家用光伏逆變器的cqc及ce認(rèn)證

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p><b>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</

2、p><p>　　作者簽名： </p><p><b>　　年 月 日</b></p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保障、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān)學(xué)位論文管理部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人

3、授權(quán)省級優(yōu)秀學(xué)士論文評選機(jī)構(gòu)將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　本學(xué)位論文屬于1、保密囗，在 年解密后適用本授權(quán)書</p><p><b>　　2、不保密囗 。</b></p><p>　?。ㄕ堅谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”）</p>&

4、lt;p>　　作者簽名： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會的進(jìn)步和科技的發(fā)展，當(dāng)今世界的主要能源石油資源已日趨枯竭，能源短缺問題已成為主要問題，尋找一種可替代的能源已迫在眉睫。太陽能作為一種

5、可再生清潔能源，以其取之不盡，用之不竭的優(yōu)點(diǎn)，在今后的日常生活中必將占據(jù)至關(guān)重要的地位。但是太陽能過于分散，為了更有效地利用太陽能，家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)必將得到廣泛使用，而逆變器作為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心配件將具有無可比擬的重要作用。歐盟和中國作為最主要的能源消耗地區(qū)，對家用太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)都有較為深刻的認(rèn)識，并且對光伏系列產(chǎn)品均有較為完善的認(rèn)證體系。中國以CQC認(rèn)證為主，而歐盟則以CE認(rèn)證為主，兩者作為世界上最主要的認(rèn)證體系，對

6、家用光伏逆變器的發(fā)展有著不可小覷的影響。因此，研究家用光伏逆變器的CQC及CE認(rèn)證顯得至關(guān)重要。</p><p>　　本文研究了國內(nèi)外逆變器的研究現(xiàn)狀以及CQC及CE認(rèn)證的要求，并著重研究了CQC及CE認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要求以及兩者的不同之處，同時也研究了光伏逆變器的孤島效應(yīng)產(chǎn)生、危害，以及孤島檢測的原理、盲區(qū)及方法。最后著重對雙向轉(zhuǎn)換電源進(jìn)行了EMC設(shè)計，主要是濾波設(shè)計使其符合CQC及CE認(rèn)證的要求，

7、其中包括了直流側(cè)濾波器、交流側(cè)濾波器以及EMI濾波器，并對它們的基本原理、種類等進(jìn)行了說明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏逆變器；CQC認(rèn)證; CE認(rèn)證；濾波</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of society and the progress of th

8、e science and technology, the world main oil energy resources has become increasingly depleted, energy shortage has become main problems, the urgent need to find an alternative source of energy.Solar energy as a clean an

9、d renewable energy, with its inexhaustible, inexhaustible advantages, in the daily life of the future is bound to occupy a very important position.But solar energy are too scattered, in order to make more effective use o

10、f sola</p><p>　　Is studied in this paper research status at home and abroad of the inverter and the requirements of CQC and CE certification, and focuses on the study of the CQC and CE certification of photo

11、voltaic grid connected inverter EMC requirements and differences of the two, at the same time, the islanding of photovoltaic inverter production, harm, and the principle of islanding detection, blind area and method.Fina

12、lly emphatically the bi-directional switching power supply were EMC design, mainly is fil</p><p>　　Key Words：Photovoltaic inverter；CQC certification；CE certification；Wave filtering</p><p><b&

13、gt;　　目錄</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1背景和意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外光伏逆變器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 逆變器的分類2</p><p>　　1.2.2 逆變器的發(fā)展2<

14、/p><p>　　1.2.3 國內(nèi)外逆變器的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3本文的研究內(nèi)容3</p><p>　　第二章 光伏逆變器的CQC及CE認(rèn)證4</p><p>　　2.1 認(rèn)證的重要性4</p><p>　　2.2 光伏逆變器的CQC認(rèn)證4</p><p>　　2.2.1

15、認(rèn)證模式4</p><p>　　2.2.2 對逆變器電性能的要求4</p><p>　　2.2.3 設(shè)備要求5</p><p>　　2.3 光伏逆變器的CE認(rèn)證6</p><p>　　2.3.1 低電壓指令6</p><p>　　2.3.2 電磁兼容指令6</p><p>　　2.3

16、.3 認(rèn)證模式6</p><p>　　2.3.4 CE認(rèn)證流程7</p><p>　　第三章 CQC及CE認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要求9</p><p>　　3.1 CE認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要求9</p><p>　　3.2 CQC認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要求11</p><p>　　3.3

17、CE 認(rèn)證與CQC認(rèn)證 EMC 要求的差異13</p><p>　　第四章 光伏逆變器的孤島效應(yīng)14</p><p>　　4.1 孤島效應(yīng)的產(chǎn)生及其危害14</p><p>　　4.2 孤島檢測原理15</p><p>　　4.3 孤島檢測盲區(qū)17</p><p>　　4.4 孤島效應(yīng)檢測方法18</

18、p><p>　　4.4.1 被動式孤島檢測與保護(hù)18</p><p>　　4.4.2 主動式孤島檢測與保護(hù)20</p><p>　　4.4.3 電網(wǎng)側(cè)反孤島檢測法26</p><p>　　第五章 雙向轉(zhuǎn)換電源的EMC設(shè)計28</p><p>　　5.1 直流側(cè)濾波器28</p><p>　

19、　5.1.1 直流側(cè)濾波器的分類和比較28</p><p>　　5.1.2 全橋逆變器型濾波器設(shè)計28</p><p>　　5.2 交流側(cè)濾波器30</p><p>　　5.2.1并網(wǎng)濾波器分類和比較31</p><p>　　5.2.2 SPWM逆變電路輸出諧波分析31</p><p>　　5.2.3 L

20、CL型濾波器的設(shè)計32</p><p>　　5.3 EMI濾波器36</p><p>　　5.3.1 電磁兼容36</p><p>　　5.3.2 電磁干擾37</p><p>　　5.3.3 參數(shù)設(shè)定38</p><p>　　5.3.4 EMI濾波器設(shè)計40</p><p>　　5

21、.3.5 EMI濾波器參數(shù)的確定41</p><p>　　5.3.6 EMI濾波器仿真42</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)45</b></p><p><b>　　致謝49</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p

22、>　　能源問題是人類面臨的最嚴(yán)峻的問題之一。隨著人類不斷的開釆，傳統(tǒng)能源如化石能源均已趨于枯竭,新能源的開發(fā)和利用已迫在眉睫。太陽能作為一種清潔無污染、安全可靠、儲量可觀的綠色能源,具有非常重要的應(yīng)用價值。隨著人類對太陽能資源的愈發(fā)重視，太陽能發(fā)電技術(shù)得到了前所未有的快速發(fā)展，由此進(jìn)一步促進(jìn)了與其配套的光伏認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展。</p><p><b>　　1.1背景和意義</b></

23、p><p>　　能源短缺將是人類本世紀(jì)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。為了解決這個嚴(yán)重的問題，人們將目光投向了具有清潔和儲能豐富等優(yōu)點(diǎn)的可再生綠色能源[1-3]，但與常規(guī)能源相比，它具有成本高、能量不可控等缺點(diǎn)[4,5]。隨著化石能源的逐漸枯竭，可再生綠色能源將在以后的生產(chǎn)生活中扮演更重要的角色，而與其他可再生綠色能源相比，太陽能具有取之不盡、用之不竭的獨(dú)特優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，到2035年全球能源消費(fèi)將增加41%，可再生能源特別是太陽

