/機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所　果巖　上海電器設(shè)備檢測(cè)所　郭鑫鑫/

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能源行業(yè)光伏逆變器標(biāo)準(zhǔn)解讀

/機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所果巖上海電器設(shè)備檢測(cè)所郭鑫鑫/

標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的依據(jù)，適用于逆變器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及檢驗(yàn)的全過程，標(biāo)準(zhǔn)的合理使用和貫徹有助于光伏逆變器產(chǎn)品的質(zhì)量提升。

0　引言

我國光伏儲(chǔ)量豐富，與風(fēng)電等受地域條件影響較大的可再生能源相比，光伏發(fā)電更加便捷和高效，使之成為推動(dòng)我國清潔能源的發(fā)展主要方式之一。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，截至2015年底，我國光伏發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量4318萬kW，成為全球光伏發(fā)電裝機(jī)容量最大的國家。

具有將直流轉(zhuǎn)換為交流功能的光伏逆變器是光伏發(fā)電的核心電氣設(shè)備之一。而光伏逆變器的質(zhì)量直接關(guān)系著光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和發(fā)電效率，是保障電能質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光伏電站接入網(wǎng)的關(guān)鍵。

能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 32004—2013《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》于2013年3 月7日發(fā)布，2013年8月1日實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了光伏（PV）并網(wǎng)系統(tǒng)所使用逆變器的產(chǎn)品類型、技術(shù)要求及試驗(yàn)方法，適用于連接到PV源電路電壓不超過直流1500V，交流輸出電壓不超過1000V的光伏逆變器。該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)自發(fā)布實(shí)施以來，受到了行業(yè)廣泛關(guān)注，并成為了我國光伏并網(wǎng)逆變器標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)認(rèn)證的主要依據(jù)。據(jù)了解，2015年，國家質(zhì)檢總局將該標(biāo)準(zhǔn)作為其針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督抽查的依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，開展了國內(nèi)首次該類產(chǎn)品的國抽工作。

1　標(biāo)準(zhǔn)編制背景及過程簡(jiǎn)介

國內(nèi)光伏發(fā)電行業(yè)近幾年迅猛發(fā)展，取得了一定的成績(jī)，但是暴露出的一些問題，特別是設(shè)備質(zhì)量和可靠性問題，給電網(wǎng)安全帶來一定程度的隱患，其中光伏逆變器標(biāo)準(zhǔn)的缺失，對(duì)逆變器的質(zhì)量評(píng)價(jià)、技術(shù)提升，甚至是我國并網(wǎng)光伏發(fā)電市場(chǎng)的發(fā)展造成了不利影響。對(duì)此，國家能源局下達(dá)了《2009年第二批能源領(lǐng)域行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制（修）訂計(jì)劃》（國能科技［2010］14號(hào)），該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃項(xiàng)目由中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)組織，以上海電器設(shè)備檢測(cè)所為主要起草單位，包括陽光電源、正泰電源、特變電工、鑒衡認(rèn)證中心、中國質(zhì)量認(rèn)證中心等單位共同參與編制，標(biāo)準(zhǔn)編制歷時(shí)兩年后正式發(fā)布實(shí)施。

2　標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容綜述

NB/T 32004—2013《光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)章節(jié)包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語和定義、逆變器類型、逆變器標(biāo)識(shí)和資料、使用安裝及運(yùn)輸條件、結(jié)構(gòu)和性能要求、試驗(yàn)方法、以及檢測(cè)規(guī)則。其編寫格式和規(guī)則依據(jù)GB/T 1.1—2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》。本文主要介紹使用安裝及運(yùn)輸條件、結(jié)構(gòu)和性能要求、試驗(yàn)方法、以及檢測(cè)規(guī)則等方面的重點(diǎn)內(nèi)容。

2.1使用、安裝及運(yùn)輸條件

本章內(nèi)容規(guī)定了正常、非正常兩種不同條件下光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的使用、安裝及運(yùn)輸條件。正常使用條件下，逆變器周圍的空氣溫度、海拔、大氣條件等方面要求如下：

周圍空氣溫度：確定了戶內(nèi)及戶外型逆變器周圍空氣溫度范圍取值-25～+60℃（其中帶氣溫調(diào)節(jié)裝置戶內(nèi)型逆變器為0～+40℃、不帶氣溫調(diào)節(jié)裝置戶內(nèi)型逆變器為-20～+40℃、戶外型逆變器為-25～+60℃）；

