能源行业光伏逆变器标准解读

/机械工业北京电工技术经济研究所　果岩　上海电器设备检测所　郭鑫鑫/



能源行业光伏逆变器标准解读

/机械工业北京电工技术经济研究所果岩上海电器设备检测所郭鑫鑫/

标准是产品质量好坏的依据，适用于逆变器设计、生产及检验的全过程，标准的合理使用和贯彻有助于光伏逆变器产品的质量提升。

0　引言

我国光伏储量丰富，与风电等受地域条件影响较大的可再生能源相比，光伏发电更加便捷和高效，使之成为推动我国清洁能源的发展主要方式之一。国家能源局数据显示，截至2015年底，我国光伏发电累计装机容量4318万kW，成为全球光伏发电装机容量最大的国家。

具有将直流转换为交流功能的光伏逆变器是光伏发电的核心电气设备之一。而光伏逆变器的质量直接关系着光伏发电系统的可靠性、稳定性和发电效率，是保障电能质量，实现光伏电站接入网的关键。

能源行业标准NB/T 32004—2013《光伏发电并网逆变器技术规范》于2013年3 月7日发布，2013年8月1日实施，该标准规定了光伏（PV）并网系统所使用逆变器的产品类型、技术要求及试验方法，适用于连接到PV源电路电压不超过直流1500V，交流输出电压不超过1000V的光伏逆变器。该项标准自发布实施以来，受到了行业广泛关注，并成为了我国光伏并网逆变器标准检测认证的主要依据。据了解，2015年，国家质检总局将该标准作为其针对光伏并网逆变器产品的质量监督抽查的依据标准，开展了国内首次该类产品的国抽工作。

1　标准编制背景及过程简介

国内光伏发电行业近几年迅猛发展，取得了一定的成绩，但是暴露出的一些问题，特别是设备质量和可靠性问题，给电网安全带来一定程度的隐患，其中光伏逆变器标准的缺失，对逆变器的质量评价、技术提升，甚至是我国并网光伏发电市场的发展造成了不利影响。对此，国家能源局下达了《2009年第二批能源领域行业标准制（修）订计划》（国能科技［2010］14号），该项标准计划项目由中国电器工业协会负责组织，以上海电器设备检测所为主要起草单位，包括阳光电源、正泰电源、特变电工、鉴衡认证中心、中国质量认证中心等单位共同参与编制，标准编制历时两年后正式发布实施。

2　标准内容综述

NB/T 32004—2013《光伏发电并网逆变器技术规范》标准章节包括范围、规范性引用文件、术语和定义、逆变器类型、逆变器标识和资料、使用安装及运输条件、结构和性能要求、试验方法、以及检测规则。其编写格式和规则依据GB/T 1.1—2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则》。本文主要介绍使用安装及运输条件、结构和性能要求、试验方法、以及检测规则等方面的重点内容。

2.1使用、安装及运输条件

本章内容规定了正常、非正常两种不同条件下光伏发电并网逆变器的使用、安装及运输条件。正常使用条件下，逆变器周围的空气温度、海拔、大气条件等方面要求如下：

周围空气温度：确定了户内及户外型逆变器周围空气温度范围取值-25～+60℃（其中带气温调节装置户内型逆变器为0～+40℃、不带气温调节装置户内型逆变器为-20～+40℃、户外型逆变器为-25～+60℃）；

海拔：安装地点的海拔不超过1000m。同时规定，当海拔高于1000m时，逆变器电流容量随海拔升高将低于规定值；当高于2000m时，需要考虑空气冷却作用和介电强度的下降，进行相应海拔修正；

大气条件：确定了户内及户外型逆变器的相对湿度范围取值4%～100%（其中带气温调节装置户内型逆变器为5%～85%、不带气温调节装置户内型逆变器为5%～95%、户外型逆变器为4%～100%，有凝露）；此外，确定了逆变器的污染等级3的环境适应性。