24、能將在其中扮演更重要的角色[6]，到 2040 年，太陽能將成為所有可再生能源之中對電力產(chǎn)業(yè)影響最大的能源[7]。</p><p>　　從當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r看，與風(fēng)電、水電相比太陽能光伏發(fā)電發(fā)展規(guī)模較小，但增長速度最快，發(fā)展前景可觀。隨著硅片加工技術(shù)的成熟和完善，制造成本的降低，光伏轉(zhuǎn)換技術(shù)的不斷進(jìn)步，太陽能光伏發(fā)電正逐步完成從補(bǔ)充能源到替代能源的角色轉(zhuǎn)換。光伏發(fā)電系統(tǒng)大致可以分為離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

25、[8，9]。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)主要用于不方便架設(shè)電網(wǎng)的相對偏遠(yuǎn)地區(qū)，如相對偏遠(yuǎn)地區(qū)的村級電站、山區(qū)供電系統(tǒng)、戶用電源系統(tǒng)和太陽能路燈等。離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)最主要特點(diǎn)是帶有蓄電池，當(dāng)發(fā)出來的電能大于用戶正在使用的電能時，蓄電池將充電儲能；當(dāng)發(fā)出來的電能小于用戶正在使用的電能時，蓄電池將向負(fù)載提供能量，這就不可避免要涉及到儲能容量的問題。儲能容量有限是離網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)最主要的缺點(diǎn)之一[10]，而且蓄電池的高成本也是其一大劣勢，同時它的另外

26、一個缺點(diǎn)是由于儲能容量不足而當(dāng)發(fā)電量高于用電量時必須放棄額外的能量從而將導(dǎo)致巨大的能量損失。</p><p>　　并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否安裝蓄電池可以分為可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)?？烧{(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)具有調(diào)度性，可以根據(jù)實(shí)際需要并入或退出電網(wǎng)，并且由于帶有蓄電池，當(dāng)電網(wǎng)突然掉電時，可調(diào)度式并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)還可以作為輔助電源，而不可調(diào)度式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)則不具有這些功能?？烧{(diào)度式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

27、一般應(yīng)用于小型的光伏電站，而不可調(diào)度式一般應(yīng)用于大型發(fā)電系統(tǒng)，如荒漠光伏電站等。當(dāng)前，太陽能正在逐步從補(bǔ)充能源向替代能源過渡，而并網(wǎng)式發(fā)電系統(tǒng)是完成這一過渡的必要條件，唯有如此，光伏發(fā)電才能以替代能源的角色進(jìn)軍電力市場。</p><p>　　與諸如化石能源、核能、水力，風(fēng)力等相對傳統(tǒng)的能源相比，成本相對較高是光伏發(fā)電的劣勢之一。過去，整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的主要支出是太陽能模塊的成本?，F(xiàn)在隨著光伏電池生產(chǎn)力的大幅提高，

28、光伏組件的價格也日益降低。據(jù)統(tǒng)計，太陽能光伏組件的價格已從1978年的78美元/瓦下降到2010年的2美元/瓦以下[11]。因此，并網(wǎng)逆變器作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)核心功率變換部件，其成本越來越受到人們的關(guān)注[12,13]。正因為如此，人們正不斷地尋求成本更低的、更具有創(chuàng)新意義及實(shí)用意義的逆變器設(shè)計方案。在現(xiàn)代逆變技術(shù)的強(qiáng)有力的技術(shù)及理論支持下，并網(wǎng)逆變器正朝著高效、高可靠性、高功率密度的方向發(fā)展。并網(wǎng)逆變器性能的不斷優(yōu)化對于系統(tǒng)效率的提高、可

29、靠性的增強(qiáng)，乃至系統(tǒng)的壽命的延長、成本進(jìn)一步降低顯得至關(guān)重要。隨著光伏逆變器市場的進(jìn)一步擴(kuò)大，光伏逆變器的認(rèn)證顯得尤為重要。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外光伏逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1 逆變器的分類</p><p>　　通常,把將交流電變換成直流電的過程稱為整流,把完成整流功能的電路稱為整流電路,把實(shí)現(xiàn)整流過程的裝置稱為整流設(shè)備或整流器。

30、與之相對應(yīng),把將直流電變換成交流電的過程稱為逆變,把完成逆變功能的電路稱為逆變電路,把實(shí)現(xiàn)逆變過程的裝置稱為逆變設(shè)備或逆變器[14]。</p><p>　　光伏并網(wǎng)逆變器可以根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、隔離方式、輸出相數(shù)、功率等級、功率流向等進(jìn)行分類。按隔離方式光伏逆變器可分為:</p><p>　?。?）獨(dú)立光伏系統(tǒng)逆變器:僅應(yīng)用于農(nóng)村電氣化、用戶電源、光伏產(chǎn)品等太陽能戶用電源系統(tǒng)[15]，通信信號電

31、源,陰極保護(hù),太陽能路燈等帶有蓄電池的獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)。</p><p>　?。?）并網(wǎng)光伏系統(tǒng)逆變器:并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是與電網(wǎng)相連并向電網(wǎng)輸送電力的光伏發(fā)電系統(tǒng)。光伏組件將吸收的太陽福射能量轉(zhuǎn)換后變成高壓直流電,經(jīng)過逆變器逆變后轉(zhuǎn)換為交流電,再向電網(wǎng)輸出同頻、同相正弦交流電流[16]。</p><p>　　光伏并網(wǎng)逆變器發(fā)展至今,最為成熟的屬于中等功率的并網(wǎng)逆變器,目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化批量生產(chǎn),技

32、術(shù)相對成熟,光伏并網(wǎng)逆變器未來的發(fā)展方向?qū)⑹切」β饰⒛孀兤饕布垂夥K集成逆變器和大功率并網(wǎng)逆變器兩個方向并行。微逆變器在光伏建筑集成發(fā)電系統(tǒng)、城市居民發(fā)電系統(tǒng)、中小規(guī)模光伏電站有其獨(dú)特的優(yōu)勢,大功率光伏并網(wǎng)逆變器在大規(guī)模光伏電站,如沙漠光伏電站等系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。其中，家用光伏逆變器以微逆變器為主。</p><p>　　1.2.2 逆變器的發(fā)展</p><p>　　逆變器的發(fā)展始終與功率

33、器件及其控制技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān),其發(fā)展至今經(jīng)歷了五個階段[15]。</p><p>　　第一階段:20世紀(jì)50-60年代,晶閘管SCR的誕生為正弦波逆變器的發(fā)展創(chuàng)造了條件;</p><p>　　第二階段:20世紀(jì)70年代,可關(guān)斷晶閘管GTO及雙極型晶體管BJT的問世,使得逆變技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用;</p><p>　　第三階段:20世紀(jì)80年代,功率場效應(yīng)管、絕緣柵型

34、晶體管、MOS控制晶閘管等功率器件的誕生為逆變器向大容量方向發(fā)展奠定了基礎(chǔ);</p><p>　　第四階段:20世紀(jì)90年代,微電子技術(shù)的發(fā)展使新近的控制技術(shù)如矢量控制技術(shù)、多電平變換技術(shù)、重復(fù)控制、模糊控制等技術(shù)在逆變領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用,極大的促進(jìn)了逆變器技術(shù)的發(fā)展;</p><p>　　第五階段:21世紀(jì)初,逆變技術(shù)的發(fā)展隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和現(xiàn)代控制理論的進(jìn)步不斷改進(jìn),逆變

