中德光伏發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求異同分析

黃晶生，劉美茵，陳志磊，夏烈，董瑋

（中國電力科學(xué)研究院，江蘇南京 210003）

德國自1997年起實(shí)施“10萬太陽屋頂計劃”，成為較早關(guān)注太陽能光伏發(fā)展的國家。2000年，德國推行EEG法案，高額的補(bǔ)貼激勵政策促使德國光伏市場呈現(xiàn)井噴式增長，引領(lǐng)德國成為光伏應(yīng)用大國，其光伏發(fā)電總裝機(jī)容量始終居于世界前列。為了鼓勵國內(nèi)光伏市場的快速發(fā)展，我國政府密集出臺了多項(xiàng)光伏發(fā)電激勵政策，隨著政策陸續(xù)落地，將進(jìn)一步促進(jìn)光伏裝機(jī)容量的增長，按照國家能源局正式發(fā)布的《太陽能發(fā)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃》，到2015年底，我國太陽能發(fā)電裝機(jī)容量將超過35 GW。在光伏發(fā)電得到空前發(fā)展的同時，由于光伏發(fā)電區(qū)別于常規(guī)能源，自身固有波動性、隨機(jī)性等特征，大規(guī)模的光伏發(fā)電接入將帶來電網(wǎng)安全穩(wěn)定性問題[1]。德國與中國兩大光伏發(fā)展大國，均制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范光伏發(fā)電并網(wǎng)行為，針對光伏發(fā)電低電壓穿越能力、功率控制能力、電能質(zhì)量等性能指標(biāo)提出技術(shù)要求。

1 光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系對比

國際電工委員會（IEC）標(biāo)準(zhǔn)在光伏組件、平衡部件及輔件等方面具備較為完備的標(biāo)準(zhǔn)體系，但針對并網(wǎng)接入的標(biāo)準(zhǔn)相對欠缺，僅頒布IEC 61727、IEC 62116等幾項(xiàng)并網(wǎng)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)。2013年，由國家電網(wǎng)公司牽頭發(fā)起的IEC“大容量可再生能源接入電網(wǎng)”分技術(shù)委員會通過投票，負(fù)責(zé)大容量可再生能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作，填補(bǔ)了IEC未專門成立針對光伏發(fā)電并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)委員會（TC、SC）及工作組（WG）的空白，12月由中國電科院發(fā)起的中國首個光伏系統(tǒng)領(lǐng)域IEC標(biāo)準(zhǔn)《并網(wǎng)光伏逆變器低電壓穿越測試規(guī)程》獲得正式標(biāo)準(zhǔn)號，標(biāo)志著IEC光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)正在完善，但難以在短期內(nèi)形成體系化。

德國主要依據(jù)已基本形成體系的德國國內(nèi)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，特別在2008年頒布BDEW標(biāo)準(zhǔn)[2]，針對包括光伏發(fā)電在內(nèi)的可再生能源接入中壓并網(wǎng)提出并網(wǎng)指標(biāo)要求。2012年實(shí)施的EEG可再生能源法案修訂版規(guī)定[3]，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，應(yīng)用的發(fā)電設(shè)備需通過并網(wǎng)認(rèn)證。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)按照電壓等級區(qū)分，接入低壓、中壓與高壓電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)分別為VDE-AR-N4105[4]、BDEW和Transmission Code 2007[5]。德國大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)以接入中壓電網(wǎng)為主，針對分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，通常按照接入電壓等級依據(jù)VDE-AR-N4105及BDEW等適用于中低壓電網(wǎng)等級的標(biāo)準(zhǔn)，因此，BDEW并網(wǎng)導(dǎo)則是德國并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備及光伏電站并網(wǎng)測試依據(jù)的最主要標(biāo)準(zhǔn)，用于詳細(xì)規(guī)范光伏逆變器及光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)性能技術(shù)要求。

