CNS 15117-2007 Photovoltaic system - Power conditioner - Procedure for measuring efficiency《太阳光电系统－电力调节器－量测效率之程序》.pdf

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1、 1 印月 96 9 月 本標準非經本局同意得翻印 中華民國國家標準 CNS 總號 號 ICS 27.160 C643315117經濟部標準檢驗局印 公布日期 修訂公布日期 96 9 月 14 日 月日 (共 14 頁 )太陽光電系統電力調節器量 測效率之程序Photovoltaic system Power conditioner Procedure for measuring efficiency 1. 適用範圍 本標準適用於電調節器之效測指南，且此電調節器是用於獨型和與市電並型之太陽光電系統，而其輸出是定頻且穩定之交電壓或穩定之直電壓。可在工廠內由輸入與輸出功之直接測計算效。許可，則可包

2、含一個隔變壓器。 2. 引用標準 下述標準是本文之引用標準。在出版時，所示版本是有效之版本。然而，歡迎所有與本標準有關之組織調查以使用下述標準之最近版本。 IEC 60146-1-1： 1991 半導體轉換器一般要求與線變換轉換器第 1.1 部：基本要求規格 3. 用語釋義 為本標準之目的，可使用下述定義，所有效上之定義均可獨用於功轉換且考任何熱之產生。 在附 A 中，有電調節器之定義。在附 B 中，有功效 與轉換因之解釋。 3.1 額定輸出效 (rated output efficiency) 當電調節器在其額定輸出功下操作時，輸出功與輸入功之比值。 3.2 部分輸出效 (partial o

3、utput efficiency) 當電調節器在低於其額定輸出功下操作時，輸出功與輸入功之比值。 3.3 能效 (energy efficiency) 在一定期間內，輸出能與輸入能之比值。 3.4 效容許差 (efficiency tolerance) 在製造商所規定之效與測得效之間被允許之容許差。 3.5 PV 陣模擬器 (PV array simulator) 具有相當於 PV 陣之 I-V 特性之模擬器。 3.6 無負載損失 (no-load loss) 當電調節器未接上負載或其輸出功為時之輸入功。 3.7 待機損失 (standby loss) 對於市電並型之電調節器，當電調節器是在待

4、機模式時，其由公用電網獲得之功。對於獨型之電調節器，當電調節器是在待機模式時，其直輸入功。 2 CNS 15117, C 6433 3.8 最大功點追蹤 (maximum power point tracking, MPPT) 當電調節器之控制策係輸入電壓接近或等於 PV 陣之最大功點。 4. 效測之條件 (efficiency measurement conditions) 效應在後述章節與表 1 之條件下做測。當條件是在製造商所容許之操作範圍之外時，在雙方同意下，這些特殊況可被排除在外。所得到之據應以表之方式呈現且亦可以圖形之方式呈現。 備考： 如，獨型電調節器是設計處超過額定功之短暫過負

5、載。在 120%之額定容之測試亦被包括在內，以解電調節器在這些條件 下之性能。有些電調節器之設計並無法提供高於其額定輸出之功，在其 120%之額定容下操作則可能會損壞。在此條件下，測試文件應註明由於電調節器之限制，故此測試被排除在外。 4.1 測試之直電源 (DC power source for testing) 電調節器是在固定之輸入電壓下操作時，則直電源應是蓄電池或定電壓之電源以維持一定之輸入電壓。 電調節器具備最大功點追蹤功能，則直電源應是太陽光電陣或太陽光電陣模擬器。 4.2 溫 所有之測應在 (252)之室溫下做。雙方同意則亦可在其他之溫下實施。所有文件上應明顯記載所用之溫。 4.