海拔：安裝地點(diǎn)的海拔不超過1000m。同時(shí)規(guī)定，當(dāng)海拔高于1000m時(shí)，逆變器電流容量隨海拔升高將低于規(guī)定值；當(dāng)高于2000m時(shí)，需要考慮空氣冷卻作用和介電強(qiáng)度的下降，進(jìn)行相應(yīng)海拔修正；

大氣條件：確定了戶內(nèi)及戶外型逆變器的相對(duì)濕度范圍取值4%～100%（其中帶氣溫調(diào)節(jié)裝置戶內(nèi)型逆變器為5%～85%、不帶氣溫調(diào)節(jié)裝置戶內(nèi)型逆變器為5%～95%、戶外型逆變器為4%～100%，有凝露）；此外，確定了逆變器的污染等級(jí)3的環(huán)境適應(yīng)性。

2.2結(jié)構(gòu)和性能要求及試驗(yàn)方法

結(jié)構(gòu)和性能要求的內(nèi)容規(guī)定了結(jié)構(gòu)材料、電擊防護(hù)要求、機(jī)械防護(hù)要求、防火要求、基本功能要求、電能質(zhì)量要求、電氣保護(hù)功能要求、電磁兼容（EMC）要求、功率控制要求、安裝要求等內(nèi)容。

試驗(yàn)方法的內(nèi)容為與“結(jié)構(gòu)和性能要求”所規(guī)定的技術(shù)要求的試驗(yàn)檢測(cè)方法一一對(duì)應(yīng)。規(guī)定了試驗(yàn)環(huán)境條件、逆變器安全性、基本功能驗(yàn)證、電氣性能、電磁兼容（EMC）、環(huán)境試驗(yàn)、功率控制、安裝要求等內(nèi)容。

2.3檢測(cè)規(guī)則

本章內(nèi)容規(guī)定了總則、檢驗(yàn)分類、測(cè)試項(xiàng)目等內(nèi)容。

檢測(cè)分類方面：通過滿足不同的試驗(yàn)項(xiàng)目的型式試驗(yàn)來劃分逆變器質(zhì)量，并進(jìn)行其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類質(zhì)量評(píng)定。具體規(guī)定如下：

Ⅰ級(jí)：逆變器性能達(dá)基本使用要求；

Ⅱ級(jí)：逆變器應(yīng)通過所有測(cè)試要求（諧波只考核50%額定功率以上，可以不考核MPPT性能）；

Ⅲa級(jí)：逆變器應(yīng)通過所有測(cè)試要求，且逆變器轉(zhuǎn)換效率需達(dá)到：不帶隔離變壓器不低于96.5%，帶隔離變壓器的不低于94.5%，測(cè)量靜態(tài)MPPT效率，動(dòng)態(tài)MPPT效率；且三相電壓不平衡度負(fù)序電壓不平衡度允許一般不超過1.3%，短時(shí)不超過2.6%；樣品諧波需在30%額定功率以上均滿足要求。

Ⅲb級(jí)：滿足Ⅲa級(jí)評(píng)定要求外，增加逆變器在非正常條件下（如高原等，詳見6.2節(jié)）檢驗(yàn)評(píng)定。

檢測(cè)項(xiàng)目方面：按照設(shè)備安全檢查、基本功能、性能指標(biāo)、保護(hù)、EMC分類、環(huán)境類共6大檢測(cè)類型歸納了61項(xiàng)測(cè)試項(xiàng)目，其中出廠試驗(yàn)包括外觀及結(jié)構(gòu)檢查、保護(hù)連接、固體絕緣的工頻耐受電壓、額定輸入/輸出、自動(dòng)開關(guān)機(jī)、軟啟動(dòng)、恢復(fù)并網(wǎng)、通信功能驗(yàn)證、防雷、噪聲、光伏方陣絕緣阻抗檢測(cè)試驗(yàn)、光伏方陣殘余電流檢測(cè)試驗(yàn)、轉(zhuǎn)換效率、諧波和波形畸變、過/欠電壓保護(hù)、過/欠頻保護(hù)、防孤島效應(yīng)保護(hù)共17項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目。具體分布如表1所示。