35、技術(shù)正朝著高頻化、高效率、高功率密度、高可靠性、智能化的方向發(fā)展[17]。</p><p>　　1.2.3 國內(nèi)外逆變器的研究現(xiàn)狀</p><p>　　目前,新能源的使用契合了社會各界倡導(dǎo)的低碳節(jié)能的強(qiáng)烈要求。日本福島核泄露事件,不僅引發(fā)了人們對核能安全的擔(dān)憂，而且給整個光伏行業(yè)帶來了重要的啟示。在這樣的背景下,發(fā)展新能源的重要性不言而喻，風(fēng)能和太陽能作為最主要的新能源,未來必將有極大的突

36、破,從而推動逆變器的快速發(fā)展，這也必將進(jìn)一步促進(jìn)了逆變器認(rèn)證技術(shù)的發(fā)展和完善。</p><p>　　過去的幾年,隨著西班牙、德國、美國、日本等發(fā)達(dá)國家對本國光伏產(chǎn)業(yè)的扶持政策的實(shí)行,全球光伏逆變器的銷售額正逐年增加,光伏逆變器進(jìn)入了一個前所未有的快速發(fā)展階段。但是，目前全球的光伏逆變器市場基本被幾大國際巨頭瓜分,歐洲作為全球光伏產(chǎn)業(yè)的先驅(qū),已經(jīng)具備了較為完善的光伏產(chǎn)業(yè)鏈,它的光伏逆變器的相關(guān)技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平[

37、18]。同時，歐洲也是全球光伏產(chǎn)品認(rèn)證最為完善的地區(qū)之一，其主要的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)有：IEC 62109、IEC 62116、IEC61727、EN 61000-6-1/2/3/4、EN50178、IEC 62103、VDE0126-1-1等[19]。</p><p>　　目前國內(nèi)的光伏逆變器市場規(guī)模相對較小,但生產(chǎn)逆變器的廠商眾多,然而專門用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器制造商并不多。此外，由于不少的國內(nèi)企業(yè)對逆變器已經(jīng)研究了

38、多年,因此己經(jīng)具備了相應(yīng)的規(guī)模和實(shí)力,但其逆變器在技術(shù)質(zhì)量、規(guī)模上與國外企業(yè)仍具有較大差距。正因為如此，我國光伏逆變器的認(rèn)證技術(shù)與國外也有不小的差距，但我國光伏并網(wǎng)逆變器認(rèn)證采用的標(biāo)準(zhǔn)水平與國際水平相當(dāng)，除等同采用IEC標(biāo)準(zhǔn)外，還結(jié)合國情自行起草了國標(biāo)、行標(biāo)或企標(biāo)，如GB/T 19939-2005、CNCA/CTS0004：2009《400V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》和林洋公司的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/320681NDB10

39、－2008《光伏發(fā)電與電能質(zhì)量控制一體化并網(wǎng)逆變裝置》等，但是我國的光伏逆變器標(biāo)準(zhǔn)體系并不健全，光伏逆變器產(chǎn)品認(rèn)證缺少相應(yīng)的技術(shù)依據(jù)，這不僅影響了我國光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品質(zhì)量的評價和技術(shù)的提升，而且不利于我國光伏并網(wǎng)逆變器行業(yè)的健康發(fā)展[19]。</p><p>　　然而，雖然我國光伏逆變器市場規(guī)模較小,但未來光伏電站市場的巨大發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿o國內(nèi)企業(yè)帶來了發(fā)展的歷史機(jī)遇。國外企業(yè)大多數(shù)是通過代理渠道進(jìn)入國內(nèi)市

40、場,導(dǎo)致其售后服務(wù)提供難度增大，市場整體占有率不高。從技術(shù)方面來看,國內(nèi)企業(yè)在結(jié)構(gòu)工藝、智能化程度、轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定性等方面與國外先進(jìn)水平仍有不小的差距。在光伏逆變器的認(rèn)證方面，國內(nèi)的認(rèn)證在技術(shù)完整性以及認(rèn)證機(jī)構(gòu)的完備性方面仍有較大的差距。</p><p>　　1.3本文的研究內(nèi)容</p><p>　　首先對光伏逆變器的CQC及CE認(rèn)證做了較為詳細(xì)的闡述，詳細(xì)介紹了它的認(rèn)證流程以及需要檢測的

41、項目，并對CQC和CE認(rèn)證對家用光伏逆變器的EMC要求做了較為詳細(xì)的闡述和比較說明，同時對兩者的差異也做了簡述。本文也對光伏逆變器的孤島效應(yīng)的產(chǎn)生、危害、檢測原理、檢測盲區(qū)以及檢測方法等做了較為詳細(xì)的說明，同時對6kw功率48VDC/220VAC雙向轉(zhuǎn)換電源進(jìn)行CQC及CE認(rèn)證研究，并且分別查找到了CQC認(rèn)證及CE認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)文件，并對現(xiàn)有的48VDC/220VAC雙向轉(zhuǎn)換電源進(jìn)行EMC設(shè)計，主要是濾波設(shè)計，使產(chǎn)品基本符合CQC及CE標(biāo)準(zhǔn)

42、認(rèn)證要求。</p><p>　　第二章光伏逆變器的CQC及CE認(rèn)證</p><p>　　2.1 認(rèn)證的重要性</p><p>　　中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展很迅速，已成為繼歐洲和日本之后的世界第三大光伏產(chǎn)品生產(chǎn)國。中國政府對光伏發(fā)電的發(fā)展也非常重視，近幾年，國家發(fā)改委實(shí)施了“光明工程”、“送電到鄉(xiāng)”等工程項目，各級地方政府也陸續(xù)啟動了光伏照明項目用以支持我國光伏產(chǎn)品的推廣。與

43、此同時，偏遠(yuǎn)地區(qū)的消費(fèi)者也逐步認(rèn)可了光伏產(chǎn)品，越來越多的居民開始使用家用太陽能電源等產(chǎn)品?？梢哉f，在各方的努力和支持下，中國的光伏應(yīng)用市場發(fā)展的極為迅速。</p><p>　　但是，在光伏產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的背后，劣質(zhì)光伏產(chǎn)品的肆意橫行成為行業(yè)發(fā)展的重大隱患。隨處可見許多不具備條件的光伏企業(yè)借此機(jī)會，在消費(fèi)者尚不具備辨別產(chǎn)品優(yōu)劣的情況下，依靠虛假宣傳、低廉的價格，用劣質(zhì)的光伏組件與正規(guī)的生產(chǎn)企業(yè)競爭，嚴(yán)重破壞了市場秩序

44、，損害了消費(fèi)者的利益，光伏行業(yè)的形象也因此遭受了嚴(yán)重的打擊，長此以往，必將影響整個行業(yè)的健康發(fā)展。與國內(nèi)形成鮮明對比的是，國外的光伏認(rèn)證體系現(xiàn)已經(jīng)發(fā)展成熟，認(rèn)證結(jié)果被廣泛的采納，我國的光伏企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品銷售到國外首先需要獲得相應(yīng)的認(rèn)證資質(zhì)，否則產(chǎn)品將很難被客戶接受。這樣，不僅加重了我國企業(yè)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，而且還可能因為認(rèn)證的周期過長的原因，使企業(yè)錯失商機(jī)，嚴(yán)重影響未來發(fā)展。</p><p>　　因此，建立一套適合我國

