光伏逆變器認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)研究

丁成功，王升鴻

(中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610)

大力發(fā)展并廣泛使用具有較高可靠性和穩(wěn)定性的光伏發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)緩解日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境污染具有十分重要的戰(zhàn)略意義。逆變器作為光伏發(fā)電與交流負(fù)載或交流電網(wǎng)接口的核心裝置，在光伏發(fā)電中起著至關(guān)重要的作用。逆變器的逆變效率、輸出電能質(zhì)量、長(zhǎng)期工作的可靠性以及平均無(wú)故障時(shí)間等性能，直接決定著光伏發(fā)電的整體效率、工作可靠性、使用壽命、發(fā)電成本等。因此研究光伏發(fā)電逆變器認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)及其可靠性檢測(cè)技術(shù)，對(duì)逆變器的可靠性進(jìn)行嚴(yán)格、規(guī)范、權(quán)威的論證、驗(yàn)證和確認(rèn)，對(duì)于提高光伏發(fā)電長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性和安全性都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 離網(wǎng)逆變器認(rèn)證要求

1.1 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的變更

根據(jù)最新發(fā)布的金太陽(yáng)產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則CQC33-461232-2012的規(guī)定，離網(wǎng)型太陽(yáng)能逆變器依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20321.1-2006《離網(wǎng)型風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)用逆變器 第1部分:技術(shù)條件》和 GB/T 20321.2-2006《離網(wǎng)型風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)用逆變器 第2部分:試驗(yàn)方法》進(jìn)行檢測(cè)和認(rèn)證，而舊版本的實(shí)施規(guī)則規(guī)定離網(wǎng)太陽(yáng)能逆變器依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19064-2003的相關(guān)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行檢測(cè)和認(rèn)證。

1.2 認(rèn)證單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)最新發(fā)布的金太陽(yáng)產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則CQC33-461232-2012的規(guī)定，離網(wǎng)型太陽(yáng)能逆變器認(rèn)證單元依據(jù)以下幾點(diǎn)要求進(jìn)行劃分:

1)控制器、逆變器及控制逆變一體機(jī)作為不同的單元申請(qǐng)。

2)風(fēng)能、太陽(yáng)能和風(fēng)光互補(bǔ)的產(chǎn)品作為不同的單元申請(qǐng)。

3)制造商、生產(chǎn)廠或生產(chǎn)場(chǎng)地不同的產(chǎn)品作為不同的單元申請(qǐng)。

4)按產(chǎn)品額定輸出功率P的范圍劃分認(rèn)證單元，具體劃分如下:P≤1.0 kVA、1.0 kVA＜P≤7.5 kVA、7.5 kVA＜P≤20 kVA和20 kVA＜P≤50 kVA，同一申請(qǐng)單元中的全部型號(hào)只允許在一個(gè)額定輸出功率范圍里，不可以覆蓋到其他范圍。

5)同一申請(qǐng)單元的產(chǎn)品具有相同的電氣結(jié)構(gòu)、相同的設(shè)計(jì)、相同的工藝流程和相近的關(guān)鍵零部件。

注1:電氣結(jié)構(gòu)的含義是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中與電氣安全(例如:電氣間隙、爬電距離、絕緣等級(jí)、抗電強(qiáng)度等)有關(guān)的結(jié)構(gòu)。

注2:相近的含義是電氣間隙、爬電距離、絕緣等級(jí)、抗電強(qiáng)度等與電氣安全有關(guān)的參數(shù)完全相同。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)逆變器電性能要求

逆變器應(yīng)具備輸出電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，當(dāng)輸入直流電壓在額定值的85%到120%范圍內(nèi)變化時(shí)，其方波輸出端電壓變化范圍應(yīng)不超過(guò)額定電壓值的±10%;正弦波輸出端電壓變化范圍應(yīng)不超過(guò)額定電壓值的±5%;逆變器的輸出頻率變化范圍應(yīng)不超過(guò)規(guī)定值的±5%;逆變器輸出波形為方波時(shí)，諧波分量應(yīng)小于或等于10%;逆變器輸出波形為正弦波時(shí)，諧波分量應(yīng)小于或等于5%;在額定輸出狀態(tài)下，其輸出容量不大于2 kVA的逆變器，效率大于或等于80%;在額定輸出狀態(tài)下，其輸出容量大于2 kVA的逆變器，效率大于或等于85%。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)逆變器環(huán)境適應(yīng)性要求