表1

3　結(jié)構(gòu)和性能要求及試驗(yàn)方法的解讀

本章內(nèi)容按照檢測(cè)項(xiàng)目分類為主介紹安全檢查、電性能指標(biāo)方面的有關(guān)內(nèi)容。上述兩個(gè)方面也是本標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容，其采標(biāo)情況如表2所示。

表2

3.1安全檢查

產(chǎn)品的安全性是指產(chǎn)品在使用過程中保證安全的程度。關(guān)注安全的目的是為了避免由于下列各種危險(xiǎn)所造成的人身傷害或財(cái)產(chǎn)損失。

（1）電擊防護(hù)及試驗(yàn)

產(chǎn)品的觸電事故大都可以分為直接觸電事故和間接觸電事故。直接觸電事故是指人體觸及正常運(yùn)行的設(shè)備或線路的帶電體造成的觸電事故；間接觸電事故是指人體觸及正常情況下不帶電，而故障時(shí)意外帶電的導(dǎo)體而造成的觸電事故，在這種情況下，若觸摸到電器的非帶電部件也會(huì)發(fā)生觸電事故。

具體措施方面，直接接觸保護(hù)一般可采用絕緣、防護(hù)罩、圍欄、安全距離等措施；間接接觸保護(hù)一般可采用保護(hù)接地（接零）、保護(hù)切斷、漏電保護(hù)器等措施。

針對(duì)絕緣驗(yàn)證方面，主要包括電氣間隙和爬電距離、沖擊耐壓、工頻耐壓、局部放電、環(huán)境試驗(yàn)和短路試驗(yàn)后的耐壓情況等。

（2）防火要求及試驗(yàn)

本標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了光伏逆變器不同零部件的防火要求，除金屬、陶瓷材料、玻璃以及已明確安全等級(jí)材料外，均需進(jìn)行防火試驗(yàn)，見表3。

表3

（3）機(jī)械危險(xiǎn)及試驗(yàn)

逆變器可能出現(xiàn)的機(jī)械危險(xiǎn)：尖銳的棱緣和拐角劃傷人的皮膚；可能潛在地引起危害的運(yùn)動(dòng)零部件彈出傷人；設(shè)備的不穩(wěn)定而砸傷人；爆裂產(chǎn)生的碎片傷人等。

防機(jī)械危險(xiǎn)試驗(yàn)包括穩(wěn)定性試驗(yàn)、搬運(yùn)要求以及接線端子等試驗(yàn)項(xiàng)目。其中穩(wěn)定性試驗(yàn)規(guī)定：對(duì)于落地式逆變器，從正常垂直位置向各個(gè)方向傾斜10°；用800N的向下作用力施加在能產(chǎn)生最大力矩的以下位置：所有水平工作面；明顯突出且距離地面小于1m的其他表面。試驗(yàn)期間，逆變器不應(yīng)失去平衡。接線端子試驗(yàn)方面，規(guī)定了機(jī)械強(qiáng)度、彎曲、拉出等方面的要求。

3.2電性能指標(biāo)

電性能是指產(chǎn)品為滿足使用目的所具備的技術(shù)特性，即產(chǎn)品在不同目的、不同條件下使用時(shí)，其技術(shù)特性的適合程度，對(duì)逆變器來說，我們將逆變器的電氣性能分為：基本功能、保護(hù)功能和電能質(zhì)量。

（1）基本功能

規(guī)定了包括基本輸入/輸出功能、軟啟動(dòng)、恢復(fù)并網(wǎng)、通訊功能、效率等方面項(xiàng)目。其中，效率分為最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）效率和轉(zhuǎn)換效率。最大功率點(diǎn)跟蹤效率是根據(jù)不同的輻照強(qiáng)度和組件溫度，保證從光伏方陣中得到最大的功率輸出；轉(zhuǎn)換效率是有效地將可利用的直流功率轉(zhuǎn)換為交流功率。其具體的測(cè)量方法在標(biāo)準(zhǔn)中引用了資料性附錄明確了計(jì)算方法

（2）保護(hù)功能

規(guī)定了包括過欠電壓保護(hù)、過欠頻保護(hù)、相序和極性誤接、短路保護(hù)、反放電保護(hù)、孤島保護(hù)、低電壓穿越、操作過電壓等項(xiàng)目。

