國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器標(biāo)準(zhǔn)綜述

黃紹娜

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610）

國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器標(biāo)準(zhǔn)綜述

黃紹娜

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東廣州510610）

光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵部件，其標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系到光伏并網(wǎng)發(fā)電的性能。概述了我國(guó)和國(guó)際上的主流光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并從標(biāo)準(zhǔn)的制定情況方面綜述了國(guó)內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器標(biāo)準(zhǔn)。

光伏發(fā)電；并網(wǎng)；逆變器標(biāo)準(zhǔn)

0　引言

作為世界十大焦點(diǎn)問(wèn)題之一，能源問(wèn)題已隨著世界人口的增長(zhǎng)而日益突出。太陽(yáng)能作為一種清潔的可再生能源，為解決能源危機(jī)提供了可能。在太陽(yáng)能的各種利用形式中，光伏并網(wǎng)發(fā)電是一種有效地利用太陽(yáng)能的形式，它能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能并輸送到其他用電的地方。太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用有其巨大的優(yōu)勢(shì)，例如：太陽(yáng)能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大，太陽(yáng)每秒輻射的能量大約是1.6× 1023kW，其中，到達(dá)地球的能量高達(dá)8×1013kW，相當(dāng)于燃燒6×109t標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的能量。按此標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，則一年內(nèi)到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能總量相當(dāng)于燃燒約1.892×1024t的標(biāo)準(zhǔn)煤所產(chǎn)生的能量，是目前世界主要能源探明儲(chǔ)量的近萬(wàn)倍。由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽(yáng)能輻射的不均勻，但是，相對(duì)于其他能源來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)能在地球上的絕大多數(shù)地區(qū)是普遍存在的，可就地取用。這就為常規(guī)能源缺乏的國(guó)家和地區(qū)解決能源問(wèn)題提供了美好的前景。同時(shí)，太陽(yáng)能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，在其開(kāi)發(fā)利用的過(guò)程中幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲(chǔ)量的無(wú)限性，因而成為了人類(lèi)理想的替代能源。

當(dāng)前國(guó)際上對(duì)光伏發(fā)電的研究主要有2個(gè)方向：1）對(duì)光伏電池的研究；2）對(duì)低成本、高效率和高穩(wěn)定性的光伏逆變器件，以及光伏建筑集成應(yīng)用系統(tǒng)等設(shè)備的研究。在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，光伏逆變器起著將光伏組件產(chǎn)生的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔艿年P(guān)鍵作用，是整個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。許多企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功地推出了多種不同的高性能逆變器，并網(wǎng)光伏發(fā)電已經(jīng)成為了光伏發(fā)電領(lǐng)域研究和發(fā)展的最新亮點(diǎn)。

1　光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)概述

隨著光伏并網(wǎng)的快速發(fā)展，光伏并網(wǎng)逆變器作為并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵部件，其不僅需具有將直流逆變?yōu)榻涣鞯幕竟δ?，還需符合安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)、電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)和并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的要求。安規(guī)和電磁兼容是一個(gè)地區(qū)或國(guó)家的基本準(zhǔn)入要求，是一般電力設(shè)備都需滿足的要求。光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是較為特殊的要求，它針對(duì)的僅是發(fā)電輸出到電網(wǎng)的設(shè)備，除了光伏發(fā)電設(shè)備外，其他發(fā)電設(shè)備 （例如：風(fēng)力發(fā)電和潮汐發(fā)電設(shè)備等）也存在并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，有些國(guó)家根據(jù)自身情況制定，而有些國(guó)家則采用別國(guó)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，所有存在的標(biāo)準(zhǔn)較繁雜，國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以采用。目前，并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)一般主要包括電能質(zhì)量、并網(wǎng)保護(hù)功能、有功功率控制、無(wú)功功率控制和低電壓穿越等方面的內(nèi)容。電能質(zhì)量是指逆變器輸出電流的質(zhì)量，包括電能諧波和并網(wǎng)點(diǎn)電壓閃爍；并網(wǎng)保護(hù)功能是指在電網(wǎng)異常時(shí)，逆變器需要正確地檢測(cè)到電網(wǎng)異常，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)從電網(wǎng)解列，從而在電網(wǎng)異常時(shí)保護(hù)發(fā)電系統(tǒng)不受損壞的功能；有功控制是指逆變器根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或電網(wǎng)公司巨大的指令來(lái)控制有功功率的輸出以保證電網(wǎng)穩(wěn)定，不被發(fā)電系統(tǒng)輸出有功功率而影響；無(wú)功控制指逆變器根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定或電網(wǎng)公司下的的指令來(lái)控制無(wú)功功率的輸出，以使光伏發(fā)電系統(tǒng)參與到電網(wǎng)的無(wú)功調(diào)聲，維持電網(wǎng)穩(wěn)定；低電壓穿越是指當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，在一定的電壓范圍和時(shí)間內(nèi)，逆變器需要保證不脫網(wǎng)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)正確地輸出有功功率和無(wú)功功率，以支撐電網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)定。

