一、方案概述
在光伏電站的全生命周期內(nèi)，逆變器的能量轉(zhuǎn)換效率直接決定了每一瓦陽光能否高效地并入電網(wǎng)。輻照度的全天候波動——從晨昏低照到正午強(qiáng)照，再到陰云遮擋、塵土堆積或溫度升高——都會引起光伏方陣輸出電壓和電流的動態(tài)變化。若未對逆變器在不同光照強(qiáng)度和溫度波動下的實(shí)時表現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)化測試，容易低估功率損耗、誤判散熱設(shè)計(jì)裕度，甚至錯失算法優(yōu)化的最佳時機(jī)，最終導(dǎo)致平準(zhǔn)化度電成本居高不下。此外，部分地區(qū)（如公路沿線設(shè)施）已對光伏產(chǎn)品制定了嚴(yán)格的檢測要求，并出臺了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。例如，GBT 24716-2023《公路沿線設(shè)施太陽能供電系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》對逆變器及光伏系統(tǒng)的性能指標(biāo)提出了明確要求，因此為了滿足這些標(biāo)準(zhǔn)，也需要進(jìn)行相關(guān)測試。
因此，有必要搭建一套測試平臺：在統(tǒng)一時基下，該平臺可同步采集光伏方陣直流側(cè)的電壓、電流和瞬時輻照度，同時監(jiān)測逆變器交流側(cè)的輸出電壓、電流與功率，并將兩側(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時對齊、對比分析。這一流程是評估逆變器效率曲線、優(yōu)化控制策略、提升整體發(fā)電收益，并確保符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵步驟。
本方案聚焦光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器的轉(zhuǎn)換效率與輻照度特性。通過在直流側(cè)采集光伏方陣的電壓、電流與輻照度信號，并同步監(jiān)測逆變器交流輸出端的電壓、電流與功率，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r計(jì)算瞬時轉(zhuǎn)換效率、I-V 曲線特性及功率損耗分布，幫助用戶評估逆變器在不同光照工況下的性能極限與能量利用率。系統(tǒng)對 DC / AC 雙側(cè)電參量及光照強(qiáng)度的高精度同步采集，使測試人員能夠在戶外或?qū)嶒?yàn)室條件下，快速定位效率瓶頸、驗(yàn)證控制策略，并為組件選型和逆變器算法優(yōu)化提供可靠數(shù)據(jù)支撐。測試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如下：
二、測試系統(tǒng)說明
2.1 測試系統(tǒng)原理
系統(tǒng)由硬件與軟件兩部分組成。硬件部分包括PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與輻照度傳感器。系統(tǒng)配備兩張功率分析板卡，可同步測量8路電壓與8路電流，覆蓋光伏陣列直流側(cè)與逆變器交流側(cè)的輸入/輸出功率；另配一張多功能采集卡，用于采集輻照度傳感器發(fā)出的信號，并可按需擴(kuò)展溫度、應(yīng)變等模擬量，實(shí)現(xiàn)環(huán)境量與電參量一體化采集。所有通道依托 PXIe 背板統(tǒng)一時基，數(shù)據(jù)直接寫入采集系統(tǒng)內(nèi)置的高速存儲模塊，確保長時高頻測試數(shù)據(jù)完整、連續(xù)，并支持實(shí)時波形查看、效率計(jì)算和頻譜分析。