45、國情的、科學(xué)合理的光伏產(chǎn)品認(rèn)證體系，同時適時采用國外相對成熟的認(rèn)證體系，對規(guī)范市場和保證太陽能光伏產(chǎn)業(yè)健康有序的發(fā)展，打破國際技術(shù)性貿(mào)易壁壘，將起到至關(guān)重要的作用[20]。</p><p>　　2.2 光伏逆變器的CQC認(rèn)證</p><p>　　2.2.1 認(rèn)證模式</p><p>　　光伏并網(wǎng)逆變器的認(rèn)證模式為：產(chǎn)品型式試驗+初次工廠檢查+獲證后監(jiān)督[21]。&l

46、t;/p><p>　　認(rèn)證的基本環(huán)節(jié)包括：</p><p><b>　　a.認(rèn)證的申請</b></p><p><b>　　b.產(chǎn)品型式試驗</b></p><p><b>　　c.初始工廠檢查</b></p><p>　　d.認(rèn)證結(jié)果評價和批準(zhǔn)</p

47、><p><b>　　e.獲證后的監(jiān)督</b></p><p>　　2.2.2 對逆變器電性能的要求</p><p>　　CNCA/CTS 0004 － 2009A《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器認(rèn)證技術(shù)條件》對逆變器的電性能規(guī)定如下[22-26]:</p><p>　　1) 轉(zhuǎn)換效率。無變壓器型逆變器最大轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于96%，含

48、變壓器型逆變器最大轉(zhuǎn)換效率應(yīng)不低于94%。</p><p>　　2) 并網(wǎng)電流諧波。輸出電壓波形畸變率及各次諧波滿足國標(biāo)GB /T14549 － 1993《電能質(zhì)量－ 公用電網(wǎng)諧波》的要求; 逆變器額定功率運(yùn)行時，注入電網(wǎng)的電流諧波總畸變率限值為5%。</p><p>　　3) 功率因數(shù)。當(dāng)逆變器輸出有功功率大于其額定功率的50%時，功率因數(shù)不小于0. 98( 超前或滯后) ; 輸出有功功

49、率在20% ～ 50%時，功率因數(shù)不小于0. 95( 超前或滯后) 。</p><p>　　4) 電網(wǎng)電壓響應(yīng)。逆變器對異常電壓的反應(yīng)時間應(yīng)滿足表2.1 的要求，在電網(wǎng)電壓恢復(fù)到允許的電壓范圍時逆變器應(yīng)能正常啟動運(yùn)行。</p><p>　　表2.1 逆變器對異常電壓的反應(yīng)</p><p>　　5) 電網(wǎng)頻率響應(yīng)。電網(wǎng)頻率在額定頻率變化時，逆變器的工作狀態(tài)應(yīng)滿足表2.

50、2 的要求</p><p>　　表2.2 電網(wǎng)頻率響應(yīng)</p><p>　　6) 電壓不平衡度。輸出電壓三相不平衡度滿足國標(biāo)GB /T15543 － 2008《電能質(zhì)量－ 三相電壓允許不平衡度》的要求。</p><p>　　7) 直流分量。并網(wǎng)運(yùn)行時，光伏逆變器向電網(wǎng)饋送的直流電流不應(yīng)大于逆變器輸出電流額定值的0. 5%。</p><p>　

51、　8) 防孤島效應(yīng)。逆變器應(yīng)具有孤島防護(hù)功能，并在電網(wǎng)失壓時能在規(guī)定的時間內(nèi)與電網(wǎng)斷開。 </p><p>　　2.2.3 設(shè)備要求</p><p>　　進(jìn)行光伏并網(wǎng)逆變器認(rèn)證時，需要有一定的設(shè)備條件。為滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測試項目要求，測試機(jī)構(gòu)需具備專業(yè)的儀器設(shè)備，如電能質(zhì)量分析儀、模擬交流電網(wǎng)、防孤島效應(yīng)檢測設(shè)備、低電壓穿越檢測設(shè)備、接觸電流測試儀、絕緣電阻測試儀、直流穩(wěn)壓電源、高低溫交變濕

52、熱試驗箱、溫升測試設(shè)備等。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，逆變器的制造單位最好也具備以上測試儀器，以便能隨時了解樣機(jī)的性能指標(biāo)。檢測機(jī)構(gòu)也可以利用逆變器制造單位的測試儀器對樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場測試或目擊測試等[27]。</p><p>　　2.3 光伏逆變器的CE認(rèn)證</p><p>　　為了爭取順利進(jìn)入德國和意大利等歐盟主要光伏市場，國內(nèi)光伏產(chǎn)品制造商必須通過歐盟的CE認(rèn)證。光伏產(chǎn)品所涉及的新方法指令主要有低

53、電壓指令和電磁兼容指令，需依據(jù)OJEU協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試以證明其符合相關(guān)指令要求，并取得CE認(rèn)證[28]。</p><p>　　2.3.1 低電壓指令</p><p>　　低電壓電氣指令2006/95/EC覆蓋了所有標(biāo)稱供電交流電壓為50～1000V和所有標(biāo)稱直流電壓為75～1 500V的電氣產(chǎn)品，其目標(biāo)是確保電氣設(shè)備綜合安全、設(shè)計和結(jié)構(gòu)安全以及信息安全。協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)是由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織所制定并在

54、歐盟官方公告上公布的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲標(biāo)準(zhǔn)中具有法律效力的技術(shù)規(guī)范，但又保持著自愿采用的地位。光伏產(chǎn)品LVD指令的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)參見表2.3。</p><p>　　表2.3 低電壓指令下光伏產(chǎn)品的協(xié)調(diào)標(biāo)注</p><p>　　2.3.2 電磁兼容指令</p><p>　　電磁兼容指令(2004/l08/EC)包含了電磁干擾(EMI)和抗干擾(EMS)兩方面。鑒于目前歐盟對于

55、光伏產(chǎn)品并沒有頒布相應(yīng)的電磁兼容專有標(biāo)準(zhǔn)，而只能采用通用標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　目前，OJEU中提到的應(yīng)用于PV逆變器的通用標(biāo)準(zhǔn)如表3.4所示。輕工業(yè)通標(biāo)偏重于產(chǎn)品對外界的輻射限定，在電磁波發(fā)射方面限500 kw、250 kW產(chǎn)品一般使用環(huán)境為重工業(yè)環(huán)境，應(yīng)采用重工業(yè)通標(biāo)；20 kw、5 kw等小功率產(chǎn)品一般使用環(huán)境為商業(yè)或者輕工業(yè)環(huán)境，則應(yīng)當(dāng)采用輕工業(yè)通標(biāo)。</p><p>　　表3

56、.4 電磁兼容指令下光伏產(chǎn)品的協(xié)調(diào)標(biāo)注</p><p>　　2.3.3 認(rèn)證模式</p><p>　　CE認(rèn)證的合格評定可細(xì)分為 8 種基本模式, 即生產(chǎn)內(nèi)部控制、EEC 型式檢驗、符合型式要求、生產(chǎn)質(zhì)量保證、產(chǎn)品質(zhì)量保證、產(chǎn)品驗證、單件驗證及正式質(zhì)量保證。這些不同的模式結(jié)合在一起可形成一個完整的程序。每個新方法指令中都規(guī)定了適用的合格評定程序的范圍和內(nèi)容。通常情況下, 合格評定程序在設(shè)計

57、和生產(chǎn)階段發(fā)揮作用, 有的模式只涉及生產(chǎn)階段, 有的模式涉及到設(shè)計階段和生產(chǎn)階段, 其目的就是要求制造商采取一切必要的措施保證其產(chǎn)品合格。產(chǎn)品符合協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)或經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮细裨u定程序, 即可加貼“CE”標(biāo)志[29]。</p><p>　　( 一) 工廠自我控制和認(rèn)證。</p><p>　　Module A( 內(nèi)部生產(chǎn)控制) :</p><p>　　1. 用于簡單的、大批