2　我國(guó)光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)概況

我國(guó)光伏發(fā)電起步于20世紀(jì)70年代，在 “送電到鄉(xiāng)”工程和 “光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目等國(guó)家項(xiàng)目的引導(dǎo)下，以及 “金太陽(yáng)”工程和 “太陽(yáng)能屋頂計(jì)劃”等優(yōu)惠政策的推動(dòng)下，光伏并網(wǎng)發(fā)電得以迅猛地發(fā)展。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，2015年，我國(guó)新增光伏裝機(jī)容量達(dá)17.6 GW，穩(wěn)居世界第一位；美國(guó)新增光伏裝機(jī)容量為8.2 GW，位居第二位；德國(guó)、日本等國(guó)的新增光伏裝機(jī)容量卻有所下降，中國(guó)繼續(xù)領(lǐng)跑全球光伏應(yīng)用市場(chǎng)。

在這一發(fā)展趨勢(shì)和背景下，光伏并網(wǎng)逆變器的標(biāo)準(zhǔn)的制定和更新應(yīng)勢(shì)而生。2009年，北京鑒衡認(rèn)證中心發(fā)布了CGC/GF 001：2009（CNCA/CTS 0004-2009）[1]作為金太陽(yáng)認(rèn)證標(biāo)志的測(cè)試依據(jù)，其后2011年將其修訂為CGC/GF 004：2011（CNCA/CTS 0004-2009A）[2]；國(guó)家能源局于2013年3月7日發(fā)布了能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 32004-2013[3]，這是我國(guó)光伏并網(wǎng)逆變器測(cè)試認(rèn)證的最新標(biāo)準(zhǔn)，是進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)的必備條件。這3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都包含了安規(guī)、電磁兼容和并網(wǎng)規(guī)則3個(gè)部分的內(nèi)容。我國(guó)光伏并網(wǎng)逆變器的主要標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1　　我國(guó)光伏并網(wǎng)逆變器的主要標(biāo)準(zhǔn)

3　國(guó)外光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)概況

國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展得較早，因此標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)地制定得比較早。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，光伏并網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，遇到的問(wèn)題也層出不窮，因此，各個(gè)發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電的國(guó)家也在通過(guò)不斷地更新相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指引光伏逆變器的技術(shù)的發(fā)展方向。其中，歐洲主要以德國(guó)、意大利和英國(guó)等為代表，北美以美國(guó)為代表，此外澳大利亞的光伏并網(wǎng)發(fā)電也發(fā)展得也較早。這些國(guó)家分別制定了各自的國(guó)家和區(qū)域光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，并在光伏并網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中不斷地修訂標(biāo)準(zhǔn)。德國(guó)低壓并網(wǎng)由VDEAR-N 4105[4]取代了VDE V 0126-1-1[5]，意大利低壓并網(wǎng)由CEI 0-21[6]取代了電網(wǎng)公司ENEL制定的標(biāo)準(zhǔn)，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)G 83/1和G 59/1分別修訂為G 83/2[7]和G 59/3[8]等。國(guó)際機(jī)構(gòu)如國(guó)際電工技術(shù)委員會(huì) （IEC：International Electrotechnical Commission）、歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) （CENELEC：European Electro Technical Standardization Committer）和電子與電氣工程師協(xié)會(huì) （IEEE：Institute of Electrical and Electronic engineers）等也制定了各自的標(biāo)準(zhǔn)。其中，IEC 62116已由2008年的第一版修訂至2014年的第二版[9]，CENELEC制定的2007年版EN 50438更新到英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì) （BSI：British Standards Institution）制定的2013年版[10]。沒(méi)有制定自己的標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家一般均采用其他國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)際機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2中大部分標(biāo)準(zhǔn)并不是針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的標(biāo)準(zhǔn)，而是針對(duì)并網(wǎng)到電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)電形式除了太陽(yáng)能以外，還可以是風(fēng)能、熱電和燃料電池等?？梢钥闯觯瑖?guó)外標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)發(fā)電系統(tǒng)級(jí)提出要求，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)并網(wǎng)的要求來(lái)規(guī)范光伏并網(wǎng)逆變器。除了德國(guó)的BDEW和TR3、意大利的CEI0-16是針對(duì)中壓電網(wǎng)并網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)外，其他均是規(guī)定并網(wǎng)到低壓電網(wǎng)的要求的標(biāo)準(zhǔn)?？梢钥闯?，目前國(guó)際上以低壓并網(wǎng)為主流，這是一種比較普及的并網(wǎng)方式，主要是因?yàn)闅W美等國(guó)大力發(fā)展分布式光伏發(fā)電模式，較少發(fā)展大規(guī)模集中式發(fā)電模式。

