GB T 20514-2006 光伏系统功率调节器效率测量程序.pdf

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1、ICS 27. 160 K 83 中华人民圭t-、和国国家标准G/T 20514-2006/IEC 61683 : 1999 光伏系统功率调节器效率测量程序2006-08圄25发布Photovoltaic systems-Power conditioners一Procedure for measuring efficiency (lEC 61683: 1999 , IDT) 中华人民共和国国家质量监督检验检茂总局中国国家标准化管理委员会2007-02-01实施发布GB/T 20514一2006/IEC61683: 1999 目次圳市H号!二f. . . . . . . . . . . . .

2、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 l j也罔 2 ft见证性引用文件:3 术语和l定义:1. 1 顿定输出效率3.2 部分输出放zfd.3.3 能瞌被采. 3.4 效率容盎:1.5 PV方阵模拟路3.6 空载损槌. 3.7 待机损槌3. 8 最大功率跟踪(MPPT)24 效率测量条件. . . . . . . . . . . . . . . .

3、 . . 2 4. 1 试验用直流电视24.2 站立度 2 4.3 输出电压和频率4.4 输入电压2AYLnAqdqJqdi XMJ在4i 川负川川载性真载负阻载失负性电负和性阻性性搜阻电线合纹电非非榄J民U巧IQOQ44444 5 效率计算. . . . . . . . . . . . . 3 5. 1 额定效率. . . . . . . . qJqJ4哇率放出率差输放容分盘率部能放。LqJAAFbJRJV6 效率试验电路6. 1 试验电路-6. 2 测盘程序7 损槌测量47. 1 空载损槌7.2 恃机损槌. . . . . . . 附录AC资料性附录)功率调节器说明 . 附录B(资料性附录

4、)功率效率和变换因数附呆cc资料性附录加权平均能盘效率10附录D(资料性附录)表2中蚊率容装的推导前GB/T 20S14-2006/IEC 61683: 1999 本标准等同采用IEC61683:1999(光伏系统功率调节器效率测量程序)(英文版)。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改za) 用小数点代替作为小数点的逗号，;b) 删除国际标准的前言。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D为资料性附录。本标准由中华人民共和国信息产业部提出。本标准由全国太阳光伏能源系统标准化技术委员会归口。本标准起草单位:北京日佳电掘有限公司、内蒙古大学。本标准主要起草人:杨鸿雁、季秉厚。而且GB/T 2051

5、4-2006jIEC 61683: 1999 引在功率调节器的主要特征参数中，效率是)个重要参数。为功率调节器的效率测量规范统一的棉准程序，对其在光伏系统中的广泛应用和提升标称敢率的可靠性是十分必要的。一般来说，功率调节器效率受下列参数的影响:一一功率大小;一-输入电压;一一-输出电压;-一功率因数1一-谐披分量z一一负载非线性度;一一温度。这些参数被认为明确地或隐含地包含在本标准的测试条件中。本标准的目的是提供一种在制造广通过直接测量输入输出功率的大小来评估功率调节器效率的方哇。因此，一些间接项目比如考核最大功率跟踪精度的内容是不在本标准范围内的，它们将在以后由相关的IEC标准来解决。lV

6、G/T 20514-2006/IEC 61683: 1999 光伏系统功率调节器效率测量程序1 范围本标准规定了在独立和并网光伏系统中功率调节器效率的测量方法，其中功率调节器的输出是一定频率的稳定交流电压或者是稳定的直流电压。这个效率是在制造厂通过直接测量输入输出功率的大小而计算出来的。本标准也适用于包括隔离变压器的情况。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注目期的引用文件，其最新版本适用于本标准。IE

7、C 60146-1-1: 1991 半导体变流器一般要求和线性变换器第1-1节:基本要求3 术语和定义本标准给出了以下术语和定义，所有的效率术语和定义只适用于考虑电力变换，不考虑任何热变换过程。以上规范性引用标准中包含有其他术语和定义。附录A给出了功率调节器的定义，附录B给出了功率效率和变换因数的定义。3. 1 额定输出效率rated output efficiency 功率调节器工作在额定输出时的输出功率和输入功率之比。3.2 部分输出效率partial output efficiency 功率调节器工作在额定输出以下时的输出功率和输入功率之比。3.3 能量效率energy efficien