58、量的、無危害產(chǎn)品, 僅適用應(yīng)用歐洲標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的廠家。</p><p>　　2. 工廠自我進(jìn)行合格評審, 自我聲明。</p><p>　　3. 技術(shù)文件提交國家機(jī)構(gòu)保存 10年, 在此基礎(chǔ)上, 可用評審和檢查來確定產(chǎn)品是否符合指令, 生產(chǎn)者甚至要提供產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和組裝過程供檢查。</p><p>　　4. 不需要聲明其生產(chǎn)過程能始終保證產(chǎn)品符合要求。</p&g

59、t;<p><b>　　Module A:</b></p><p>　　1. 廠家未按歐洲標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。</p><p>　　2. 測試機(jī)構(gòu)對產(chǎn)品的特殊零部件作隨機(jī)測試。</p><p>　　( 二) 由測試機(jī)構(gòu)進(jìn)行評審。</p><p>　　Module B( EC 型式評審) :</p>&l

60、t;p>　　工廠送樣品和技術(shù)文件到它選擇的測試機(jī)構(gòu)供評審, 測試機(jī)構(gòu)出具證書。</p><p>　　注: 僅有 B 不足于構(gòu)成 CE 的使用。</p><p>　　Module C( 與型式[樣品]一致) +B:</p><p>　　工廠作一致性聲明( 與通過認(rèn)證的型式一致) , 聲明保存 10 年。</p><p>　　Module

61、D( 生產(chǎn)過程質(zhì)量控制) +B:</p><p>　　本模式關(guān)注生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)品控制, 工廠按照測試機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的方法( 質(zhì)量體系, EN29003) 進(jìn)行生產(chǎn), 在此基礎(chǔ)上聲明其產(chǎn)品與認(rèn)證型式一致( 一致性聲明) 。</p><p>　　Module E( 產(chǎn)品質(zhì)量控制) +B:</p><p>　　本 模 式 僅 關(guān) 注 最 終 產(chǎn) 品 控 制( EN29003)

62、 , 其余同 Module D。</p><p>　　Module F( 產(chǎn)品測試) +B:</p><p>　　工廠保證其生產(chǎn)過程能確保產(chǎn)品滿足要求后, 作一致性聲明。認(rèn)可的測試機(jī)構(gòu)通過全檢或抽樣檢查來驗證其產(chǎn)品的符合性。 測試機(jī)構(gòu)頒發(fā)證書。</p><p>　　Module G( 逐個測試) :</p><p>　　工廠聲明符合指令要求,

63、 并向測試機(jī)構(gòu)提交產(chǎn)品技術(shù)參數(shù), 測試機(jī)構(gòu)逐個檢查產(chǎn)品后頒發(fā)證書</p><p>　　Module H( 綜合質(zhì)量控制) :</p><p>　　本模式關(guān)注設(shè)計、生產(chǎn)過程和最終產(chǎn)品控制( EN29001) 。其余同 Module D+Module E。 其中, 模式 F+B, 模式 G 適用于危險度特別高的產(chǎn)品。</p><p>　　2.3.4 CE認(rèn)證流程<

64、/p><p>　　制造廠商透過在產(chǎn)品貼上 CE 標(biāo)志的方式, 標(biāo)明此項產(chǎn)品完全符合歐盟指令的相關(guān)規(guī)定。如果規(guī)定允許,CE 標(biāo)志也可標(biāo)示在包裝或隨附文件上。CE 標(biāo)志幷非測試標(biāo)志, 只是標(biāo)明此制造廠商宣示其產(chǎn)品符合所有相關(guān)的法規(guī)，CE認(rèn)證流程如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 CE認(rèn)證流程圖</p><p>　　第三章CQC及CE認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要

65、求</p><p>　　目前，光伏并網(wǎng)逆變器的設(shè)備認(rèn)證實(shí)施規(guī)則已經(jīng)制定完成，有關(guān)的檢測機(jī)構(gòu)已經(jīng)具備了相應(yīng)的測試能力，認(rèn)證工作已經(jīng)全面開始。并網(wǎng)光伏逆變器設(shè)備認(rèn)證得到我國和部分國家光伏行業(yè)認(rèn)同。而歐盟對并網(wǎng)光伏逆變器設(shè)備認(rèn)證中的 EMC 要求目前還沒有單獨(dú)的規(guī)范，因此現(xiàn)在出口到歐盟的光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)備依據(jù)的檢測標(biāo)準(zhǔn)都是通用標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.1 CE認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要

66、求</p><p><b>　?。?）測試標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　歐盟根據(jù)使用環(huán)境的不同，采取了不同的標(biāo)準(zhǔn)，主要分為“居住、商業(yè)及輕工業(yè)”和“工業(yè)”兩種應(yīng)用環(huán)境，相應(yīng)測試標(biāo)準(zhǔn)見表3.1所示。</p><p>　　表3.1 并網(wǎng)光伏逆變器 CE 認(rèn)證 EMC 測試標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　?。?）測試項目及要求&l

67、t;/p><p>　　用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求見表3.2；用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求見表3.3；用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器抗擾度要求見表3.4；用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器抗擾度要求見表3.5。</p><p>　　表3.2用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求</p><p>　　表3.3 用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射

68、類測試要求</p><p>　　表3.4 用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器抗擾度要求</p><p>　　表3.5 用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器抗擾度要求</p><p>　　續(xù)表3.5 用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器抗擾度要求</p><p>　?。?）抗擾度判據(jù)說明</p><p>　　A: 干擾施加過程中及干

69、擾施加結(jié)束之后，逆變器性能或功能無異常。</p><p>　　B: 干擾施加過程中允許逆變器出現(xiàn)性能或功能暫時降低，但干擾施加結(jié)束之后應(yīng)能自行恢復(fù)正常而不需要人為干預(yù)。</p><p>　　C: 干擾施加過程中允許逆變器出現(xiàn)性能或功能暫時降低，但干擾施加結(jié)束之后不能自行恢復(fù)，需要操作人員干預(yù)才能恢復(fù)。</p><p><b>　?。?）測試差異</b

70、></p><p>　　從表3.2與表3.3可以看出，在不同的應(yīng)用環(huán)境下，CE 認(rèn)證對并網(wǎng)光伏逆變設(shè)備的電磁發(fā)射要求存在明顯差異，主要體現(xiàn)在以下三個方面：</p><p>　　i. 相同測試項目的限值有較大差異，例如：輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射項目測試，用于工業(yè)環(huán)境中的要求較低，而用于商業(yè)環(huán)境中的要求就比較高，這個差異主要是從無線接收機(jī)的使用數(shù)量及保護(hù)無線接收機(jī)的角度來考慮的；</p&

71、gt;<p>　　ii. 用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器對 DC電源端口傳導(dǎo)發(fā)射測試項目有明確的要求，而用于工業(yè)環(huán)境則對這個項目的測試不作要求。因為居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的一些直流設(shè)備會通過直流源集中供電，那么設(shè)備自身產(chǎn)生的干擾就會通過直流端口沿著電源線影響到其它直流設(shè)備的正常工作；</p><p>　　iii. 用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器需要進(jìn)行諧波及閃爍項目測試，而用于工業(yè)環(huán)境

