使用泰克示波器快速验证并网逆变器的穿越能力符合性

前不久落幕的2026 SNEC上海光伏展上，特变电工新能源宣布其构网型液冷储能变流器及1500V组串式光伏逆变器同步取得德国VDE电网支撑认证与欧盟EN 50549-2&10中压并网认证，明确标注“全面通过低电压（LVRT）、高电压（HVRT）全工况故障穿越测试”；禾望电气亦在460kW新品发布中强调支持高/低/零电压穿越。随着新一代标准（IEEE 1547-2018等）要求分布式能源在电网扰动期间保持并网并提供支撑，如何在实验室用常规设备（如自动化示波器）快速、准确地验证逆变器的穿越能力符合性，正成为研发与第三方测试机构关注的重点……

并网逆变器标准的发展演进

分布式能源资源，例如光伏系统、储能系统、风力发电机和备用发电机，不仅可以为本地负载供电，也可能向电网反向送电。任何向电力系统反送电能的装置，都会对运行与维护人员构成潜在安全风险。因此，早期的标准（如IEEE 15472003）主要关注防止“孤岛效应”，即在主发电系统断开后，本地电源仍继续向电力系统供电。这些标准要求在检测到明显的电压下跌或电压升高时，分布式能源必须关断并与电网断开。

随着并网逆变器数量的增加以及其输出容量的提升，工程师逐渐认识到：在检测到欠压或过压事件时立即断开逆变器并非最佳解决方案。事实上，智能逆变器可以在电网扰动期间帮助稳定系统，防止级联故障的发生。例如，如果大量光伏系统在电压暂降时同时脱网，将会减少系统中的可用电流，反而加剧电压下跌，甚至引发级联失效。相反，如果分布式系统能够在电网欠压期间保持并网运行一段时间，则能够为电网稳定性提供支撑。

因此，在控制孤岛运行行为的同时，新一代标准（如IEEE 15472018）进一步要求分布式能源满足穿越能力要求，即在规定的电压幅值和持续时间内持续向电网送电。光伏及其他并网逆变器必须具备在低电压和高电压扰动期间保持并网运行而不断开的能力。

穿越能力主要分为以下两类：

■ 低电压穿越（LVRT）

■ 高电压穿越（HVRT）

穿越能力相关标准

规定穿越能力测试限值的主要标准包括：

■ IEEE 1547-2018：分布式电源与电力系统并网标准

IEEE 1547.1-2020：测试方法标准

UL 1741 SB：符合性测试程序规范

■ EN 50549-1:2019：发电设施与配电网并联连接的要求

第1部分：连接至低压配电网—适用于包括B型在内的发电设施

EN 50549-2适用于中压配电网

测试系统概述

被测设备（DUT）通常为双向智能逆变器。图1显示了测量逆变器的典型设置。

图1. 单相光伏并网逆变器测试系统示例。直流电源模拟太阳能电池板组串的输出，电网模拟器连接到被测逆变器的电网侧。

典型测试系统包括：

■ 直流电源：用于模拟光伏组件串输出

■ 电网模拟器：用于模拟欠压或过压事件

■ 在调试或开发阶段，也可使用自耦变压器（Variac）模拟电网扰动

示波器结合高压差分探头在测试与验证中起着关键作用。除验证本文中所述的穿越测量外，还可用于：

■ 捕获逆变器的高速瞬态响应

■ 在穿越事件期间测量谐波、电能质量及无功功率变化

■ 分析开关行为与控制环路动态特性

在本文中，MSO 5B配备了高级功率测量与分析软件，该软件支持自动化的穿越测量。

对于测量逆变器的输出，高压差分探头是最佳选择。差分探头支持浮地测量，并可防止因接地连接而产生的接地电流。

探头选择

■ THDP0200：

最大差分电压：1500 V

600 V RMS CAT III

带宽：200 MHz

■ THDP0100：

最大差分电压：6000 V

1000 V RMS CAT III

带宽：100 MHz

■ TMDP0200：

最大差分电压：750 V

450 V RMS CAT I

带宽：200 MHz

适用于实验室故障电流受限环境

标配的单端无源探头仅适用于接地测量，通常额定为300 V RMS CAT II。

穿越能力测量原理说明

穿越能力规范通常基于电压RMS幅值及事件持续时间定义系统允许的运行行为，其运行区间包括：

■ 必须持续运行

■ 必须跳闸

■ 可选择穿越或跳闸

这些跳闸区域可通过测试掩膜表示，如图所示。

图2：低电压与高电压穿越能力标准示意图

分布式能源的标准为欠压和过压事件定义了穿越和脱扣参数。

IEEE 1547.1将穿越能力测试划分为三类：

■ 类别 I（Category I）：提供基本的电压穿越能力。测试要求分布式能源（DER）在轻微电压扰动期间不会立即脱网（跳闸）。该类别适用于电网稳定性对分布式能源行为敏感性较低的区域。

■ 类别 II（Category II）：覆盖更深幅度且持续时间更长的电压偏离情况。在测试过程中，需要考虑故障期间的无功功率注入或吸收。这类要求通常适用于城郊或半城市化电网

■ 类别 III（Category III）：能够在严重电压跌落和过电压冲击期间为电网提供支撑。这对于高比例分布式能源接入区域（例如城市中心和工业园区）维持电网稳定性至关重要。