8、cy 在确定测试期间输出能量和输入能量之比。3.4 效率容差efficiency tolerance 在制造商提供的效率值和测量的效率值之间可容许的偏差。3.5 PV方阵模拟器PV array simulator 与PV方阵具有相同I-V特性的模拟器。3.6 空载损耗no-load loss 功率调节器的输出没与负载连接或输出功率为零时的输入功率。3. 7 待机损耗standby loss 对于并网型功率调节器，待机损耗指功率调节器在待机模式下电网损耗的功率。对于独立型功率调节器，待机损耗指在待机模式下功率调节器的直流输入功率。1 G/T 20514-2006jIEC 61683: 1999

9、3. 8 最大功率跟踪(MPPT)maxin1um power point tracking;MPPT 用于实现功率调节器的输入电压始终位于或接近PV方阵最大功率点的控制方法。4 效率测量条件效率应在下列条款和表1所描述的条件下进行删量，当某些特殊条件处于制造商可操作班围之外时，可通过协商而不予考虑。最终的测量结果应以表格形式列出，也可用图形表示。注:例如，独立型功率调节器典型设计成能够短时承受明显高于额定功率的特性，若在其额定容量的120%处进行测量，则可以得到一个在此条件下:测量靡搁嘀黯睹，仁喝功率调节器没有设计能提供超过额定输出的特性，若仍在其额定容量的120%制f轩测量，功率调节器将被

10、损挥?咱此，测量文件中应注明测量尽可能不要超出功率调节器的限制。a 符号。分一百一-A一载一载V一负一负定一性一性额一阻一阻阳南-t瑞-型一型i-网一立并一独100 120 。() 。o 4. 1 对运行在固定电掘。对带有最大功率跟阵或PV方阵模拟器。4.2 温度所有的测量都应在环境进行，但必须在所有文件中明确地4.3 输出电压和频率输出电压和频率应维持在制造商标明的标称值上。4.4 输入电压每一项测量都应在以下三个功率调节器输人电压的条件下进行za) 制造商规定的最小输入电压;b) 逆变器的栋称电压或额定输人电压范围的平均值;c) 逆变器最大输入电压的90%值。在功率调节器的输入端有蓄电池连

11、接的情况下，则只使用标称或额定输入电压。4.5 组谊和失真记录每-iX测量的输入电压和电流纹披，同时记录输出电压和电疏失真(对于交流)或纹世(对于直协商的其他环境温度条件下2 GB/T 20514-2006jIEC 61683: 1999 流)，应确保这些测量是在制造商规定的指标内。注意在低功率时纹波和失真可能没有被规定，但其测量结果也必须记录。4.6 电阻性负载/电网对具有单位功率因数或不带功率因数调节且具有固定功率因数的并网逆变器，在逆变器额定功率的10%、25%、50%、75%、100%和120%时进行效率测量。对独立型逆变器还应测量到额定功率5%的水平。功率调节器的试验应在规定的电阻性

12、和非电阻性阻抗网络下进行。4. 7 非电阻性负载仅对于独立型逆变器，在相当于制造商规磊晶品黯率因数(或0.25，取值大者和功率为额定值的25%、50%、100%的负载条肝进贯制量。并在功躏嘴边O.5和0.75(不低于制造商规定的最小PF)，负载功率额定值的2沪吼0%、10%腿盹萨效率恼。4.8 非线性电阻性负载对于拙立型逆变器，(80土5)%J并联加上足够量。在相当于逆变器定值的50%、100% B1l条千4. 9 混合性负载对于独立型社5) %的固定非线悖负载为额定值的5 效率计算5. 1 额定妓率额定效率由泪l式中:平R一一额定效Po -功率调Pi一一功率调节注:任何辅助的输入5.2 部分