中國于2005年頒布國標(biāo)GB/Z 19964-2005《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》[6]及GB/T 19939-2005《光伏系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求》[7]，2006年等同采用IEC 61727形成國標(biāo)GB/T 20046-2006《光伏（PV）系統(tǒng)電網(wǎng)接口特性》[8]等標(biāo)準(zhǔn)，均用于規(guī)范光伏并網(wǎng)技術(shù)指標(biāo)，但由于光伏尚未呈現(xiàn)規(guī)模化發(fā)展，上述標(biāo)準(zhǔn)未得到規(guī)范執(zhí)行。2011年，國家電網(wǎng)公司企標(biāo)Q/GDW617-2011《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[9]正式頒布實(shí)施，此標(biāo)準(zhǔn)在光伏并網(wǎng)逆變器及光伏電站并網(wǎng)性能檢測工作中得到廣泛應(yīng)用。2013年6月1日，正式實(shí)施的2項(xiàng)國標(biāo)GB/T 19964-2012[10及GB/T 29319-2012《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[11]，針對接入不同電壓等級的光伏電站采用提出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，中國光伏電站目前多以大規(guī)模集中接入為主，其中GB/T 19964-2012針對接入中高壓電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)為GB/Z 19964-2005的修訂版本，由2005的指導(dǎo)性文件變更為推薦性文件，取代企標(biāo)Q/GDW 617已成為中國現(xiàn)行光伏發(fā)電接入的重要標(biāo)準(zhǔn)。另外，我國分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)檢測標(biāo)準(zhǔn)目前已制定多項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，光伏發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)體系逐步完善。

在并網(wǎng)光伏發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域，德國起步較早，形成了以電壓等級、電源類型等進(jìn)行詳細(xì)區(qū)別的標(biāo)準(zhǔn)體系，并結(jié)合國家能源法案提出的補(bǔ)貼政策形成強(qiáng)制性執(zhí)行手段，保證了標(biāo)準(zhǔn)對光伏發(fā)電行業(yè)整體規(guī)范作用。中國在光伏標(biāo)準(zhǔn)制定方面逐步形成體系，在多方努力下已建立了相對完整的標(biāo)準(zhǔn)框架，但在標(biāo)準(zhǔn)解讀和貫徹執(zhí)行方面仍需完善。德國和中國的現(xiàn)行主要光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，本文主要針對德國和中國目前采用最為廣泛的2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)BDEW及國標(biāo)GB/T 19964-2012，開展異同性對比分析。

表1 德國和中國主要的光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)對比Tab. 1 Comparison of major PV grid standards between Germany and China

2 BDEW及GB/T 19964總體概況對比

BDEW適用于規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行和改造接入中壓電網(wǎng)運(yùn)行的光伏電站及并網(wǎng)點(diǎn)在低壓電網(wǎng)，但公共連接點(diǎn)在中壓電網(wǎng)的光伏電站。對于并網(wǎng)點(diǎn)在中壓電網(wǎng)，但接入點(diǎn)在高壓或特高壓電網(wǎng)的光伏電站，以及并網(wǎng)點(diǎn)、公共連接點(diǎn)均在低壓電網(wǎng)的光伏電站均不適用。

GB/T 19964適用于通過35 kV及以上電壓等級并網(wǎng)，以及通過10 kV電壓等級與公共電網(wǎng)連接的新建、改建和擴(kuò)建光伏發(fā)電站。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)要求對比

BDEW針對光伏發(fā)電單元及光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣性能測試，測試項(xiàng)目包括標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)規(guī)定了電能質(zhì)量、功率及電壓調(diào)節(jié)、暫態(tài)穩(wěn)定性等測試方法及參數(shù)指標(biāo)。

GB/T 19964-2012針對光伏電站并網(wǎng)性能、功率預(yù)測、仿真模型和參數(shù)、二次系統(tǒng)等均作出了技術(shù)要求。

兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)并網(wǎng)性能測試項(xiàng)目均包括：有功功率、無功功率、電能質(zhì)量（電壓質(zhì)量）、低電壓穿越（暫態(tài)穩(wěn)定性）測試、運(yùn)行適應(yīng)性（脫網(wǎng)）等，區(qū)別在于BDEW要求開展脫網(wǎng)重聯(lián)測試，國標(biāo)并網(wǎng)測試未提出該技術(shù)要求。

余佶表示，我國新時代的“三農(nóng)”改革成效正日益明顯，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化初具雛形，農(nóng)村改革“四梁八柱”初步確立，農(nóng)民生活水平實(shí)現(xiàn)新提升。中國特色社會主義鄉(xiāng)村振興道路必將越走越寬，邁向新征程的步伐必將更加鏗鏘有力。

