黃紹娜

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東　廣州　510610）

國內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器標準綜述

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，其標準關(guān)系到光伏并網(wǎng)發(fā)電的性能。概述了我國和國際上的主流光伏并網(wǎng)標準，并從標準的制定情況方面綜述了國內(nèi)外光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器標準。

光伏發(fā)電；并網(wǎng)；逆變器標準

0　引言

作為世界十大焦點問題之一，能源問題已隨著世界人口的增長而日益突出。太陽能作為一種清潔的可再生能源，為解決能源危機提供了可能。在太陽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能的形式，它能將太陽能轉(zhuǎn)化為電能并輸送到其他用電的地方。太陽能開發(fā)利用有其巨大的優(yōu)勢，例如：太陽能是取之不盡的可再生能源，可利用量巨大，太陽每秒輻射的能量大約是1.6× 1023kW，其中，到達地球的能量高達8×1013kW，相當(dāng)于燃燒6×109t標準煤所產(chǎn)生的能量。按此標準計算，則一年內(nèi)到達地球表面的太陽能總量相當(dāng)于燃燒約1.892×1024t的標準煤所產(chǎn)生的能量，是目前世界主要能源探明儲量的近萬倍。由于緯度的不同、氣候條件的差異造成了太陽能輻射的不均勻，但是，相對于其他能源來說，太陽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)能源缺乏的國家和地區(qū)解決能源問題提供了美好的前景。同時，太陽能像風(fēng)能、潮汐能等潔凈能源一樣，在其開發(fā)利用的過程中幾乎不產(chǎn)生任何污染，加之其儲量的無限性，因而成為了人類理想的替代能源。

當(dāng)前國際上對光伏發(fā)電的研究主要有2個方向：1）對光伏電池的研究；2）對低成本、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，是整個系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。許多企業(yè)和研究機構(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。

1　光伏逆變器并網(wǎng)標準概述

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)標準、電磁兼容標準和并網(wǎng)標準的要求。安規(guī)和電磁兼容是一個地區(qū)或國家的基本準入要求，是一般電力設(shè)備都需滿足的要求。光伏逆變器并網(wǎng)標準是較為特殊的要求，它針對的僅是發(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)標準。對于光伏逆變器并網(wǎng)標準，有些國家根據(jù)自身情況制定，而有些國家則采用別國標準或國際機構(gòu)的標準，所有存在的標準較繁雜，國際上沒有統(tǒng)一的標準可以采用。目前，并網(wǎng)標準一般主要包括電能質(zhì)量、并網(wǎng)保護功能、有功功率控制、無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)點電壓閃爍；并網(wǎng)保護功能是指在電網(wǎng)異常時，逆變器需要正確地檢測到電網(wǎng)異常，并在規(guī)定的時間內(nèi)從電網(wǎng)解列，從而在電網(wǎng)異常時保護發(fā)電系統(tǒng)不受損壞的功能；有功控制是指逆變器根據(jù)標準規(guī)定或電網(wǎng)公司巨大的指令來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；無功控制指逆變器根據(jù)標準規(guī)定或電網(wǎng)公司下的的指令來控制無功功率的輸出，以使光伏發(fā)電系統(tǒng)參與到電網(wǎng)的無功調(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，在一定的電壓范圍和時間內(nèi)，逆變器需要保證不脫網(wǎng)，并根據(jù)標準正確地輸出有功功率和無功功率，以支撐電網(wǎng)恢復(fù)穩(wěn)定。

2　我國光伏逆變器并網(wǎng)標準概況

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

在這一發(fā)展趨勢和背景下，光伏并網(wǎng)逆變器的標準的制定和更新應(yīng)勢而生。2009年，北京鑒衡認證中心發(fā)布了CGC/GF 001：2009（CNCA/CTS 0004-2009）[1]作為金太陽認證標志的測試依據(jù)，其后2011年將其修訂為CGC/GF 004：2011（CNCA/CTS 0004-2009A）[2]；國家能源局于2013年3月7日發(fā)布了能源行業(yè)標準NB/T 32004-2013[3]，這是我國光伏并網(wǎng)逆變器測試認證的最新標準，是進入中國市場的必備條件。這3個標準都包含了安規(guī)、電磁兼容和并網(wǎng)規(guī)則3個部分的內(nèi)容。我國光伏并網(wǎng)逆變器的主要標準如表1所示。