13、输出效率部分输出效率由测量式中:定输输u髓伊俨叫I-l 1H /吨霄于山I 问棚比如逆变器的控制系统(或门极驱动应戳在j/tt;(1)J中。r;p盯一一部分输出效率c%); p叩一一-功率调节器的部分输出功率，单位为千瓦(kW);Pip -功率调节器在部分输出功率时的输入功率，单位为千瓦(kW)o注:任何辅助的输入功率CkW)，比如逆变器的控制系统(或门极驱动)应包括在公式(2)Pip中。5.3 能量效率能量效率由测量数据经以下公式计算:可E= (Wo/Wi) X 100 式中2平E一一-能量效率c%); Wo _.规定测试期间的输出能量，单位为千瓦(kWh);额定功率(50士(PF=0.5)

14、使总负载的类型。( 2 ) C 3 ) 3 GB/T 20514一2006/IEC61683: 1999 Wj-规定测试期间的输入能量，单位为千瓦(kWh)0 注1:测试期间和负载状态由用户和制造商协商确定。注2:任何辅助的输人能量(kWh)，比如逆变器的控制系统(或门极驱动)应包括在公式(3)W，中。注3:附录C中说明了可用加权平均能量效率于盯代替能量效率。5. 4 效率容茬当提出保证效率时，数率容差值在额定条件下应满足表2所列的值。表2效率窑差条目甘。言，差备汪功率调节器效率一O.2C1-l)甲%)币1保证效率注:在附录D中推导出了效率容差，见IEC60146-1-1 :1991的4.3，

15、容差相当于每单位损失十O.2.最小效率容差为每单位一0.00206 鼓率试验电路6. 1 试验电路图1是单相交流输出或直疏输出的功率调节器的推荐试验电路，也被做为多相功率调节器的分段单相试验电路。图1a)和阻1b)分别适用于猫立型和井网型功率调节器。图1建议的电路不是强制性的，是在用户和制造商之间为描述试验而人为建立的一个约定。所有试验的功率据要指明类型，并且符合4.1的要求。6.2 测量程序a) 效率是利用测量的凡，Pj或POPPip通过公式(1)或公式(2)计算得到的。直斑输入功率孔，Pi由功率表W1直接恻量或通过直流电压表V，和直流电施表A，读数相乘得到，输出功率由功率表W2直接测量得到

16、。b) 在规定范围内改变直流输入电压，其值用直流电压表V，测量，使输出电流从低到额定值变化，其值用交揽电流表A2测量。c) 直流电压表和直流电施表要求是平均值指示型，交流电压表和交梳电流表要求是有效值指示型，功率表W为直流型，功率表W2根据输出决定是交流型还是直流型。d) 功率因数(PF的百分比表示)可直接用功率因数表PF测量，也可通过Vz、Az、W2的读数由下列公式计算而得。PF = WZ/CV2 X A2) X 100 . . . .( 4 ) 的每个测量仪表可以是模拟式的也可以是数字式的，测量精度在全刻度范围内应不低于O.5级。推荐用数字式功率仪器测量W，和WZQf) MPPT是动态调整

17、输入电压使输出功率最大化，因此原则上要求在MPPT调整期间，监测设备要同时对所有的电气参数来样，如输人电压和电吭，输出功率和电流。如果MPPT和输入掘CPV方阵或PV方阵模拟器)使输入电压变化不到5%，则使用读数的平均值也是可接受的，读数的平均时段为305或更哉。7 损辑制量7. 1 空载损辑空载损艳按以下方法测量。对独立型功率调节器，通过图la)中的VV2和F读出输入直流电压、输出电压和频率值，并分别调节使其达到额定值。4 G/T 20514-2006/IEC 61683 : 1999 空载损耗就是这时将负载与功率调节器断开，直流输入功率表W1的指示值。对井网型功率调节器，读图lb)中的直流

