試接線圖

接著進入相線電流探頭設置界面將交流電流探頭型號（Amp clamp）改為此次測試選擇的i400s，并把輸出信號范圍（Range）調整為10mV/A，則Nominal range自動調整為40A。如果測試的交流電流信號為中高壓CT二次側信號，則需要修改電流變比（Ratio），修改的比值必須與CT實際變比保持一致。其他參數項的修改以選擇的電流探頭實際規格為準，見圖2。

然后按下F4進入零線電流探頭設置界面將直流電流探頭型號（Amp clamp）改為i310s，并把輸出信號范圍（Range）調整為10mV/A，則Nominal range自動調整為30A。

圖4  逆變器效率測試顯示界面

最后按下F5返回主界面，并進入菜單項選擇逆變器效率功能（POWER INVERTER），會出現圖3顯示的接線方式，嚴格按照圖上標明的方式接線：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至中性線電流通道；3.分別連接A、B兩相交流電壓測試線；4.將直流電壓的負極連接到電壓C相通道，正極連接到電壓中性線通道。

連接完畢，確認無誤后按下“OK”進入逆變器效率測試界面。測試界面如圖4：

圖中kWout是實際輸出交流功率，kWin是實際輸入直流功率，Eff%是逆變器的實際效率，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。由于此實驗系統負載運行相對較為穩定，故被測逆變器實際運行轉換效率約為Eff%=45.31%。

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圖5  電能質量分析儀

由于客戶使用的是實驗性質的系統，因此效率較差。對于真實的風能發電系統，則其逆變器效率測試具有很強的現實意義。如果針對測試結果提高逆變器效率，就可以提高發電量，增加收益。因此如風電場、光伏電站的運營商等對于逆變器轉換效率都十分重視，通常會在合同中規定最低效率值，未來國家也會出具逆變器效率測試的標準。

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