6、3 輸出電壓與頻 (output voltage and frequency) 輸出電壓與頻應維持在製造商所述之標稱值。 表 1 效記表 輸入電壓： _(_V) 總負載，額定 VA之 % 5 10 25 50 75 100 120 並型 電阻性負載 ( )* ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 獨型 電阻性負載 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 電抗性負載 PF=0.25或最小 PF=0.50 (最小 ) PF=0.75 (最小 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 非線性負載 NL=額定 VA之 25% NL=額定 VA之 50

7、% ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 複合負載 ( ) ( ) *符號 ( )表示欲測試之條件。 3 CNS 15117, C 6433 4.4 輸入電壓 在實施下述之測時，應在電調節器之三個輸入電壓下重複實施測試： (a) 製造商之最小額定輸入電壓； (b) 變器 (inverter)之額定電壓或其額定輸入範圍之平均值； (c) 變器之最大輸入電壓的 90%。 將電池接到電調節器之輸入電極時，則僅可使用額定輸入電壓。 4.5 波與失真 (ripple and distortion) 在每次測時記輸入電壓 與電之波。亦記輸出電壓與電之失真 (是交 )或波 (是直 )。確定此等值維持在製造

8、商所規定之值內。注意在低功位準下可能未規定之波與失真之值，但應記其。 4.6 電阻性負載 /公用電網 (resistive loads/utility grid) 在功因為 1 時，或在並型且無功因調整之變器之原有功因下，應在 10%、 25%、 50%、 75%、 100%與 120%之變器之額定功位準下測效。獨型之變器亦須在 5%之額定功位準下做測。必須在特殊之電阻性及電抗性之電網阻抗下作電調節器測試。 4.7 電抗性負載 (reactive loads) 對於獨型之變器，在製造商規定之功因最小值 (或 0.25，以較大者為準 )之負載條件下與 25%、 50%及 100%之額定 VA 功

9、位準下測效。在 0.5 與0.75 之功因 (可低於製造商規定之最小的 PF)與 25%、 50%與 100%的額定VA 功位準下重覆做測。 4.8 電阻性加上非線性負載 (resistive plus non-linear load) 對於獨型之變器，在等於變器之額定 VA 的 (255)%之固定非線性負載 (總諧波失真 (THD)=(80 5)%)條件下加上並之電阻性 負載以達到額定 VA 之25%、 50%與 100%的總負載下，測其效。在等於變器之額定 VA 的 (505)%之固定非線性負載條件下，加上並之阻抗負載以達到額定 VA 之 50%與 100%，重覆其效之測。在所有文件上應明

10、確地記非線性負載種。 4.9 複合之負載 (complex loads) 對於獨型之變器，當規定非線性負載加上足夠之電抗性負載時，在等於變器之額定 VA 的 (505)%之固定非線性負載 (THD=(805)%)加上並之電抗性負載 (PF=0.5)以達到額定 VA 之 50%與 100%的總負載下，測其效。在所有文件上應明確記複合之負載種。 5. 效之計算 5.1 額定輸出效 (rated output efficiency) 可依下式以測得之據計算額定輸出效： R= (Po/Pi)100 (1) 其中， R：額定輸出效 (%)； Po：電調節器之額定輸出功 (kW)； Pi：在額定輸出下電調

11、節器之輸入功 (kW)。 4 CNS 15117, C 6433 備考： 任何輔助之 輸入功 (kW)，如變器控制系統 (或閘驅動器 )之功應包含於方程式 (1)的 Pi內。 5.2 部分輸出效 (partial output efficiency) 可依下式以測得之據計算部分輸出效。 par= (Pop/Pip)100 (2) 其中， par：部分輸出效 (%)； Pop：電調節器之部分輸出功 (kW)； Pi p：在部分輸出下電調節器之輸入功 (kW)。 備考： 任何輔助之 輸入功 (kW)，如變器控制系統 (或閘驅動器 )之功應包含於方程式 (2)的 Pip內。 5.3 能效 可依下式以

12、測得之據計算能效 E= (Wo/Wi)100 (3) 其中， E：能效 (%)； Wo：在特定操作期間內之輸出能 (kWh)； Wi：在特定操作期間內之輸入能 (kWh)。 備考 1. 操作期間與負載條件需由使用者與製造商雙方之協議決定。 2. 任何輔助之輸入能 (kWh)，如變器控制系統 (或閘驅動器 )之能應包含於方程式 (3)的 Wi內。 3. 照附 C 有關加權平均能效 wt之解釋，可用取代能效。 5.4 效容許差 當效值已獲得保證時，此值之容許差應是在表 2 所示之額定條件下之值。 表 2 效容許差 項目 容許差 備考 電調整器之效 0.2(1-) (%) ：保證之效 備考： 效容許