18、输入电压表V，交流输出电压表Vz租颇率表F，输出电压和频率将被调节到规定值。空载损耗就是当交流功率表W2指示为零时，直流输入功率表Wj的指示值c为了测量，如果可行允许等待功率调节器出现空载运行状态。7.2 待机损耗待机损耗按以下方法测量。对于并网型功率调节器，待机损耗被定义为功率调节器在待机条件下无操作时电网的能糙。图lb)中待机损耗就是在交流输出为额定电压时交流功率表Wz的指示值。对于独立型功率调节器，待机损耗被定义为功率调节器在待机条件下无操作时从直流掘吸收的能量。图la)中待机损耗就是在无交流或直流输出电压时直流功率表W1的指示值。PS PS pc-功率调节器;PS一一电压电流可变的直流

19、功率源;Al一一直流安培表;A2一一交流或直流安培表;Wj-一直流功率表tW2一一交流或直流功率表;试验用PC a) 独立型功率调节器试验用PC b) 并阿型功率调节器L一一一负载;F一一一频率表;V1一一直流电压表;V2一一交流或直流电压表;PF一一功率因数表.L 注1:受直流电源的内部阪抗影响的直流输入电压和电流的纹波变化，可由用户与制造商之间协商确定。例如，阻抗可以选择在PV方阵I-V曲线上工作点处的电压电流变化率!.:N/M。功率调节器包含有MPPT时，推荐使用PV方阵模拟器做为直流源。注趴在直流输出的情况下，频率表F惜和功率因数表PF督是不需要的。图1功率调节器试验电路5 GB/T

20、20514-2006/IEC 61683:1999 附录A(资料性附录)功率调节器说明功率调节器的定义在IEC61277中给出。有些类型的光伏系统结构与其设计目的和大小有关。图A.l表示的是lEC61277中的典型系统结梅。在图A.l中，虚线框内为功率调节地照理LZL在51以由下列一个或多个部分组成:直流调节(血，图A.2和图A.3)。通常条件下，当系统与和频率是恒定值。但当是可变化的。在本标准中，只6 视(MCM)子系统，箭头表示的是功率调节器的输入并行连接2和A.3表示了本可并网接口一J电网圈A.1PV系统的主要子系统和功率流向框图GB/T 20514-2006/IEC 61683: 19

21、99 PV方阵i一一-一三丰主监芒hqfti寸寸l/:!ill 士:J:-_j PV方阵电网固A.2|ll(PC) 直流负荷图A.3效率测量中带有直流输出的功率调节器结构7 G/T 20514-2006/IEC 61683: 1999 附录B(资料性附录)功率效率和变换因撒在IEC60146-2中，效率有两种表达形式，一种是功率效率，一种是变换因数。功率效率定义为输出有功功率和输人有功功率之比口变换因数定义为输出与输入的基本功率之比。两个参数的表达式如下:式中z可p一一功率效率;p.AC-一交流有功功率;P.配一直流有功功率;可c一一变换因数;PfAC一一交流基本功率;平Ip= (p.Ac/P

22、.r;c) X 100(%) 可=(PIAC/Pf配)X 100( %) p配一一直流平均功率(平均电压平均电流)。有功功率P.的表达式为:式中zv(t)-一一瞬时电压值;(t)一一-瞬时过1率值;i(t)一瞬时电流值;T一-测量周期。paz!:川两种效率参数之间的根本差别在于对谐波分量计算的不同，IEC60146把它们统一作为功率效率。它们的差别取决于如表B.1中所示的电臣和电流的世形，仅在情形5时是有意义的。考虑到制定标准的目的和表且1图示的情况，通常把功率效率作为功率调节器的效率。如表B.l所示，情形2或情形4，当直流电压和电流的纹披都为10%PP或交流电压5次谐被分量为2%，电流5(谐

23、设分量为5%时，可p和玩的差别仅为0.1%，这意味着实际上变换因数和功率效率是相同的。但是，应当注意到，对于情形5这样的方披来讲，通常使用功率效率，因为二者的差别是很大的，如例Tjcllp=0.8L租分时间(一个周期)T应为30s或更长，功率调节器的效率结果应取平均功率效率值。吕表B.l不同电压和电流波形下的功率鼓率协和变换因数c例子DC输入(情形1)DC输入情形2)AC输出情形3)AC输出(情形的AC输出(情形5)V 。电压波形。电流波形。|电压和电流中含有反相的同电压z正弦波揩波分重z电压和电流均为占空比50%条件!电压中不含纹波分量电压，5次分量，2%(r.m.s.)等纹被分量(10%P