軟件平臺提供“一站式”采集與分析環(huán)境：它與功率分析通道和輻照度通道聯(lián)動，同步記錄光伏方陣直流側(cè)與逆變器交流側(cè)的電壓、電流、功率及光照強(qiáng)度，實(shí)時顯示時域波形，必要時可切換到頻譜視圖進(jìn)行諧波檢查；系統(tǒng)自動計(jì)算瞬時與加權(quán)效率，并根據(jù) NB/T 32004-2018、NB/T 32032-2016 等標(biāo)準(zhǔn)給出評估結(jié)果；測試結(jié)束后，可一鍵導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)和效率曲線并生成簡潔報(bào)告，方便后續(xù)分析與歸檔。
通過硬件與軟件的協(xié)同，本系統(tǒng)可以對光伏方陣-逆變器-負(fù)載鏈路進(jìn)行同步測量與分析。測試時，輻照度傳感器安裝在組件陣列附近，將實(shí)時光照強(qiáng)度送入多功能采集卡；方陣直流側(cè)的電壓以并聯(lián)方式引入電壓通道，電流采用無擾動電流鉗采樣后接入電流通道；逆變器交流輸出側(cè)同樣利用電壓引線與電流鉗獲取輸出電參量。所有 DC／AC 電參數(shù)和輻照度數(shù)據(jù)在 PXIe 機(jī)框內(nèi)統(tǒng)一時基采集并高速存儲，ASMC 軟件即時生成功率曲線、I-V／P-V 特性和轉(zhuǎn)換效率結(jié)果。用戶可據(jù)此評估逆變器在不同光照條件下的能量利用率、損耗分布及控制策略效果，為組件選型和系統(tǒng)優(yōu)化提供可靠依據(jù)。測試流程圖如下：
2.2數(shù)據(jù)采集與測試分析軟件ASMC功能
1、同步采集與記錄:按統(tǒng)一時基同時采集直流側(cè)和交流側(cè)的電壓/電流信號及輻照度通道數(shù)據(jù)，自動存入本地?cái)?shù)據(jù)庫，保證電參量與光照強(qiáng)度一一對應(yīng)。
2、自動化測試流程：軟件全程控制功率分析與輻照度通道，自動執(zhí)行采集-分析等步驟并實(shí)時計(jì)算加權(quán)效率、MPPT 效率及最大效率，簡化操作、降低人為誤差。
3、逆變器效率計(jì)算與合規(guī)判定：根據(jù)實(shí)時輸入 / 輸出功率生成效率曲線，并按 NB/T 32004-2018、NB/T 32032-2016 自動判斷是否達(dá)標(biāo)，輸出合規(guī)報(bào)告。
4、時域波形與頻譜分析：所有通道支持實(shí)時波形顯示；一鍵切換頻譜視圖，便于發(fā)現(xiàn)諧波、噪聲尖峰等異常特征。
5、I-V 曲線與最大功率點(diǎn)定位：在線生成 I-V 曲線，自動標(biāo)注 MPP 位置并給出對應(yīng)功率值，直觀評估組件-逆變器匹配狀況。
6、可視化監(jiān)控與告警：主界面提供數(shù)值儀表、數(shù)據(jù)曲線疊加和分開顯示等功能，幫助使用者及時發(fā)現(xiàn)測試異常（溫度、功率、效率超限）。
7、數(shù)據(jù)導(dǎo)出與自動報(bào)表：測試結(jié)束后，一鍵導(dǎo)出原始數(shù)據(jù)與計(jì)算結(jié)果，自動生成包含效率曲線、I-V 圖及關(guān)鍵統(tǒng)計(jì)量的報(bào)告，方便歸檔與后續(xù)對比分析。
注：軟件具體功能以客戶實(shí)際測試需求為準(zhǔn)。
2.3測試系統(tǒng)核心參數(shù)
1、高電壓通道：4 路固定輸入，量程 1000 V RMS (±2000 V PEAK)，采樣率 100 S/s – 2 MS/s @ 24 bit，可擴(kuò)展至 10 MS/s @ 18 bit。
2、高電流通道：4 路可插模塊輸入，支持鉗形互感器或分流器，同步采樣率與電壓通道一致。
3、測量精度：DC ±0.02 % 讀數(shù) ± 0.02 % 測量范圍；0.5 Hz–1 kHz ± 0.03 % 讀數(shù)
4、功率分析帶寬：5 MHz，典型 THD –95 dB，CMRR > 85 dB @ 50 Hz
5、功率分析隔離與安全：通道-機(jī)箱 600 V CAT IV / 1000 V CAT III；過壓保護(hù) 4250 V PEAK (1 min)
6、功率分析數(shù)據(jù)緩沖：512 MB FIFO，提高連續(xù)高頻采集可靠性
7、PXIe 時基同步：DC、AC、電流及輻照度通道共享統(tǒng)一時基，保證效率與 I-V 計(jì)算同步一致