13、差是在附 D內導出，如 IEC 60146-1-1之第 4.3節。有關每單位損失之容許差 +0.2，具有每單位之最小效容許差 0.002。 6 效測試線 6.1 測試線 圖 1 顯示電調節器之建議測試線，其有一個單相交輸出或直輸出。亦可被視為是多相電調節器之測試設定之單相表示法。 圖 1a 與 1b 分別用於獨和市電並之電調節器。 圖 1 內所建議測試線並是強迫性，而是嘗試將它與測試明建成為使用者與製造商雙方同意之基礎。 電源之型式應在所有測試中標明且應符合第 4.1 節所述之規定。 5 CNS 15117, C 6433 6.2 測程序 (a) 用測得之 Pi， Po或 Pip， Pop而以

14、方程式 (1)或 (2)計算效。直輸入功 Pi， Pip可由瓦特計 W1測而得，或由直伏特計 V1與直安培計 A1相乘而得。輸出功 Po， Pop可由瓦特計 W2測而得。 (b) 由直伏特計 V1測之直輸入電壓應在所訂定範圍內做變化，且由交安培計 A2測之輸出電會由低輸出至額定輸出之間變化。 (c) 直伏特計與直安培計應使用平均顯 示型之儀器。交伏特計與交安培計必須使用真正 r.m.s.型之指示儀器。直瓦特計 W1必須是直測型。瓦特計 W2需為依照輸出之交或直測型。 (d) 功因 (以百分表示之 PF)可由功因計測而得，或由 V2、 A2、W2之而由下式計算而得： PF=(W2/(V2A2)1

15、00 (4) (e) 儀器可為比式或位式。測之精確 必須比每一個被測功之全刻值的 0.5%還佳。亦建議 W1與 W2使用位式之功儀器。 (f) MPPT 會動態地調整輸入電壓以使輸出功變得最大。原則上，偵測設備在MPPT 之新期間需對所有之電氣取樣，如輸入電壓與電，輸出功與電。 MPPT 與輸入電源 (如 PV 陣或 PV 陣模擬器 )互相作用時其輸入電壓之變化低於 5%，則將平均是可被接受。平均期間需為 30 秒或長。 7. 損失測 7.1 無負載損失 無負載損失之測如下所述。 電調節器是獨型，則由圖 1a 內之 V1、 V2與 F 儀器分別獲得直輸入電壓、輸出電壓與頻之，且應調整至額定值。

16、 當負載由電調節器解除接時，直輸入瓦特計 W1所示之值即為無負載損失。 電調節器是市電併型，則必須調整圖 1b 內之直輸入伏特計 V1、交輸出伏特計 V2與頻計 F 之以符合特定之電壓與頻。 當交瓦特計 W2所顯示之值是時，直輸入瓦特計 W1所示之值即為無負載損失。可能，在測時，讓電調整器有時間轉換至其無負載之操作況。 7.2 待機損失 待機損失之測如下所述。 電調節器是市電並型，則 待機損失之定義是當電調節器沒有在操作而處於待機時市電之損耗。在額定交輸出電壓下，圖 1b 內交瓦特計 W2所示即為待機損失。 電調節器是獨型，則待機損失之定義是當電調節器沒有在操作而處於待機時直電源之損耗。圖 1

17、a 內直瓦特計 W1所示即為待機損失 (沒有交或直輸出電壓 )。 6 CNS 15117, C 6433 圖 1 電調節器之測試線 圖 1a 獨型 圖 1b 市電並型 PC：電調節器 L：負載 PS：可變電壓電之直電源供應器 F：頻計 A1：直安培計 V1：直伏特計 A2：交或直安培計 V2：交或直伏特計 W1：直瓦特計 PF：功因計 W2：交或直瓦特計 備考 1. 直輸入電壓或電波將隨直電源之內部阻抗而變，且需由使用者與製造商之間雙方同意而固定之。如，可能將阻抗選為 PV 陣之 I-V曲線上操作點之電電壓的比 V/ I。當電調節器包含 MPPT時，建議以 PV 陣模擬器作為直電源。 2. 在