72、則對這兩個項目測試不作要求。由于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中交流用電設(shè)備都是連接到公用電網(wǎng)上，電網(wǎng)上的諧波分量大小會直接影響接入電網(wǎng)的交流用電設(shè)備能否正常工作，因此對接入公用電網(wǎng)的交流用電設(shè)備提出明確的電流諧波及電壓波動與閃爍要求。</p><p>　　此外，根據(jù)表3.4和表3.5可以得出，由于工業(yè)環(huán)境相對更惡劣一些，因此應(yīng)用于此環(huán)境中的設(shè)備要求抗干擾能力更強(qiáng)一些。用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器信號端口無浪涌測

73、試需求，而用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器信號端口則有浪涌測試需求。</p><p>　　3.2 CQC認(rèn)證對光伏并網(wǎng)逆變器的EMC要求</p><p><b>　?。?）測試標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>　　CNCA/CTS 0004-2009A 《并網(wǎng)光伏發(fā)電專用逆變器技術(shù)條件》。</p><p>　?。?）測試項目及要求&l

74、t;/p><p>　　CQC認(rèn)證對電磁發(fā)射測試的應(yīng)用環(huán)境分類與 CE認(rèn)證相同，只是對應(yīng)環(huán)境下的限值要求有所差異。CQC認(rèn)證對用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求見表3.6，用于工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求見表3.7。抗擾度要求見表3.8。</p><p>　　表3.6 用于居住、商業(yè)及輕工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求</p><p>　　表3.7 用

75、于工業(yè)環(huán)境中的逆變器發(fā)射類測試要求</p><p>　　表3.8 抗擾度要求</p><p>　　3.3 CE 認(rèn)證與CQC認(rèn)證 EMC 要求的差異</p><p>　　CE 認(rèn)證和CQC認(rèn)證在并網(wǎng)光伏逆變器EMC要求上產(chǎn)生差異的一個非常重要的原因就是CQC認(rèn)證中采用的是專用標(biāo)準(zhǔn)，而歐盟CE認(rèn)證則采用通用標(biāo)準(zhǔn)。由于CE 認(rèn)證的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)體系并未納入專門針對并網(wǎng)光伏逆變

76、器設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，因此，與CQC認(rèn)證相比，其 EMC 要求的針對性相對較弱。兩者對EMC要求的主要差別如下[30]：</p><p>　　1）CQC認(rèn)證未對交流電源端口和直流電源端口測試單獨(dú)進(jìn)行區(qū)分，而CE 認(rèn)證區(qū)分交流電源端口和直流電源端口；</p><p>　　2）CQC認(rèn)證對諧波及閃爍發(fā)射測試項目不作要求，而CE 認(rèn)證對此則有明確要求；</p><p>　　3）C

77、QC認(rèn)證對電壓跌落及中斷抗擾度測試項目有明確要求，而CE 認(rèn)證對此則不作要求；由于逆變器設(shè)備是直流輸入、交流輸出，即輸出端一般要連接到公用電網(wǎng)上，這一點(diǎn)與傳統(tǒng)的交流供電設(shè)備是不同的，可能是基于這一點(diǎn)考慮，CQC認(rèn)證未對電壓跌落及中斷抗擾度測試項目測試提出要求，而 CE 認(rèn)證采用的是通用標(biāo)準(zhǔn)，因此對此項目有測試要求；</p><p>　　4）CQC認(rèn)證對信號端口的傳導(dǎo)發(fā)射測試項目不作要求，而CE 認(rèn)證中對此則有明確

78、要求；</p><p>　　5）CQC認(rèn)證對用于工業(yè)環(huán)境的逆變器浪涌抗擾度測試項目不作要求，而CE 認(rèn)證對此則有明確要求；</p><p>　　6）CQC認(rèn)證中對電壓波動抗擾度測試項目有明確要求，而 CE 認(rèn)證對此則不作要求；</p><p>　　7）CQC認(rèn)證中對阻尼震蕩波抗擾度測試項目有明確要求，而 CE 認(rèn)證對此則不作要求。</p><p&

79、gt;　　第四章 光伏逆變器的孤島效應(yīng)</p><p>　　所謂孤島效應(yīng)，是指電網(wǎng)因故障而意外突然斷開后，逆變器未能在規(guī)定時間內(nèi)正確檢測出電網(wǎng)當(dāng)前狀態(tài)而仍持續(xù)工作，以致電網(wǎng)輸電線路的某一部分可能仍處于帶電狀態(tài)，這樣并網(wǎng)逆變器與負(fù)載形成一個獨(dú)立的自給供電系統(tǒng)[31]。隨著并網(wǎng)逆變器在發(fā)電系統(tǒng)中的廣泛采用，孤島效應(yīng)的發(fā)生幾率也不斷增加，而其造成的危險已不容忽視。因此，能及時準(zhǔn)確檢測出孤島效應(yīng)顯得非常重要。</p

80、><p>　　4.1 孤島效應(yīng)的產(chǎn)生及其危害</p><p>　　如圖4.1所示，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要由PV太陽能板、并網(wǎng)逆變器以及負(fù)載組成。</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)跳脫，開關(guān)仍處于閉合狀態(tài)時，逆變器若持續(xù)工作，則系統(tǒng)處于孤島狀態(tài)。</p><p>　　圖4.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)簡圖</p><p>　　孤島效應(yīng)的產(chǎn)生可能

81、是由以下幾種情況造成的[32]：</p><p>　　(1) 市電電網(wǎng)由于故障停止供電，并網(wǎng)逆變器卻仍通過斷路器向電網(wǎng)傳輸電能，導(dǎo)致逆變器的輸出容量遠(yuǎn)小于供電電網(wǎng)系統(tǒng)的容量，且這種狀態(tài)可能持續(xù)很長時間；</p><p>　　(2) 開關(guān)意外斷開，逆變器卻未能成功檢測，導(dǎo)致逆變器同周圍負(fù)載一起形成一個自給供電的系統(tǒng)，即孤島。孤島一旦發(fā)生，可能對整個配電系統(tǒng)設(shè)備及各用戶端設(shè)備造成不同程度的損壞

82、，甚至存在一系列的安全事故，并且可能會帶來事故糾紛[31]：</p><p><b>　　1) 設(shè)備損壞</b></p><p>　　(a) 電網(wǎng)供電中斷后突然恢復(fù)供電時，由于孤島運(yùn)行的局部電網(wǎng)相位（頻率）與主電網(wǎng)失步，導(dǎo)致在與主電網(wǎng)再次連接時將產(chǎn)生很大的浪涌電流，相關(guān)設(shè)備將受到嚴(yán)重的損壞。</p><p>　　(b) 孤島一旦發(fā)生，電網(wǎng)將失去

83、對電壓和頻率的控制，這可能造成用戶用電設(shè)備的損壞，電力公司也將因此而卷入“代人受過”的糾紛。</p><p>　　2) 人身安全傷害。</p><p>　　電網(wǎng)因某種故障停止工作時，若此時逆變器仍持續(xù)不斷地工作，則輸電線路某一部分可能仍處于帶電狀態(tài)，這可能會威脅到電網(wǎng)工作人員的生命安全。</p><p>　　因此，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，反孤島方案顯得十分重要，各國也對

84、防治孤島效應(yīng)制定了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。美國電氣及電子工程協(xié)會IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers）針對與電網(wǎng)接口的“無孤島逆變器”制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。其中，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE Std.929—2000中規(guī)定：</p><p>　　(1) 逆變器輸出有功功率與負(fù)載（品質(zhì)因數(shù)小于等于2.5）需求匹配度小于0.5，并且負(fù)載的功率因數(shù)在0.95以上，則逆