4　結(jié)束語(yǔ)

光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前國(guó)際上已經(jīng)存在較多的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。隨著并網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和并網(wǎng)技術(shù)的更新，制定得較早的標(biāo)準(zhǔn)有了一定程度的修訂和替代，標(biāo)準(zhǔn)本身也變得越來(lái)越復(fù)雜，總體上歐美發(fā)達(dá)國(guó)家并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向。但是，國(guó)際上并沒(méi)有統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，復(fù)雜多樣的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)給光伏并網(wǎng)逆變器的研發(fā)和銷(xiāo)售帶來(lái)了一定的阻力，因此，制定被國(guó)際上認(rèn)可的統(tǒng)一的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)仍需要各個(gè)光伏發(fā)電國(guó)家共同努力。

從目前國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)更新發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)光伏逆變器并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展方向?yàn)椋簩?duì)逆變器要求更加智能，逆變器將不再只作為單純的發(fā)電設(shè)備，而是需要更多的通過(guò)自身程序的設(shè)定或遠(yuǎn)程電網(wǎng)公司的調(diào)度來(lái)參與到維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定中去。自身程序方面要求光伏逆變器具有的功能越來(lái)越多且越來(lái)越復(fù)雜；遠(yuǎn)程電網(wǎng)公司調(diào)度主要是光伏并網(wǎng)逆變器能將自身的狀態(tài)及電網(wǎng)公司感興趣的參數(shù)通過(guò)通信協(xié)議傳輸?shù)诫娋W(wǎng)公司在光伏電站的通信節(jié)點(diǎn)上，再通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳回電網(wǎng)公司，電網(wǎng)公司的調(diào)度命令也可以傳到光伏電站的通信節(jié)點(diǎn)上，再下發(fā)到光伏逆變器，從而使得光伏發(fā)電系統(tǒng)更好地支撐電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

[1]北京鑒衡認(rèn)證中心.400 V以下低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電專(zhuān)用逆變器技術(shù)要求和試驗(yàn)方法：CGC/GF 001-2009[S].

[2]北京鑒衡認(rèn)證中心.并網(wǎng)光伏發(fā)電專(zhuān)用逆變器技術(shù)條件：CGC/GF 004-2011[S].

[3]中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì).光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范：NB/ T 32004-2013[S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[4]Power generation systems connected to the low-voltage distribution network-technical minimum requirements for the connection to and parallel operation with low-voltage distribution networks：VDE-AR-N 4105-2011[S].

[5]Automatic disconnection device between a generator and a public low voltage grid：VDE V 0126-1-1-2006[S].

[6]Reference technical rules for the connection of active and passive users to the LV electrical utilities：CEI 0-21；V1-2014[S].

[7]Recommendations for the connection of type tested smallscale embedded generators（up to 16 a per phase）in parallel with low-voltage distribution systems：G 83/2-2012 [S].

[8]Recommendations for the connection of the connection of generating plant to the distribution systems of licensed distribution network operators：G 59/3-2013[S].

[9]Utility-interconnected photovoltaic inverters-test procedure of islanding prevention measures：IEC 62116-2014[S].

[10]Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public low-voltage distribution networks：BS EN 50438-2013[S].

Review of the Standards of Grid-connected PV Inverter at Home and Abroad

HUANG Shao-na
（CEPREI，Guangzhou 510610，China）

Grid-connected PV inverter is the key component of grid-connected PV power generation，and its standards are related to the performance of grid-connected PV power generation.The mainstream standards of grid-connected PV both at home and abroad are summarized，and the standards of grid-connected PV inverter are reviewed from the aspect of standard formulation.

PV power generation；grid-connected；inverter standard

表2　國(guó)外光伏并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)

T-65

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-02-23

2016-06-21

黃紹娜 （1986-），女，山東菏澤人，工業(yè)和信息化部電子第五研究所標(biāo)準(zhǔn)與信息研究中心助理工程師，從事項(xiàng)目研究和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究工作。