18、直輸出條件下，頻計 F*與功因計 PF*可被忽。 PC待測之電力調節器 公用電網 PC待測之電力調節器 7 CNS 15117, C 6433 附 A (考 ) 電調節器明 電調節器之定義是在 IEC 61277 內。 有些種之太陽光電系統之結構與其目的與大小有關。圖 A1 顯示 IEC 61277 所建議之一般系統之結構。在圖 A.1 中，電調節器是在虛線內。電調節器可能含有一個或多個下述之設備：直調節器、直 /直介面、變器、交 /交介面、交電介面、與部分之主控制與監測 (MCM)子系統。電之動以箭頭表示。當 PV 系統具有直儲存子系統時，則假設儲存子系統是與陣並且接到電調節器之輸入端上 (

19、如圖 A.2 與圖 A.3)。 在一般條件下，當系統至公用電網 (市電並型 )或交負載 (獨型 )時，電調節器之交輸出與頻是定值。當交負載包含具有變速感應馬達之泵浦或風扇時，交電壓與頻可能會改變。 在本標準中，討具有定交輸出電壓與頻之系統以及具有 直輸出之系統。圖A.2 與圖 A.3 顯示本標準所述之 PV 系統與電調節器之結構。 圖 A.1 PV 系統主要之子系統與功動圖 主控制和監測 (MCM)子系統 (PC)電力調節 器 直流調 節器 PV 陣列 直流 /直流介面 變流器交流 /交流介面 交流電力介面 直流儲存設備 直流負載 交流負載 交流電力 輔助 交流供給 輔助 直流供給 8 CNS

20、 15117, C 6433 圖 A.2 用於效測之假設具有交輸出之電調節器結構 圖 A.3 用於效測之假設具有直輸出之電調節器結構 主控制和監測 (MCM)子系統 (PC)電力調節器 PV 陣列 變流器 交流 /交流 介面 交電介面 直流儲存設備 交流 負載 交流 電力 主控制和監測（ MCM）子系統 (PC)電力調節PV 陣列 直流 調節器 直流 /直流介面 直流儲存設備 直流負載 9 CNS 15117, C 6433 附 B (考 ) 功效與轉換因 在 IEC 60146-2 中有種效表示方式；一種是功效，而另一種是轉換因。功效之定義是有效之輸出功功與有效之輸入功之比值。轉換因是輸出與

21、輸入之基波功位準之間之比。此個之方程式為： P=(PaAC/PaDC)100(%) C=(PfAC/PfDC)100(%) 其中， P： 是功效； PaAC： 是交有效之功； PaDC： 是直有效之功； c： 是轉換因； PfAC： 是交基波功； PfDC： 是直平均功 (平均電壓 平均電 )。 有效之功 Pa之計算為 =T0T0ap(t)dt T1V(t)i(t)dt T1P或 其中， V(t)： 是隨時間而變之電壓； p(t)： 是隨時間而變之功； i(t)： 是隨時間而變之電； T： 是一個週期之時間。 上述個效之間之差是由於諧波分之評。 IEC 60146 將其統一成功效。其差是依如表

22、 B.1 內所示之電壓與電之波形而定，且僅在 5 中有意義。考 IEC標準之目的與表 B.1 之明，而將功效作為電調節器之效。 如表 B.1 之 1 或 4 所示，當直電壓與電之波為 10%pp，或當交之第 5 r.m.s電壓含為 2%且第 5 電含為 5%時， C與 P之間之差僅為 0.1%。這表示實際上轉換因與功效相同。應注意如在 5 之方形波下，只能使用功效，因為其差很大，即 C/P= 0.81。 積分時間 (一個週期之時間 )T 必須為 30 秒或多，且所得之平均效值可作為電調節器之效。 10 CNS 15117, C 6433 表 B.1 由電壓或電之波形差所導致之功效 P與轉換因