表1　　我國光伏并網(wǎng)逆變器的主要標準

3　國外光伏逆變器并網(wǎng)標準概況

國外發(fā)達國家的光伏并網(wǎng)發(fā)電發(fā)展得較早，因此標準也相應(yīng)地制定得比較早。經(jīng)過多年的發(fā)展，光伏并網(wǎng)的規(guī)模越來越大，遇到的問題也層出不窮，因此，各個發(fā)展光伏并網(wǎng)發(fā)電的國家也在通過不斷地更新相關(guān)標準來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、意大利和英國等為代表，北美以美國為代表，此外澳大利亞的光伏并網(wǎng)發(fā)電也發(fā)展得也較早。這些國家分別制定了各自的國家和區(qū)域光伏并網(wǎng)標準，并在光伏并網(wǎng)發(fā)展過程中不斷地修訂標準。德國低壓并網(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制定的標準，英國標準G 83/1和G 59/1分別修訂為G 83/2[7]和G 59/3[8]等。國際機構(gòu)如國際電工技術(shù)委員會 （IEC：International Electrotechnical Commission）、歐洲電工標準化委員會 （CENELEC：European Electro Technical Standardization Committer）和電子與電氣工程師協(xié)會 （IEEE：Institute of Electrical and Electronic engineers）等也制定了各自的標準。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更新到英國標準學(xué)會 （BSI：British Standards Institution）制定的2013年版[10]。沒有制定自己的標準的國家一般均采用其他國家的標準或者國際機構(gòu)制定的標準，國外光伏并網(wǎng)標準如表2所示。

表2中大部分標準并不是針對光伏并網(wǎng)逆變器的標準，而是針對并網(wǎng)到電網(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)的標準，發(fā)電形式除了太陽能以外，還可以是風(fēng)能、熱電和燃料電池等。可以看出，國外標準是對發(fā)電系統(tǒng)級提出要求，通過對系統(tǒng)并網(wǎng)的要求來規(guī)范光伏并網(wǎng)逆變器。除了德國的BDEW和TR3、意大利的CEI0-16是針對中壓電網(wǎng)并網(wǎng)的標準外，其他均是規(guī)定并網(wǎng)到低壓電網(wǎng)的要求的標準?？梢钥闯?，目前國際上以低壓并網(wǎng)為主流，這是一種比較普及的并網(wǎng)方式，主要是因為歐美等國大力發(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

光伏逆變器并網(wǎng)發(fā)電經(jīng)過多年的發(fā)展，目前國際上已經(jīng)存在較多的并網(wǎng)標準。隨著并網(wǎng)規(guī)模的擴大和并網(wǎng)技術(shù)的更新，制定得較早的標準有了一定程度的修訂和替代，標準本身也變得越來越復(fù)雜，總體上歐美發(fā)達國家并網(wǎng)標準引領(lǐng)標準的發(fā)展方向。但是，國際上并沒有統(tǒng)一的并網(wǎng)標準，復(fù)雜多樣的并網(wǎng)標準給光伏并網(wǎng)逆變器的研發(fā)和銷售帶來了一定的阻力，因此，制定被國際上認可的統(tǒng)一的并網(wǎng)標準仍需要各個光伏發(fā)電國家共同努力。

從目前國內(nèi)外標準更新發(fā)展的趨勢來看，未來光伏逆變器并網(wǎng)標準的發(fā)展方向為：對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自身程序的設(shè)定或遠程電網(wǎng)公司的調(diào)度來參與到維護電網(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越多且越來越復(fù)雜；遠程電網(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)點上，再通過節(jié)點傳回電網(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]北京鑒衡認證中心.400 V以下低壓并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)要求和試驗方法：CGC/GF 001-2009[S].

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

[3]中國電器工業(yè)協(xié)會.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　國外光伏并網(wǎng)標準

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準與信息研究中心助理工程師，從事項目研究和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟研究工作。