24、P)电流2方波(占空比50%)的方波电流，5次分量，5%(r. m. s. ) PfAC/P,AC 1. 0 1. 0 1. 0 1/0十O.02XO. 05)=0. 999 (4/2)/0.5=0.81 PfDC! p.oc 1. 0 1/1- (0.1/2)2)2 J=1. 001 1. 0 1. 0 1. 0 张/1如1. 0 0.999 1.0 o. 999 。.8对比1jc=T T/c毛7r丁Jc=辛1J1p 张可p注，1J=PfAC/P凹，和=PoAC!P.饵，和/和=(PfACI PFd,) ICP .Ac/ P .fX:J。是o。国HNOE品|NOO目口。- 4 白白G/T 2

25、0514-2006/IEC 61683: 1999 C. 1 并网型PV系统功2J 对无储能设备的地v量直接供给功率调节器(损艳。加权平均能量水平。这里，辐照度被如=K1 式中zKi = P1i X 式中zf/ER一一句特定的能量效11/4 ，一一当功率调节器的3/4 辐照2/4水平1/4附录C(资料性附录)加权平均能量效率额定值的1/4，副群俨时期圈C.1 辐照持续时间曲线的示例10 由PV方阵产生的能其电损耗的部分即为PC加权系盘Ki如应每个输入能量小(C. 1 ) GB/T 20514-2006/IEC 61683: 1999 C.2 独立型PV系统的功率调节器的WT独立型PV系统带有贮

26、能子系统，从PV方阵产生的能量被蓄电池存储和稳定。DC能量由功率调节器(PC)转换成稳定的直流能量或恒压恒频的交流能量并提供给负载。在这种情况下，一部分能量作为蓄电池和功率转换器的损耗被消耗了。独立型PV系统加权平均能量效率7JwT的计算需要有相应负载水平的加权系数。把负载持续时间用Ti表示，直流输入功率用P1i表示，交流输出功率用POi表示，相应负载水平的PC效率用职表示，市WT则可由下式定义:可_21PXTi WT-EJPItTi-fL P01 X TJ +PO X T 制呻精啦_T、j1十POnX TJr;n . ( C. 3 ) 式中:Ko = Pm X To/( Ki = POi X

27、 T;/ 其中P!O为空载如果负载变化(巳4) 式中:固C.2负载时间曲钱的示例A崎嗦品A哑z ， n元蝴咱E负载水平。T4 T3 T2 Tl To 时期图C.3负载持续时段曲线的示例11 GB/T 20514-2006/1EC 61683: 1999 保证效率q定义为:式中tPR一一额定输出功率;PL一一保证损辑。附录D(资料性附录)表2中效率容差的推导?一PR-PR+PL 由IEC60146-1-1: 1991中4.3.3可知，损耗PL容许每单元+0.2，此时的效率可1，则由下面公式求得:则容差币I平即为:币一l旦-PR + 1. 2PL ￥一lL-PR_ 1 币=n I ,- n - r

28、; = 一可ZPR十1.2PLI PR + 1.20/币-1)PRI 1 +1. 20/可-1)- 一平=市1 I 1 )(1 - 1 1=可1( ) I 1 ) - 1 1 Lr;+1.2Cl一份- J L一0.2平十1.2 - J 一0.2十O.何一1+7zv-牛马与i二三-r;Cl-r;)/5C:守主二1)- O. 2可+1.2I-r;十6最后可求得容差为:可F一可=一0.20一圳市c%)这意味着当保证效率增大时，容差减小。例如，保证效率为90%和95%时，其容差则相应为一1.8%和-0.95%。12 白白白.-. 的户u国CON-寸EONH目。中华人民共和国国家标准光伏系统功率调节器效率测量程序GB/T 20514-2006/IEC 61683: 1999 非中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销非开本880X12301/16 印张l.25 字数29千字2007年2月第一版2007年2月第一次印刷电&书号:155066 1-28940 定价13.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533