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了逆變器對(duì)低溫和高溫的環(huán)境適應(yīng)性要求。低溫試驗(yàn)應(yīng)符合GB/T2423.1-2008中試驗(yàn)Ab規(guī)定的程序和試驗(yàn)條件:將帶額定負(fù)載的被試驗(yàn)?zāi)孀兤餮b入試驗(yàn)箱(室)內(nèi)，開(kāi)動(dòng)冷源，使試驗(yàn)箱(室)溫度保持在-10℃ ±3℃，連續(xù)工作8 h;試驗(yàn)時(shí)每隔4 h按規(guī)定進(jìn)行一次主要性能指標(biāo)的測(cè)量(輸出電壓、頻率、波形、保護(hù)功能)，其結(jié)果應(yīng)能滿足正常工作的要求。高溫試驗(yàn)應(yīng)符合GB/T2423.2-2008中試驗(yàn)Bb規(guī)定的程序和試驗(yàn)條件:將帶額定負(fù)載的被試驗(yàn)?zāi)孀兤餮b入試驗(yàn)箱(室)內(nèi)，將試驗(yàn)箱(室)升溫，使其溫度保持在40℃ ±3℃，連續(xù)工作8 h;試驗(yàn)時(shí)每隔4 h按規(guī)定進(jìn)行一次主要性能指標(biāo)的測(cè)量(輸出電壓、頻率、波形、保護(hù)功能)，其結(jié)果應(yīng)能滿足正常工作的要求。

2 并網(wǎng)逆變器認(rèn)證要求

2.1 認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的變更

對(duì)舊版認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)CNCA/CTS 0004-2009的部分內(nèi)容進(jìn)行了增補(bǔ)后形成的新版標(biāo)準(zhǔn)CNCA/CTS 0004-2009A《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器認(rèn)證技術(shù)條件》已于2011年8月22日發(fā)布，于2012年3月1日起實(shí)施[1]。根據(jù)最新發(fā)布的金太陽(yáng)產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則CQC33-461239-2011的規(guī)定，光伏并網(wǎng)逆變器金太陽(yáng)認(rèn)證采用標(biāo)準(zhǔn)CNCA/CTS 0006-2010(IEC62109-1:2010)光伏發(fā)電系統(tǒng)用電力轉(zhuǎn)換設(shè)備的安全(第一部分:通用要求)和CNCA/CTS 0004-2009A《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器認(rèn)證技術(shù)條件》，并網(wǎng)逆變器應(yīng)滿足上述認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的全部適用項(xiàng)目[2]。

2.2 認(rèn)證單元?jiǎng)澐?/h3>

根據(jù)2011年12月30日發(fā)布的金太陽(yáng)產(chǎn)品認(rèn)證規(guī)則CQC33-461232-2012的規(guī)定，光伏并網(wǎng)逆變器認(rèn)證單元依據(jù)以下要求進(jìn)行劃分:

1)原則上按產(chǎn)品型號(hào)申請(qǐng)認(rèn)證。同一生產(chǎn)者(制造商)、同一型號(hào)、不同生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品應(yīng)分為不同的申請(qǐng)單元，型式試驗(yàn)僅在一個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的樣品上進(jìn)行，必要時(shí)，其他生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)提供樣品和相關(guān)資料供認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行一致性檢查。

2)產(chǎn)品電氣結(jié)構(gòu)、安全關(guān)鍵部件和材料完全相同的，而且所使用的控制板和控制軟件一樣(以下稱系列產(chǎn)品)可作為一個(gè)單元申請(qǐng)認(rèn)證，原則上應(yīng)明確同一單元內(nèi)產(chǎn)品的具體型號(hào)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)逆變器電性能要求

CNCA/CTS 0004-2009A《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器認(rèn)證技術(shù)條件》對(duì)逆變器的電性能規(guī)定如下[3-7]:

1)轉(zhuǎn)換效率。無(wú)變壓器型逆變器最大轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于96%，含變壓器型逆變器最大轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于94%。

2)并網(wǎng)電流諧波。輸出電壓波形畸變率及各次諧波滿足國(guó)標(biāo)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》的要求;逆變器額定功率運(yùn)行時(shí)，注入電網(wǎng)的電流諧波總畸變率限值為5%。

3)功率因數(shù)。當(dāng)逆變器輸出有功功率大于其額定功率的50%時(shí)，功率因數(shù)不小于0.98(超前或滯后);輸出有功功率在20% ～50%時(shí)，功率因數(shù)不小于0.95(超前或滯后)。

4)電網(wǎng)電壓響應(yīng)。逆變器對(duì)異常電壓的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)滿足表1的要求，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)到允許的電壓范圍時(shí)逆變器應(yīng)能正常啟動(dòng)運(yùn)行。

表1 逆變器對(duì)異常電壓的反應(yīng)