2.2结构和性能要求及试验方法

结构和性能要求的内容规定了结构材料、电击防护要求、机械防护要求、防火要求、基本功能要求、电能质量要求、电气保护功能要求、电磁兼容（EMC）要求、功率控制要求、安装要求等内容。

试验方法的内容为与“结构和性能要求”所规定的技术要求的试验检测方法一一对应。规定了试验环境条件、逆变器安全性、基本功能验证、电气性能、电磁兼容（EMC）、环境试验、功率控制、安装要求等内容。

2.3检测规则

本章内容规定了总则、检验分类、测试项目等内容。

检测分类方面：通过满足不同的试验项目的型式试验来划分逆变器质量，并进行其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类质量评定。具体规定如下：

Ⅰ级：逆变器性能达基本使用要求；

Ⅱ级：逆变器应通过所有测试要求（谐波只考核50%额定功率以上，可以不考核MPPT性能）；

Ⅲa级：逆变器应通过所有测试要求，且逆变器转换效率需达到：不带隔离变压器不低于96.5%，带隔离变压器的不低于94.5%，测量静态MPPT效率，动态MPPT效率；且三相电压不平衡度负序电压不平衡度允许一般不超过1.3%，短时不超过2.6%；样品谐波需在30%额定功率以上均满足要求。

Ⅲb级：满足Ⅲa级评定要求外，增加逆变器在非正常条件下（如高原等，详见6.2节）检验评定。

检测项目方面：按照设备安全检查、基本功能、性能指标、保护、EMC分类、环境类共6大检测类型归纳了61项测试项目，其中出厂试验包括外观及结构检查、保护连接、固体绝缘的工频耐受电压、额定输入/输出、自动开关机、软启动、恢复并网、通信功能验证、防雷、噪声、光伏方阵绝缘阻抗检测试验、光伏方阵残余电流检测试验、转换效率、谐波和波形畸变、过/欠电压保护、过/欠频保护、防孤岛效应保护共17项检测项目。具体分布如表1所示。

表1

3　结构和性能要求及试验方法的解读

本章内容按照检测项目分类为主介绍安全检查、电性能指标方面的有关内容。上述两个方面也是本标准的核心内容，其采标情况如表2所示。

表2

3.1安全检查

产品的安全性是指产品在使用过程中保证安全的程度。关注安全的目的是为了避免由于下列各种危险所造成的人身伤害或财产损失。

（1）电击防护及试验

产品的触电事故大都可以分为直接触电事故和间接触电事故。直接触电事故是指人体触及正常运行的设备或线路的带电体造成的触电事故；间接触电事故是指人体触及正常情况下不带电，而故障时意外带电的导体而造成的触电事故，在这种情况下，若触摸到电器的非带电部件也会发生触电事故。

具体措施方面，直接接触保护一般可采用绝缘、防护罩、围栏、安全距离等措施；间接接触保护一般可采用保护接地（接零）、保护切断、漏电保护器等措施。

针对绝缘验证方面，主要包括电气间隙和爬电距离、冲击耐压、工频耐压、局部放电、环境试验和短路试验后的耐压情况等。

（2）防火要求及试验

本标准中规定了光伏逆变器不同零部件的防火要求，除金属、陶瓷材料、玻璃以及已明确安全等级材料外，均需进行防火试验，见表3。

表3

（3）机械危险及试验

逆变器可能出现的机械危险：尖锐的棱缘和拐角划伤人的皮肤；可能潜在地引起危害的运动零部件弹出伤人；设备的不稳定而砸伤人；爆裂产生的碎片伤人等。

防机械危险试验包括稳定性试验、搬运要求以及接线端子等试验项目。其中稳定性试验规定：对于落地式逆变器，从正常垂直位置向各个方向倾斜10°；用800N的向下作用力施加在能产生最大力矩的以下位置：所有水平工作面；明显突出且距离地面小于1m的其他表面。试验期间，逆变器不应失去平衡。接线端子试验方面，规定了机械强度、弯曲、拉出等方面的要求。