8、機(jī)框占用：PXIe 3U 單槽模塊，可與其他測量板混插
9、工作環(huán)境：0 °C–45 °C；10 %–80 % RH 非冷凝?存儲 –20 °C–70 °C
10、多功能采集輸入通道：8 路，可切換電壓、IEPE、電流、橋式應(yīng)變、RTD、熱電偶等
11、多功能采集量程范圍：電壓 ±2 mV–±100 V；電流 ±30 mA；橋式 ±1 mV–±1000 mV；電阻 10 Ω–30 kΩ
12、多功能采集最大采樣率：0 S/s–5 MS/s （每通道）
13、多功能采集分辨率：0–2 MS/s 為 24 bit，> 2–5 MS/s 為 18 bit
14、多功能采集帶寬：2 MHz
15、多功能采集隔離等級：通道-通道 / 通道-機(jī)箱 ±350 V DC
16、參考校準(zhǔn)端口：前面板 SMB（LEMO）接口，便于外部校準(zhǔn)信號注入
17、多功能采集卡輸入連接器：8 × 0B-LEMO（可選 4 × D-SUB/BNC）方便現(xiàn)場快速布線
18、本地?cái)?shù)據(jù)存儲：PXIe 機(jī)框內(nèi)置高速固態(tài)存儲，支持長時高頻數(shù)據(jù)無丟幀記錄與快速導(dǎo)出
三、方案優(yōu)勢特點(diǎn)
1、一體化采集平臺：輻照度測量與功率分析集成于同一 PXIe 機(jī)框，無需分置多臺儀器即可同時記錄光照強(qiáng)度與 DC／AC 電參量，線路簡潔、同步性好、穩(wěn)定性高。
2、多通道并行測試：單機(jī)框可提供 12 路電流、12 路電壓及 16 路多功能輸入通道，最高 2 MS/s 采樣速率，支持對多串／多路逆變器進(jìn)行并行效率測量，大幅縮短整體測試時間。
3、高精度電參數(shù)測量：直流測量精度 ±0.02 % reading ± 0.02 % range，交流 50 Hz–1 kHz 區(qū)間無量程誤差；配合隔離電流鉗，實(shí)現(xiàn)輸入輸出功率的高可信度對比。
4、可擴(kuò)展環(huán)境量采集：預(yù)留多功能通道，可接入組件溫度、環(huán)境溫度、風(fēng)速等傳感器，實(shí)現(xiàn)輻照度-溫度-功率三維關(guān)聯(lián)，為戶外實(shí)證或?qū)嶒?yàn)室模擬提供完整環(huán)境數(shù)據(jù)。
5、自動效率計(jì)算：配套軟件自動根據(jù)NB/T 32004-2018、NB/T 32032-2016 等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求完成瞬時效率、加權(quán)效率與最大效率計(jì)算，并給出合規(guī)性判斷。
6、快速 I-V 曲線繪制：基于同步采樣數(shù)據(jù)即時生成 I-V 曲線，直觀呈現(xiàn)最大功率點(diǎn)位置與偏移，輔助評估逆變器 MPPT 及損耗分布。
7、全流程自動化：數(shù)據(jù)的采集和分析均由軟件一鍵完成，減少人工介入，降低操作誤差，提升測試一致性。
8、一鍵數(shù)據(jù)導(dǎo)出與報(bào)告生成：數(shù)據(jù)采集和分析完成后，ASMC 軟件可將電壓、電流原始數(shù)據(jù)及頻譜分析結(jié)果一鍵導(dǎo)出為常用文件格式，并自動生成測試報(bào)告，便于后續(xù)歸檔與共享。
四、硬件核心產(chǎn)品介紹
4.1 多功能采集卡
4.1.1 多功能采集卡概述
ASMC-PXIe-4054多功能采集卡專為電壓-電流動態(tài)特性測試而設(shè)計(jì)，單槽3U PXIe 形態(tài)集成4-8路可編程輸入，可按需切換為高精度電壓（±2 mV-±100 V）、電流（±30 mA）、IEPE、橋式應(yīng)變或RTD熱電阻測量，同卡即可同步接入熱電偶與 LVDT 等輔助信號。每通道采樣率最高5 MS/s，其中 0-2 MS/s 保持 24 bit 分辨率，2-5 MS/s為18 bit，配合2 MHz模擬帶寬和512 MB板載緩沖，可無丟幀記錄瞬態(tài)沖擊與穩(wěn)態(tài)漂移。通道-通道及通道-機(jī)箱隔離等級達(dá) ±350 V DC，額定耐壓33 V RMS，確保在高共模噪聲場景下依舊獲得干凈波形。板上預(yù)留1個高速CAN 2.0口用于同步采集外部總線數(shù)據(jù)；卡片工作溫度 0 °C-45 °C，存儲溫度 ?20 °C-70 °C，典型功耗 ≤ 15 W（電壓模式），是 PXIe 機(jī)框中實(shí)現(xiàn)多物理量同步采樣、功耗計(jì)算與頻譜分析的核心組件。