85、變器檢測孤島是否發(fā)生的時間應(yīng)小于2s，否則將對電網(wǎng)停止供電。</p><p>　　(2) 逆變器輸出有功功率與負(fù)載需求匹配度大于0.5，或者負(fù)載的功率因數(shù)在0.95以下，則在10個周波內(nèi)，逆變器必須切斷輸出。</p><p>　　4.2 孤島檢測原理</p><p>　　光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)如圖4.2所示，主要由光伏并網(wǎng)逆變器、負(fù)載、并網(wǎng)斷路開關(guān)和電網(wǎng)四部分組成[33]

86、。其中，本地負(fù)載用并聯(lián)RLC電路等效替代。</p><p>　　圖4.2 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等效示意圖</p><p>　　逆變器輸出的有功功率為、無功功率為；電網(wǎng)向負(fù)載提供的有功功率為、無功功率為；負(fù)載所需消耗的有功功率為、無功功率分別為。</p><p><b>　　同時作如下假設(shè)：</b></p><p>　　(1)

87、 并網(wǎng)逆變器按單位功率因數(shù)輸出，即電網(wǎng)頻率與RLC負(fù)載的諧振頻率相等；</p><p>　　(2) RLC負(fù)載的品質(zhì)因數(shù)：負(fù)載消耗的無功功率與有功功率的比值，即：</p><p>　　(3) 同逆變器輸出功率完全匹配的負(fù)載參數(shù)為R、L、C，不匹配的負(fù)載為R+△R、L+△L、C+△C。</p><p>　　當(dāng)并網(wǎng)斷路器閉合，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)正常工作時，</p>

88、<p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　?。?.2）</b></p><p><b>　　（4.3）</b></p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　一旦電網(wǎng)由于出現(xiàn)故障或掉電而停止工作時

89、，此時，RLC負(fù)載新的諧振頻率為：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p>　　由公式（4.4）、（4.5）可得：</p><p><b>　?。?.6）</b></p><p>　　光伏并網(wǎng)逆變器出現(xiàn)過頻（OFR）和欠頻（UFR）時的頻率值分別為、，即為繼電器在相應(yīng)時刻的動

90、作值。如果負(fù)載功率與逆變器輸出功率的不匹配并且滿足以下不等式時，頻率的變化沒有超出繼電器的正常工作范圍，則繼電器不動作。</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　若忽略△C，即令△C=0，則：</p><p><b>　　（4.8）</b></p><p>　　即：

91、 （4.9）</p><p><b>　　由無功功率公式得：</b></p><p>　?。?.10）根據(jù)的定義，即,則上式可簡化為：</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　所以：

92、 （4.12）</p><p><b>　　令，則：</b></p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　同上，通過推導(dǎo)，能得到電壓和有功功率的關(guān)系式，過程如下：</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)正常工作時，逆變器輸出功率為;孤島發(fā)生時，負(fù)載功率為，假設(shè)逆變器的輸出功率不變，則：

93、</p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　可簡化為： （4.15）</p><p>　　正常工作時，電網(wǎng)提供給負(fù)載的功率為： （4.16）</p><p>　　則負(fù)載有功功率不匹配度為：&l

94、t;/p><p><b>　　（4.17）</b></p><p>　　將公式(4.15)代入上式中可得：</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　光伏逆變器過壓、欠壓時的電壓值分別為、，即此時繼電器的動作值。如果電網(wǎng)由于某種原因停止工作時，負(fù)載的不匹配度滿足不等式（4.1

95、9），即電壓的變化沒超過繼電器的正常工作范圍，則繼電器不動作。</p><p><b>　?。?.19）</b></p><p>　　由以上可知，電壓變化同有功功率匹配度有關(guān)，而頻率變化與無功功率的匹配度有關(guān)。當(dāng)逆變器輸出功率與RLC負(fù)載功率需求相差很大時，以致RLC負(fù)載的端電壓、頻率值超出相應(yīng)的繼電器的正常工作范圍，則繼電器將動作，致使光伏并網(wǎng)逆變器與電網(wǎng)斷開，停止

96、工作。反之，若逆變器輸出功率與RLC負(fù)載功率需求相差較小時，并滿足不等式(4.13)和(4.19)，即RLC負(fù)載電壓、頻率的變化在繼電器的正常工作范圍內(nèi)，則繼電器將失效，逆變器仍持續(xù)工作，孤島檢測失敗，系統(tǒng)進(jìn)入孤島檢測盲區(qū)NDZ（Non-detection Zone）</p><p>　　4.3 孤島檢測盲區(qū)</p><p>　　檢測區(qū)盲區(qū)（Non-detection Zone，簡稱NDZ

97、）是指存在某一區(qū)域，在此區(qū)域中某種孤島檢測方法不能檢測出孤島效應(yīng)的發(fā)生。因此，檢測盲區(qū)可以被用來衡量一種孤島檢測方法的好壞，孤島檢測方法的盲區(qū)越小，則此方法的可取性越高。由4.2節(jié)分析可知，電網(wǎng)斷電前后光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率的變化決定了電網(wǎng)停止工作后逆變器輸出電壓和頻率的變化。若負(fù)載條件或控制方式不同，則在相同的工作范圍內(nèi)，所需要的逆變器輸出功率和負(fù)載功率的不匹配程度是不同的，即光伏逆變器的孤島檢測盲區(qū)不相同。</p>&

98、lt;p>　　圖4.3 防止孤島效應(yīng)非檢測區(qū)圖示</p><p>　　檢測盲區(qū)通常用如圖4.3所示的功率失配區(qū)間△P、△Q包圍的區(qū)域來表示。圖中的△P、△Q分別為市電電網(wǎng)向RLC負(fù)載提供的有功功率和無功功率，陰影部分為孤島檢測盲區(qū)，OF、UF、OV、UV分別表示過頻、欠頻、過壓和欠壓區(qū)。在非檢測區(qū)域內(nèi)，若所處位置非常接近△P=△Q=0，則此時耦合點(diǎn)a的電壓、頻率幾乎不發(fā)生變化，這增加了判斷系統(tǒng)是否處于孤島效

99、應(yīng)狀態(tài)的難度，容易導(dǎo)致檢測失敗。</p><p>　　此外，由公式和可得：在不同負(fù)載的情況下，比如負(fù)載參數(shù)R、L、C取值不同，則相同的△P、△Q產(chǎn)生的電壓、頻率的變化量是不同的。如果是在電壓、頻率閾值范圍設(shè)定相同的情況下，系統(tǒng)判斷孤島是否存在，得到的檢測結(jié)果是不一樣的。因此，△P、△Q來描述盲區(qū)存在很大的弊端。</p><p>　　一般情況下，孤島效應(yīng)方法的檢測盲區(qū)應(yīng)盡可能的小，但是現(xiàn)實(shí)中

100、，電網(wǎng)的情況很復(fù)雜，若將檢測盲區(qū)設(shè)定的太小，則會引起孤島保護(hù)的“誤動”。</p><p>　　4.4 孤島效應(yīng)檢測方法</p><p>　　隨著光伏并網(wǎng)發(fā)電裝置在發(fā)電系統(tǒng)中的推廣和普及，孤島效應(yīng)發(fā)生的機(jī)率也逐漸增加，已不可能忽視其帶來的安全隱患。當(dāng)前，孤島檢測技術(shù)主要分為兩類：被動式和主動式。前者主要是通過監(jiān)控電網(wǎng)的某些狀態(tài)參量的變化，譬如：電壓、頻率，來判斷系統(tǒng)是否處于“孤島效應(yīng)”的狀態(tài)