其中孤島效應(yīng)是指電網(wǎng)失壓時(shí)，并網(wǎng)系統(tǒng)仍保持對(duì)失壓電網(wǎng)中的某一部分線路繼續(xù)供電的狀態(tài)，可能對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)設(shè)備及用戶端的設(shè)備造成不利的影響，比如：危害輸電線路維修人員的安全；影響配電系統(tǒng)上的保護(hù)開關(guān)的動(dòng)作程序等。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了若逆變器并入的電網(wǎng)供電中斷，逆變器應(yīng)在2s內(nèi)停止向電網(wǎng)供電，同時(shí)發(fā)出警示信號(hào)。同時(shí)，為了防止防孤島效應(yīng)與低電壓穿越在同一時(shí)間內(nèi)的操作沖突，標(biāo)準(zhǔn)按照10kV和35kV所滿足上述功能的單一性，即10kV及以下電壓等級(jí)配電網(wǎng)，應(yīng)具有防孤島效應(yīng)保護(hù)功能；35kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)，應(yīng)具備電網(wǎng)支撐能力。

（3）電能質(zhì)量

規(guī)定了包括諧波、直流分量、三相不平衡度、功率因數(shù)等項(xiàng)目。諧波方面規(guī)定了逆變器運(yùn)行時(shí)，注入電網(wǎng)的電流諧波總畸變率限值為5%，奇、偶次諧波電流含有率滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。三相不平衡度規(guī)定了引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許一般不超過1.3%，短時(shí)不超過2.6%。功率因數(shù)規(guī)定了當(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)應(yīng)不小于0.98（超前或滯后），輸出有功功率在20%～50%之間時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)不小于0.95（超前或滯后）。

4　建議

標(biāo)準(zhǔn)是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的依據(jù)，適用于逆變器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及檢驗(yàn)的全過程，標(biāo)準(zhǔn)的合理使用和貫徹有助于光伏逆變器產(chǎn)品的質(zhì)量提升。在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施過程中，也需要相關(guān)逆變器生產(chǎn)廠商關(guān)注以下幾點(diǎn)：

一是依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在現(xiàn)有企業(yè)工藝生產(chǎn)水平基礎(chǔ)上制定標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)工藝。各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)編制合理的符合企業(yè)生產(chǎn)能力的工藝文件來指導(dǎo)逆變器生產(chǎn)，一來可以保證生產(chǎn)出來的逆變器性能質(zhì)量的一致性，并且可以降低成本，提高生產(chǎn)效率。

二是制定合適的原材料標(biāo)準(zhǔn)，選好外購件及外協(xié)生產(chǎn)廠家。由于逆變器中使用的關(guān)鍵核心器件IGBT、電容、電感、開關(guān)等大多元器件均來自外購，多數(shù)企業(yè)采用組裝配套來形成新產(chǎn)品，因此所用外購件、外協(xié)件的質(zhì)量問題就顯得非常重要。對(duì)外購件、外協(xié)生產(chǎn)廠進(jìn)行必要的質(zhì)量能力保證調(diào)查，采用到貨進(jìn)行抽樣檢查等手段保證關(guān)鍵器件的質(zhì)量。

三是提高全員的質(zhì)量意識(shí)。對(duì)員工進(jìn)行質(zhì)量意識(shí)的培訓(xùn)，讓員工了解質(zhì)量的重要性。成立質(zhì)量監(jiān)督小組監(jiān)督產(chǎn)品生產(chǎn)、檢測(cè)等包括對(duì)來料的檢查。

此外，本標(biāo)準(zhǔn)在使用過程中，根據(jù)行業(yè)和市場(chǎng)反映，內(nèi)容尚未明確規(guī)定“產(chǎn)品類型”、“靜態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤效率”、“動(dòng)態(tài)最大功率點(diǎn)跟蹤效率”、“諧波和波形畸變”等方面，現(xiàn)階段光伏逆變器產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況，在一定程度上影響了該標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。建議下一步由標(biāo)準(zhǔn)化主管部門或標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織光伏制造企業(yè)、檢測(cè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)、光伏發(fā)電用戶等單位開展標(biāo)準(zhǔn)的修訂完善工作，進(jìn)一步鞏固標(biāo)準(zhǔn)在光伏逆變器技術(shù)創(chuàng)新和質(zhì)量提升的基礎(chǔ)作用。