国内外光伏发电并网逆变器标准综述

黄绍娜

（工业和信息化部电子第五研究所，广东　广州　510610）

国内外光伏发电并网逆变器标准综述

黄绍娜

（工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610）

光伏并网逆变器是光伏并网发电的关键部件，其标准关系到光伏并网发电的性能。概述了我国和国际上的主流光伏并网标准，并从标准的制定情况方面综述了国内外光伏发电并网逆变器标准。

光伏发电；并网；逆变器标准

0　引言

作为世界十大焦点问题之一，能源问题已随着世界人口的增长而日益突出。太阳能作为一种清洁的可再生能源，为解决能源危机提供了可能。在太阳能的各种利用形式中，光伏并网发电是一种有效地利用太阳能的形式，它能将太阳能转化为电能并输送到其他用电的地方。太阳能开发利用有其巨大的优势，例如：太阳能是取之不尽的可再生能源，可利用量巨大，太阳每秒辐射的能量大约是1.6× 1023kW，其中，到达地球的能量高达8×1013kW，相当于燃烧6×109t标准煤所产生的能量。按此标准计算，则一年内到达地球表面的太阳能总量相当于燃烧约1.892×1024t的标准煤所产生的能量，是目前世界主要能源探明储量的近万倍。由于纬度的不同、气候条件的差异造成了太阳能辐射的不均匀，但是，相对于其他能源来说，太阳能在地球上的绝大多数地区是普遍存在的，可就地取用。这就为常规能源缺乏的国家和地区解决能源问题提供了美好的前景。同时，太阳能像风能、潮汐能等洁净能源一样，在其开发利用的过程中几乎不产生任何污染，加之其储量的无限性，因而成为了人类理想的替代能源。

当前国际上对光伏发电的研究主要有2个方向：1）对光伏电池的研究；2）对低成本、高效率和高稳定性的光伏逆变器件，以及光伏建筑集成应用系统等设备的研究。在光伏并网发电系统中，光伏逆变器起着将光伏组件产生的直流电能逆变为交流电能的关键作用，是整个系统中的关键设备。许多企业和研究机构已经成功地推出了多种不同的高性能逆变器，并网光伏发电已经成为了光伏发电领域研究和发展的最新亮点。

1　光伏逆变器并网标准概述

随着光伏并网的快速发展，光伏并网逆变器作为并网发电的关键部件，其不仅需具有将直流逆变为交流的基本功能，还需符合安规标准、电磁兼容标准和并网标准的要求。安规和电磁兼容是一个地区或国家的基本准入要求，是一般电力设备都需满足的要求。光伏逆变器并网标准是较为特殊的要求，它针对的仅是发电输出到电网的设备，除了光伏发电设备外，其他发电设备 （例如：风力发电和潮汐发电设备等）也存在并网标准。对于光伏逆变器并网标准，有些国家根据自身情况制定，而有些国家则采用别国标准或国际机构的标准，所有存在的标准较繁杂，国际上没有统一的标准可以采用。目前，并网标准一般主要包括电能质量、并网保护功能、有功功率控制、无功功率控制和低电压穿越等方面的内容。电能质量是指逆变器输出电流的质量，包括电能谐波和并网点电压闪烁；并网保护功能是指在电网异常时，逆变器需要正确地检测到电网异常，并在规定的时间内从电网解列，从而在电网异常时保护发电系统不受损坏的功能；有功控制是指逆变器根据标准规定或电网公司巨大的指令来控制有功功率的输出以保证电网稳定，不被发电系统输出有功功率而影响；无功控制指逆变器根据标准规定或电网公司下的的指令来控制无功功率的输出，以使光伏发电系统参与到电网的无功调声，维持电网稳定；低电压穿越是指当电网电压跌落时，在一定的电压范围和时间内，逆变器需要保证不脱网，并根据标准正确地输出有功功率和无功功率，以支撑电网恢复稳定。

2　我国光伏逆变器并网标准概况

我国光伏发电起步于20世纪70年代，在 “送电到乡”工程和 “光明工程”先导项目等国家项目的引导下，以及 “金太阳”工程和 “太阳能屋顶计划”等优惠政策的推动下，光伏并网发电得以迅猛地发展。据国家能源局统计，2015年，我国新增光伏装机容量达17.6 GW，稳居世界第一位；美国新增光伏装机容量为8.2 GW，位居第二位；德国、日本等国的新增光伏装机容量却有所下降，中国继续领跑全球光伏应用市场。