4.1.2 多功能采集卡核心參數(shù)
1、 輸入通道：4-8 路（可配置為：電壓、IEPE、電流、橋式應(yīng)變、RTD 等）
2、 信號量程：電壓 ±2 mV ~ ±100 V；電流 ±30 mA；電阻 10 Ω ~ 30 kΩ
3、 最大采樣率：5 MS/s （每通道）
4、 分辨率：0 ~ 2 MS/s 時 24 bit；> 2 ~ 5 MS/s 時 18 bit
5、 模擬帶寬：2 MHz
6、 隔離等級：通道-通道 / 通道-機(jī)箱 ±350 V DC
7、 板載緩沖：512 MB
8、 高速接口：PXIe 3U 單槽，集成 1 × CAN 2.0 同步端口
9、 輸出選件：AOUT-8 版本提供隔離 ±5 V / ±10 V / ±30 mA 模擬輸出
10.、 工作溫度范圍：0 ℃ ~ +45 ℃；存儲 ?20 ℃ ~ +70 ℃
4.2 功率分析卡
4.2.1 功率分析卡概述
該功率分析板卡采用 3 U 單槽 PXIe 形態(tài)，專用于四相電能測量與效率評估?？ㄉ霞?4 路固定高壓輸入，量程 1000 V RMS（± 2000 V PEAK，CF=2），可選插拔電流子模塊以適配鉗形互感器或分流器，實(shí)現(xiàn)電壓-電流同步采樣。采樣速率 100 S/s-2 MS/s 時保持 24 bit 分辨率，可擴(kuò)展至 10 MS/s（18 bit），5 MHz 模擬帶寬足以覆蓋逆變器諧波及瞬態(tài)分析。直流精度 ±0.02 % 讀數(shù) ± 0.02 % 量程，0.5 Hz-1 kHz 交流誤差僅 ±0.03 % 讀數(shù)，典型 THD ?95 dB；通道-機(jī)箱隔離 600 V CAT IV / 1000 V CAT III，過壓保護(hù) 4250 V PEAK，輸入阻抗 5 MΩ，3750 V RMS (1 min) 絕緣耐壓，確保高壓環(huán)境下長期安全運(yùn)行。板載 512 MB FIFO 與 PXIe x8 背板直通，可在高采樣率下無丟幀寫入高速存儲；SNR、ENOB 等指標(biāo)隨速率維持優(yōu)異水平（2 kS/s 時 SNR 126 dB，ENOB 20.6 bit）。安全香蕉接口、可熱插拔電流模塊與整機(jī)模塊化架構(gòu)相配合，為光伏逆變器效率、機(jī)車牽引及電機(jī)驅(qū)動等高壓功率測試場景提供高精度、高帶寬、易擴(kuò)展的測量解決方案。
4.2.1 功率分析卡核心參數(shù)
1、輸入通道：4 路固定高壓電壓 + 模塊化電流輸入，可組成 4 相功率測量
2、功率分析量程：1000 V RMS（±2000 V PEAK，CF = 2），電流子模塊可選 40 A（或其他規(guī)格）
3、采樣速率 / 分辨率：100 S/s – 2 MS/s @ 24 bit；> 2 MS/s – 10 MS/s @ 18 bit
4、模擬帶寬：5 MHz，可覆蓋逆變器高次諧波分析
5、計(jì)量精度（典型）：DC ±0.02 % reading ± 0.02 % range；0.5 Hz – 1 kHz ±0.03 % reading
6、隔離與安全：600 V CAT IV / 1000 V CAT III；過壓保護(hù) 4250 V PEAK；絕緣耐壓 3750 V RMS 1 min
7、動態(tài)性能：THD ?95 dB；CMRR > 85 dB @ 50 Hz
8、通道同步：多通道共用 PXIe 時基，確保電壓-電流相位測量誤差最小化
9、數(shù)據(jù)緩沖與傳輸：板載 512 MB FIFO，通過 PXIe x8 背板直寫高速存儲，連續(xù)高頻采樣無丟幀
10、接口與接線：安全香蕉插座（高壓）+ 可換電流子模塊，支持現(xiàn)場快速布線與維護(hù)