5)電網(wǎng)頻率響應(yīng)。電網(wǎng)頻率在額定頻率變化時(shí)，逆變器的工作狀態(tài)應(yīng)滿足表2的要求。

表2 電網(wǎng)頻率響應(yīng)

6)電壓不平衡度。輸出電壓三相不平衡度滿足國(guó)標(biāo)GB/T15543-2008《電能質(zhì)量-三相電壓允許不平衡度》的要求。

7)直流分量。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，光伏逆變器向電網(wǎng)饋送的直流電流不應(yīng)大于逆變器輸出電流額定值的0.5%。

8)防孤島效應(yīng)。逆變器應(yīng)具有孤島防護(hù)功能，并在電網(wǎng)失壓時(shí)能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)與電網(wǎng)斷開(kāi)。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)逆變器環(huán)境適應(yīng)性要求

標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了逆變器對(duì)低溫和高溫的環(huán)境適應(yīng)性要求。低溫啟動(dòng)試驗(yàn)試驗(yàn)方法按GB/T 2423.1中“試驗(yàn) A”進(jìn)行，產(chǎn)品無(wú)包裝，在試驗(yàn)溫度為(-20±3)℃(戶內(nèi)型)或(-25±3)℃(戶外型)的環(huán)境下，產(chǎn)品至熱平衡狀態(tài)后，能夠正常啟動(dòng)。高溫啟動(dòng)及工作試驗(yàn)試驗(yàn)方法按GB/T 2423.2中“試驗(yàn)B”進(jìn)行，產(chǎn)品無(wú)包裝，試驗(yàn)溫度為(40±2)℃(戶內(nèi)型)或(60±2)℃(戶外型)的環(huán)境下，產(chǎn)品放置2 h后應(yīng)能夠正常啟動(dòng)，通電加額定負(fù)載保持2 h，并在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下恢復(fù)2 h后應(yīng)能夠正常啟動(dòng)。恒定濕熱試驗(yàn)試驗(yàn)方法按GB/T 2423.3進(jìn)行，產(chǎn)品在試驗(yàn)溫度為(40±2)℃(戶內(nèi)型)或(60±2)℃(戶外型)，相對(duì)濕度(90±3)%恒定濕熱條件下，無(wú)包裝，不通電，經(jīng)受48 h試驗(yàn)后，取出樣品，在正常環(huán)境條件下恢復(fù)2 h后，應(yīng)能夠正常工作。

3 設(shè)備要求

進(jìn)行光伏并網(wǎng)逆變器認(rèn)證時(shí)，需要有一定的設(shè)備條件。為滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試項(xiàng)目要求，測(cè)試機(jī)構(gòu)需具備專業(yè)的儀器設(shè)備，如電能質(zhì)量分析儀、模擬交流電網(wǎng)、防孤島效應(yīng)檢測(cè)設(shè)備、低電壓穿越檢測(cè)設(shè)備、接觸電流測(cè)試儀、絕緣電阻測(cè)試儀、直流穩(wěn)壓電源、高低溫交變濕熱試驗(yàn)箱、溫升測(cè)試設(shè)備等。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，逆變器的制造單位最好也具備以上測(cè)試儀器，以便能隨時(shí)了解樣機(jī)的性能指標(biāo)。檢測(cè)機(jī)構(gòu)也可以利用逆變器制造單位的測(cè)試儀器對(duì)樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試或目擊測(cè)試等。

4 結(jié)語(yǔ)

從2012年3月到現(xiàn)在，光伏并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)均發(fā)生了變化，本文對(duì)實(shí)施的新版標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品認(rèn)證單元?jiǎng)澐帧?biāo)準(zhǔn)規(guī)定的逆變器主要電氣性能和環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。企業(yè)在申請(qǐng)光伏逆變器認(rèn)證時(shí)，準(zhǔn)確劃分認(rèn)證單元可以節(jié)約很大一部分認(rèn)證費(fèi)用。希望企業(yè)相關(guān)人員能加強(qiáng)學(xué)習(xí)相關(guān)的實(shí)施規(guī)則和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)掌握最新的認(rèn)證要求，從而節(jié)約認(rèn)證時(shí)間和成本等。

[1]CNCA/CTS 0004-2009A，并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器認(rèn)證技術(shù)條件[S].

[2]CNCA/CTS0006-2010，光伏發(fā)電系統(tǒng)用電力轉(zhuǎn)換設(shè)備的安全第一部分:通用要求[S].

[3]GB/T 12325-2008，電能質(zhì)量 供電電壓偏差[S].

[4]GB/T 12326-2008，電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變[S].

[5]GB/T 14549-1993，電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

[6]GB/T 15543-2008，電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡[S].

[7]GB/T 15945-2008，電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差[S].