3.1 有功功率測試技術(shù)要求對比

BDEW中針對有功功率測試項(xiàng)目，包括：1）有功功率最大值測試，目的是評估光伏發(fā)電最大有功功率；2）升率控制，目的是評估光伏發(fā)電能否以按照規(guī)定值的斜率進(jìn)行功率控制；3）設(shè)定點(diǎn)控制，目的是評估光伏發(fā)電能否按照設(shè)定值曲線進(jìn)行定量控制；4）過頻降額控制，目的是評估光伏發(fā)電在頻率變化時能否按照設(shè)定曲線降低有功功率輸出，具體技術(shù)要求見表2。

表2 BDEW有功功率測試項(xiàng)目及技術(shù)要求Tab. 2 Active power test items and technical requirements in BDEW

國標(biāo)GB/T 19964-2012中主要考慮光伏電站現(xiàn)場測試時的有功功率輸出及控制情況，同時采集有功功率、總輻照度及組件溫度等參數(shù)，測試項(xiàng)目包括有功功率輸出特性、有功功率變化及有功功率控制能力[13]，具體技術(shù)要求見表3。

3.2 無功功率測試技術(shù)要求對比

BDEW中針對無功功率測試主要包括有功（無功）特性、設(shè)定點(diǎn)控制、無功階躍響應(yīng)，目的是評價光伏發(fā)電在不同有功功率區(qū)間內(nèi)無功的最大輸出能力，及根據(jù)給定設(shè)定曲線的無功功率控制能力及響應(yīng)能力，具體技術(shù)要求見表4。

表3 GB/T 19964-2012有功功率測試項(xiàng)目及技術(shù)要求Tab. 3 Active power test items and technical requirements in GB/T 19964-2012

表4 BDEW無功功率測試項(xiàng)目及技術(shù)要求Tab. 4 Reactive power test items and technical requirements in BDEW

國標(biāo)GB/T 19964-2012針對光伏電站的無功電源、無功容量配置、電壓控制提出了詳細(xì)要求，測試項(xiàng)目主要包括無功功率輸出特性及控制能力測試，對應(yīng)于表4的設(shè)定點(diǎn)控制與無功階躍響應(yīng)兩項(xiàng)測試，測試方法及技術(shù)要求相同。針對PQ輸出特性曲線的技術(shù)要求為如圖1所示。

圖1 逆變器無功出力范圍Fig. 1 Reactive power range of the inverter

3.3 電能質(zhì)量測試技術(shù)要求對比

電能質(zhì)量測試中，BDEW主要包括開關(guān)操作、閃變、諧波、間諧波及高頻分量，評價開關(guān)操作過程和連續(xù)運(yùn)行時產(chǎn)生的閃變，從容許電壓變化率的角度考慮，光伏發(fā)電系統(tǒng)開關(guān)操作引起的最大電壓變化率上限值為2%；連續(xù)運(yùn)行的長時閃變上限值為0.46；評價諧波、間諧波及高頻分量的限值，根據(jù)諧波電流、并網(wǎng)點(diǎn)短路功率、光伏電站容量等具體參數(shù)計算決定，電能質(zhì)量技術(shù)要求詳見表5。

國標(biāo)GB/T 19964—2012包括電壓偏差、電壓波動及閃變、諧波及間諧波、電壓不平衡度，與各項(xiàng)測試相對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)[14-19]提供具體的技術(shù)指標(biāo)要求。

表5 電能質(zhì)量測試項(xiàng)目Tab. 5 Voltage quality test items and technical requirements

表6 BDEW電能質(zhì)量測試項(xiàng)目及技術(shù)要求Tab. 6 Voltage quality test items and technical requirements in BDEW

3.4 低電壓穿越測試技術(shù)要求對比

低電壓穿越測試為并網(wǎng)性能測試中較重要的測試項(xiàng)目，主要考核光伏電站在電網(wǎng)發(fā)生暫態(tài)故障時，能否在一定時間內(nèi)維持并網(wǎng)運(yùn)行的能力?？稍偕茉窗l(fā)展早期，德國即對低電壓穿越提出要求，目前BDEW中低電壓穿越技術(shù)要求主要參考BDEW及Transmission Code 2007。GB/T 19964—2012中在以前標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上增加了零電壓穿越的要求，但鑒于兩國電網(wǎng)情況不同，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中低電壓穿越的各項(xiàng)指標(biāo)有所差異。德標(biāo)BDEW中關(guān)于低電壓穿越曲線分為兩種類型，光伏發(fā)電屬于類型2（類型1為同步發(fā)電機(jī)），低電壓穿越曲線如圖2所示。