在这一发展趋势和背景下，光伏并网逆变器的标准的制定和更新应势而生。2009年，北京鉴衡认证中心发布了CGC/GF 001：2009（CNCA/CTS 0004-2009）[1]作为金太阳认证标志的测试依据，其后2011年将其修订为CGC/GF 004：2011（CNCA/CTS 0004-2009A）[2]；国家能源局于2013年3月7日发布了能源行业标准NB/T 32004-2013[3]，这是我国光伏并网逆变器测试认证的最新标准，是进入中国市场的必备条件。这3个标准都包含了安规、电磁兼容和并网规则3个部分的内容。我国光伏并网逆变器的主要标准如表1所示。

表1　　我国光伏并网逆变器的主要标准

3　国外光伏逆变器并网标准概况

国外发达国家的光伏并网发电发展得较早，因此标准也相应地制定得比较早。经过多年的发展，光伏并网的规模越来越大，遇到的问题也层出不穷，因此，各个发展光伏并网发电的国家也在通过不断地更新相关标准来指引光伏逆变器的技术的发展方向。其中，欧洲主要以德国、意大利和英国等为代表，北美以美国为代表，此外澳大利亚的光伏并网发电也发展得也较早。这些国家分别制定了各自的国家和区域光伏并网标准，并在光伏并网发展过程中不断地修订标准。德国低压并网由VDEAR-N 4105[4]取代了VDE V 0126-1-1[5]，意大利低压并网由CEI 0-21[6]取代了电网公司ENEL制定的标准，英国标准G 83/1和G 59/1分别修订为G 83/2[7]和G 59/3[8]等。国际机构如国际电工技术委员会 （IEC：International Electrotechnical Commission）、欧洲电工标准化委员会 （CENELEC：European Electro Technical Standardization Committer）和电子与电气工程师协会 （IEEE：Institute of Electrical and Electronic engineers）等也制定了各自的标准。其中，IEC 62116已由2008年的第一版修订至2014年的第二版[9]，CENELEC制定的2007年版EN 50438更新到英国标准学会 （BSI：British Standards Institution）制定的2013年版[10]。没有制定自己的标准的国家一般均采用其他国家的标准或者国际机构制定的标准，国外光伏并网标准如表2所示。

表2中大部分标准并不是针对光伏并网逆变器的标准，而是针对并网到电网的发电系统的标准，发电形式除了太阳能以外，还可以是风能、热电和燃料电池等。可以看出，国外标准是对发电系统级提出要求，通过对系统并网的要求来规范光伏并网逆变器。除了德国的BDEW和TR3、意大利的CEI0-16是针对中压电网并网的标准外，其他均是规定并网到低压电网的要求的标准。可以看出，目前国际上以低压并网为主流，这是一种比较普及的并网方式，主要是因为欧美等国大力发展分布式光伏发电模式，较少发展大规模集中式发电模式。

4　结束语

光伏逆变器并网发电经过多年的发展，目前国际上已经存在较多的并网标准。随着并网规模的扩大和并网技术的更新，制定得较早的标准有了一定程度的修订和替代，标准本身也变得越来越复杂，总体上欧美发达国家并网标准引领标准的发展方向。但是，国际上并没有统一的并网标准，复杂多样的并网标准给光伏并网逆变器的研发和销售带来了一定的阻力，因此，制定被国际上认可的统一的并网标准仍需要各个光伏发电国家共同努力。

从目前国内外标准更新发展的趋势来看，未来光伏逆变器并网标准的发展方向为：对逆变器要求更加智能，逆变器将不再只作为单纯的发电设备，而是需要更多的通过自身程序的设定或远程电网公司的调度来参与到维护电网安全稳定中去。自身程序方面要求光伏逆变器具有的功能越来越多且越来越复杂；远程电网公司调度主要是光伏并网逆变器能将自身的状态及电网公司感兴趣的参数通过通信协议传输到电网公司在光伏电站的通信节点上，再通过节点传回电网公司，电网公司的调度命令也可以传到光伏电站的通信节点上，再下发到光伏逆变器，从而使得光伏发电系统更好地支撑电网系统的安全稳定。

[1]北京鉴衡认证中心.400 V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法：CGC/GF 001-2009[S].

[2]北京鉴衡认证中心.并网光伏发电专用逆变器技术条件：CGC/GF 004-2011[S].

[3]中国电器工业协会.光伏发电并网逆变器技术规范：NB/ T 32004-2013[S].北京：中国电力出版社，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　国外光伏并网标准

T-65

A

1672-5468（2016）04-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2016.04.001

2016-02-23

2016-06-21

黄绍娜 （1986-），女，山东菏泽人，工业和信息化部电子第五研究所标准与信息研究中心助理工程师，从事项目研究和产业经济研究工作。