3.2电性能指标

电性能是指产品为满足使用目的所具备的技术特性，即产品在不同目的、不同条件下使用时，其技术特性的适合程度，对逆变器来说，我们将逆变器的电气性能分为：基本功能、保护功能和电能质量。

（1）基本功能

规定了包括基本输入/输出功能、软启动、恢复并网、通讯功能、效率等方面项目。其中，效率分为最大功率点跟踪（MPPT）效率和转换效率。最大功率点跟踪效率是根据不同的辐照强度和组件温度，保证从光伏方阵中得到最大的功率输出；转换效率是有效地将可利用的直流功率转换为交流功率。其具体的测量方法在标准中引用了资料性附录明确了计算方法

（2）保护功能

规定了包括过欠电压保护、过欠频保护、相序和极性误接、短路保护、反放电保护、孤岛保护、低电压穿越、操作过电压等项目。

其中孤岛效应是指电网失压时，并网系统仍保持对失压电网中的某一部分线路继续供电的状态，可能对整个配电系统设备及用户端的设备造成不利的影响，比如：危害输电线路维修人员的安全；影响配电系统上的保护开关的动作程序等。标准中规定了若逆变器并入的电网供电中断，逆变器应在2s内停止向电网供电，同时发出警示信号。同时，为了防止防孤岛效应与低电压穿越在同一时间内的操作冲突，标准按照10kV和35kV所满足上述功能的单一性，即10kV及以下电压等级配电网，应具有防孤岛效应保护功能；35kV及以上电压等级电网，应具备电网支撑能力。

（3）电能质量

规定了包括谐波、直流分量、三相不平衡度、功率因数等项目。谐波方面规定了逆变器运行时，注入电网的电流谐波总畸变率限值为5%，奇、偶次谐波电流含有率满足标准要求。三相不平衡度规定了引起该点负序电压不平衡度允许一般不超过1.3%，短时不超过2.6%。功率因数规定了当逆变器输出有功功率大于其额定功率的50%时，功率因数应不小于0.98（超前或滞后），输出有功功率在20%～50%之间时，功率因数应不小于0.95（超前或滞后）。

4　建议

标准是产品质量好坏的依据，适用于逆变器设计、生产及检验的全过程，标准的合理使用和贯彻有助于光伏逆变器产品的质量提升。在标准实施过程中，也需要相关逆变器生产厂商关注以下几点：

一是依据标准在现有企业工艺生产水平基础上制定标准化的生产工艺。各个生产环节编制合理的符合企业生产能力的工艺文件来指导逆变器生产，一来可以保证生产出来的逆变器性能质量的一致性，并且可以降低成本，提高生产效率。

二是制定合适的原材料标准，选好外购件及外协生产厂家。由于逆变器中使用的关键核心器件IGBT、电容、电感、开关等大多元器件均来自外购，多数企业采用组装配套来形成新产品，因此所用外购件、外协件的质量问题就显得非常重要。对外购件、外协生产厂进行必要的质量能力保证调查，采用到货进行抽样检查等手段保证关键器件的质量。

三是提高全员的质量意识。对员工进行质量意识的培训，让员工了解质量的重要性。成立质量监督小组监督产品生产、检测等包括对来料的检查。

此外，本标准在使用过程中，根据行业和市场反映，内容尚未明确规定“产品类型”、“静态最大功率点跟踪效率”、“动态最大功率点跟踪效率”、“谐波和波形畸变”等方面，现阶段光伏逆变器产品技术进步和产业发展情况，在一定程度上影响了该标准的应用。建议下一步由标准化主管部门或标准化技术委员会组织光伏制造企业、检测认证机构、光伏发电用户等单位开展标准的修订完善工作，进一步巩固标准在光伏逆变器技术创新和质量提升的基础作用。