101、。后者主要是通過并網(wǎng)逆變器定時產(chǎn)生擾動信號，觀察電網(wǎng)某些參數(shù)是否受到影響，來判斷孤島效應(yīng)的發(fā)生。</p><p>　　4.4.1 被動式孤島檢測與保護(hù)</p><p>　　通過監(jiān)控電網(wǎng)狀態(tài)參數(shù)來判斷孤島是否發(fā)生的方法為被動式孤島檢測法。但是，被動式檢測法存在較大的非檢測區(qū)域（Non-Detection Zone，簡稱NDZ）。對于并網(wǎng)逆變器的被動式孤島檢測方法來說，系統(tǒng)無需增加額外的硬件電

102、路。根所選參數(shù)不同，可分為以下幾種[33-35]：</p><p>　　(1) 過壓、欠壓和過頻、欠頻檢測</p><p>　　過壓/欠壓、過頻/欠頻孤島檢測是通過保護(hù)電路來實(shí)時監(jiān)控光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。異地開關(guān)由于某種原因而跳閘，并且光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)輸出功率與負(fù)載功率需求不匹配時，電網(wǎng)的相關(guān)參數(shù)將發(fā)生變化，此時可以通過系統(tǒng)軟、硬件規(guī)定的電網(wǎng)電壓的過/欠壓保護(hù)電路或過/欠頻保護(hù)電路設(shè)置值及時地

103、檢測出孤島效應(yīng)的發(fā)生，同時，繼電器動作，在規(guī)定的時間內(nèi)斷開逆變器的輸出。光伏并網(wǎng)逆變器運(yùn)行示意圖如圖2.2所示。其中，S為斷路開關(guān)。</p><p>　　當(dāng)斷路開關(guān)閉合時，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，此時光伏并網(wǎng)逆變器輸出功率為，RLC 負(fù)載消耗的功率為，電網(wǎng)給 RLC 負(fù)載提供的功率為，則RLC負(fù)載的有功、無功功率的計算公式為：</p><p><b>　　（4.20）</b>

104、;</p><p><b>　?。?.21）</b></p><p>　　式中，Va為耦合點(diǎn)a處的電壓值。</p><p>　　當(dāng)電網(wǎng)工作正常時，耦合點(diǎn)處電壓Va的頻率、大小始終受電網(wǎng)控制，其值基本保持不變。但是，一旦電網(wǎng)發(fā)生故障或失壓時，由公式（4.20）可得出，電網(wǎng)斷開前，并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率與負(fù)載所需求的不匹配，即因此，電網(wǎng)斷開后，V

105、a的值必定將會變大或變小，直到有功功率達(dá)到新的平衡狀態(tài)。同理，若無功功率出現(xiàn)不平衡，則并網(wǎng)逆變器為了保持單位功率因數(shù)輸出，頻率將發(fā)生變化，直到達(dá)到新的平衡狀態(tài)。因此，通過監(jiān)控耦合點(diǎn)處的電壓或頻率變化就能判斷系統(tǒng)所處狀態(tài)。但是，當(dāng)負(fù)載所需的功率與并網(wǎng)逆變器輸出的功率的不匹配度很小時，即公共點(diǎn)a處的電壓、頻率變化很小，未超出繼電器的正常工作范圍，此時繼電器不動作，并網(wǎng)逆變器仍向電網(wǎng)輸送電能，孤島檢測失敗。</p><p&

106、gt;　　過壓、欠壓和過頻、欠頻孤島檢測法簡單，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但是存在一定的弊端，對于非純阻性負(fù)載，檢測盲區(qū)較大，并且不可預(yù)測系統(tǒng)孤島檢測所需時間。</p><p>　　(2)相位偏移檢測法[36]</p><p>　　相位偏移法的基本思想是：監(jiān)控逆變器輸出電流和端電壓間相位差的變化。系統(tǒng)正常工作時，為讓并網(wǎng)逆變器實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)輸出，電流控制型逆變器檢測耦合點(diǎn)a處電壓的過零點(diǎn)，使逆變

107、器的輸出電壓和電流同電網(wǎng)的同相，即并網(wǎng)逆變器的輸出電壓和電流相位差為零。</p><p>　　孤島發(fā)生時，逆變器輸出電壓電流的相位差由負(fù)載決定，通過檢測電壓電流之間的相位差是否超出一定的范圍，就能判斷故障的發(fā)生，進(jìn)而使逆變器切斷輸出。</p><p>　　相位偏移檢測法的軟件硬件實(shí)現(xiàn)簡單。光伏并網(wǎng)逆變器自身需要通過鎖相環(huán)PLL來實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流同電網(wǎng)同頻同相，因此，要實(shí)現(xiàn)相位偏移孤島檢測

108、只需增加一功能：光伏并網(wǎng)逆變器輸出電流與耦合點(diǎn)a處電壓之間的相位差一旦超過所設(shè)定的閾值范圍，則逆變器立即停止工作。另外，相位偏移孤島檢測不影響光伏并網(wǎng)逆變器輸出電能的質(zhì)量。</p><p>　　相位偏移法也存在弊端，即難以確定相位誤差閾值，如果閾值設(shè)置的過低，將導(dǎo)致逆變器的誤動作。當(dāng)負(fù)載為純阻性或接近純阻性時，光伏并網(wǎng)逆變器輸出電壓和電流之間的相位差很小，以致難以檢測孤島效應(yīng)的發(fā)生。</p><

109、;p>　　除了以上三種常見的被動式孤島檢測方法外，還有電壓諧波檢測法[36-38]、檢測頻率變化的被動式孤島檢測法、基于人工智能和小波分析等的被動式孤島檢測法。</p><p>　　4.4.2 主動式孤島檢測與保護(hù)</p><p>　　當(dāng)逆變器輸出功率與負(fù)載所需求基本相近時，入網(wǎng)點(diǎn)電壓、頻率等電網(wǎng)的狀態(tài)參數(shù)變化很小，以致被動式孤島檢測法失效，因此，為了解決此類問題，人們提出主動式檢測

110、法。主動式孤島檢測法的基本思想是：對系統(tǒng)的某些狀態(tài)參數(shù)施加一定的擾動，當(dāng)系統(tǒng)處于正常狀態(tài)下時，在電網(wǎng)巨大的平衡作用下，擾動信號產(chǎn)生的作用很小，但是一旦電網(wǎng)停止工作，孤島發(fā)生時，擾動信號產(chǎn)生的作用凸現(xiàn)出來，并迅速累積超出允許的工作范圍，這樣就能判斷光伏發(fā)電系統(tǒng)是否處于孤島效應(yīng)狀態(tài)。</p><p>　?。?）輸出功率擾動法[39]</p><p>　　輸出功率擾動法的基本思想是：對輸出電流施

111、加擾動進(jìn)而促使輸出電壓參數(shù)發(fā)生變化。電網(wǎng)正常工作時，并網(wǎng)逆變器輸出電流跟隨給定信號，此時，并網(wǎng)逆變器輸出電流等于；在輸出功率擾動算法的作用下，逆變器輸出電流正弦參考信號與擾動信號存在一定的誤差，即。當(dāng)功率匹配時，若電網(wǎng)跳脫，則系統(tǒng)不能成功檢測出孤島。但是，若并網(wǎng)逆變器對其電流施加一定的擾動，則耦合點(diǎn)a處的電壓值取決于逆變器輸出電流和負(fù)載，即：</p><p><b>　?。?.22）</b>