自动化示波器穿越能力测量

利用穿越标准中定义的限值，并结合专用示波器软件，可以构建一个“合格/不合格（Pass/Fail）掩膜（Mask）”。该掩膜代表一个“禁止区域”（keep-out 区域）——如果波形进入该掩膜区域，则判定为测试失败。在测试中，可以分别针对低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）设定相应的限值。当发生测试失败时，可以记录：

■ 发生失效时的电压幅值

■ 发生失效的时间点

（精确定位“在哪个电压、哪个时间违反标准”）

除了定义合格/不合格掩膜外，还需要对示波器进行测量采集配置，主要包括：

垂直刻度（Vertical Scale）：

根据逆变器的额定输出电压进行设置，并保留足够的量程裕度

水平刻度（Horizontal Scale）：

设置满足标准规定的观测时间范围，同时保持良好的时间分辨率

触发（Trigger）设置：

配置为能够捕获欠压或过压事件

（垂直、水平、触发分别对应示波器的三个核心控制系统，这是确保信号正确重构的关键）

在功率分析软件中，穿越能力测量通常提供一个Power Preset（功率预置）按钮。该功能可以在测量配置过程中自动帮助完成以下优化设置：

■ 最优触发条件

■ 垂直电压量程

■ 水平时间基准

具体配置方法将在后续测量实例中进一步说明。

上图2的横轴（X轴）所示，本测试涉及的时间尺度相对较长——通常在数秒甚至几十秒的量级。

因此，示波器的时间基准（timebase）设置相对较慢，但通过采用过采样（oversampling）技术，仍然能够获得良好的测量分辨率。（过采样是以高于信号频率需求的采样速率进行采样，从而提升测量精度和细节捕获能力）

对于低电压穿越（LVRT）测试，预设配置采用欠幅触发（runt trigger）：即当某一周期的峰值电压未达到正常峰值电压时触发。（runt触发用于捕获那些只跨越部分阈值的异常脉冲或“未达到预期幅值”的事件）。对于高电压穿越（HVRT）测试，则采用边沿触发（edge trigger），并将触发电平设置在高于正常峰值电压的阈值，以捕获过电压事件。（边沿触发通过检测信号电压跨越设定阈值的瞬间来触发采集）

在完成示波器预设之后，点击Go按钮，示波器将进入单次序列采集（single sequence acquisition）模式。该模式会在满足触发条件时采集一次波形，然后停止，从而用于捕获特定事件或单次扰动过程。

图3至图5给出了低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）测试结果的示例。

图3：该图展示了低电压穿越（LVRT）测试的合格案例。RMS电压未进入掩膜区域（mask）。

图4：低电压穿越（LVRT）测试失败示例。Vhit表示触及掩膜时的电压幅值，占额定电压的百分比。在本例中，RMS电压在额定值的71.23%时触及掩膜。Thit表示触及掩膜的时间点，即相对于电压跌落（sag）开始的时间。在本例中，触及发生在跌落开始后739.5 ms

图5：高电压穿越（HVRT）测试失败示例，其中RMS电压进入（接触）掩膜区域。

CTA: MSO5B + Option 5-PWR

演示申请

低电压穿越测量的配置与执行

图6：高级功率测量与分析主界面

低电压穿越（LVRT）和高电压穿越（HVRT）测量功能，集成在4、5、6系列B MSO混合信号示波器的高级功率测量与分析套件（Advanced Power Measurement and Analysis）中。这些测量项目可以通过Add Measurements（添加测量）控件中的Power标签页进行访问和选择。

图7. 低电压穿越测量的设置界面

测量配置过程相对简单，但属于关键的第一步。配置界面如图7所示。同时，还需要理解图9中Power Preset和Go按钮的作用。为便于理解测量流程，可通过以下示例进行说明。在正式测量前，需要完成以下准备工作：

1选择电压源通道。必须指定作为测量输入的电压源通道（即逆变器输出电压对应的示波器通道）。

2选择测试标准（用于生成Pass/Fail掩膜）。需要指定用于生成合格/不合格掩膜（mask）的测试标准。测量软件内置了多种标准的掩膜配置。由于不同标准包含明确的时间要求，示波器会在执行Preset时，利用这些信息自动设置水平时基。

3额定电压可以由示波器自动测量，或通过手动方式进行指定（Custom）。当测量配置中的额定电压方法（Nominal Voltage Method）设置为Auto时，Power Preset功能会采集逆变器连续输出波形的8个周期，并利用这些数据自动调整垂直刻度和触发设置。当额定电压方法设置为Custom时，系统不会采集波形，而是根据用户定义的标幺额定电压，直接应用相应的垂直和触发设置。

4完成配置后，即可执行Power Preset（见图9）。该操作会根据前述设置对示波器进行配置。当Preset操作完成后，如果示波器屏幕上未出现错误信息，示波器将进入Ready（就绪）状态。

5在测量配置界面点击Go按钮后，示波器进入单次序列采集（Single Sequence）模式。如需在相同的Power Preset 配置下重复测量，只需再次点击Go按钮。

示例测试结果见图3至图5。

图8：穿越能力测量中支持的相关标准。此外，还可以定义自定义掩膜，用于裕量测试或支持专有标准。

图9：穿越能力测量的默认操作界面。Power Preset用于设置垂直刻度、水平时基和触发条件。点击Go按钮后，示波器进入单次采集模式，并等待触发事件发生。

结论

为确保并网逆变器与电力系统之间的协调运行，相关标准对电压扰动期间的穿越能力提出了明确要求。借助高级功率分析软件，示波器可用于执行标准化的穿越能力测试，这对于产品符合性准备和问题调试具有重要价值。