圖2 兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中針對光伏發(fā)電低電壓穿越技術(shù)要求曲線Fig. 2 Demand curves in the two standards for PV power generation with the lvrt technology

德國、中國標(biāo)準(zhǔn)均要求光伏電站在并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落至0時，能夠不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行0.15 s，但在其他電壓跌落點(diǎn)處要求持續(xù)運(yùn)行時間不同。另外，關(guān)于低電壓穿越測試的其他技術(shù)要求也不盡相同，如表7所示。

表7 BDEW及GB/T 19964低電壓穿越測試要求Tab. 7 lvrt testing comparison between BDEW and GB/T 19964

BDEW中針對無功電流要求包括無功電流注入值、建立時間、穩(wěn)定時間、設(shè)定值容限范圍等，其中無功電流注入值與電網(wǎng)電壓跌落深度之間的關(guān)系定義為K系數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，ΔIB為無功電流變化值；ΔU為并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化值；In、Un為并網(wǎng)點(diǎn)電流、電壓額定值。

BDEW中要求K系數(shù)至少為2，通常測試要求K=2或者K=3，死區(qū)范圍為±10%Un，此區(qū)間內(nèi)不考慮無功電流注入。

圖3 BDEW無功電流技術(shù)要求曲線Fig. 3 Reactive current technology demand curve in BDEW

無功電流設(shè)定值容限范圍為[-10%In，20%In]，在對稱故障時無功電流范圍為[90%In，120%In]，兩相不對稱故障時無功電流范圍為[30%In，60%In]，建立時間應(yīng)≤30 ms，穩(wěn)定時間應(yīng)≤60 ms。

GB/T 19964標(biāo)準(zhǔn)要求通過220 kV（或330 kV）光伏發(fā)電匯集系統(tǒng)升壓至500 kV（或750 kV）電壓等級接入電網(wǎng)的光伏發(fā)電站群中的光伏發(fā)電站，當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障引起電壓跌落時，光伏發(fā)電站注入電網(wǎng)的動態(tài)無功電流應(yīng)滿足以下要求：

自并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時刻起，動態(tài)無功電流的響應(yīng)時間不大于30 ms。

自動態(tài)無功電流響應(yīng)起直到電壓恢復(fù)至0.9 pu期間，光伏發(fā)電站注入電力系統(tǒng)的無功電流IT應(yīng)實(shí)時跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓變化，并應(yīng)滿足：

式中，UT為光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓標(biāo)幺值；In為光伏發(fā)電站額定電流。

3.5 其他測試技術(shù)要求對比

BDEW及GB/T 19964針對運(yùn)行適應(yīng)性技術(shù)要求目的不同，BDEW脫網(wǎng)測試為評估光伏發(fā)電單元過/欠頻及過/欠壓保護(hù)閾值及時間，GB/T 19964為保證光伏電站在頻率及電壓設(shè)定區(qū)間內(nèi)不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行，具備電網(wǎng)運(yùn)行適應(yīng)性。

另外，BDEW中要求光伏發(fā)電單元脫網(wǎng)重聯(lián)測試，用于檢驗(yàn)保護(hù)裝置過/欠頻及欠壓的保護(hù)動作，在GB/T 19964中針對繼電保護(hù)及安全自動裝置中提出了針對保護(hù)裝置的技術(shù)要求。

4 結(jié)論

通過對比兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中適用范圍、測試項(xiàng)目，并針對主要的并網(wǎng)性能技術(shù)要求詳細(xì)對比分析，可以看出，兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中有功功率、無功功率、電能質(zhì)量的部分測試子項(xiàng)及技術(shù)要求基本一致，但多數(shù)的測試子項(xiàng)有所區(qū)別，低電壓穿越在曲線要求及無功電流注入等方面均具有一定的差異。通過德國與中國兩項(xiàng)主要并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的比對，對于掌握兩國光伏發(fā)電逆變器及光伏發(fā)電站并網(wǎng)測試標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)光伏逆變器產(chǎn)品研發(fā)、測試與認(rèn)證及海外市場的拓展具有重要意義。

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