23、C之間的變化 範 直輸入 (一 ) 直輸入 (二 ) 交輸出 (三 ) 交輸出 (四 ) 交輸出 (五 )電壓波形 電波形 條件 電壓沒有波 電壓與電有相同之波(10%pp)但其相位相反 電壓：正弦波 電：方形波 (50%負荷週期 )諧波成分：同相 電壓： 5th, 2% r.m.s. 電： 5th, 5% r.m.s. 電壓與電均為 50%負荷週期之方形波 PfAC/PaAC1.0 1.0 1.0 1/(1+0.02 0.05)= 0.999 (4/2)/0.5 =0.81 PfDC/PaDC1.0 1/1-(0.1/22)2=1.0011.0 1.0 1.0 C/P1.0 0.999 1.

24、0 0.999 0.81 比較 C=PC PC=PC PC P備考： C = PfAC/PfDC， P = PaAC/PaDC， C/P =(PfAC/PaAC)/(PfDC/PaDC)。 11 CNS 15117, C 6433 附 C (考 ) 加權平均之能效 電調節器之能隨照射與負載之時間曲線而定。電調節器之能效應以一段期間內 (如一個月或一 )實際測得之輸出與輸入能之比計算。 為供考，在此描述一種使用加權平均能效之方法估算能效。 加權平均能效， WT之計算是每一個功位準之效與相關加權係之乘積的總合。 當系統是市電並型且無儲存子系統時，加權係依地區之照射期間曲線而定。 當系統是獨型且具有

25、儲存子系統時，加權係依負載期間曲線而定。 下第 C.1 節與第 C.2 節顯示市電併 型系統與獨型系統之 WT的計算程序。 C.1 市電並型 PV 系統之電 調節器之 WT(WTof power conditioner for utility-interactive PV systems) 在此描述市電並型 PV 系統，無儲存子系統且逆電是可被接受。在此條件下，PV 陣所產生之直功直接供應給電調節器 (PC)。幾乎所有輸入到 PC 之功均被轉換成交功。其中一部分以 PC 損失而消失。 加權平均能效， WT是一個評估能效之指，其中加權係 Ki，被用於每一個輸入功位準。在此， 照射被分成個同之位準

26、。對於每個大小 i 用期間 Ti、直輸入功位準 Pli，輸出功位準 POi、與 PC 效 i，則可得 WT之定義如下： nn2211nln11lnnln111liliioiWTK.KK TP.TPTP.TPTPTP+=+=(C.1) 其中， Ki=PliTi/PliTi和 Ki=1 及 i=1,2,3. 照射期間曲線如圖 C.1 所示，則方程式 (C.1)可重寫成下述： ER4/4WT44/3WT34/2WT24/1WT1WTTT4TT3TT2TT1+= (C.2) 4321WTT4T3T2T1T += 其中， ER：是特定之能效； 1/4，當其直輸入功分別為額定值的 1/4，時，電調節器之效

27、。 12 CNS 15117, C 6433 圖 C.1 照射期間曲線之範 C.2 獨型 PV 系統之電調節器之 WT(WT of power conditioner for stand-alone PV systems) 在具有儲存子系統之獨型 PV 系統中， PV 陣所產生之功被電池所儲存且可使功穩定化。直功被電調節器 (PC)轉換成直功或定電壓與定頻之交功且供應給負載。在此條件下，部分產生之功在電池內與電調節器內因損失而消失。 平均加權能效計算，在獨 PV 系統，對於每個負載位準需要加權係。 對於每個負載位準之 i，用負載期間 Ti、直輸入功 Pli、交輸出功 POi與 PC 效，則可得

28、 WT之定義如下： nnon111o010nonloliliioiWT/TP/TPTPTPTPTPTP+=K(C.3) nn110/K/KK1+= )TP(/TPKiio0100= (C.4) )TP(/TPKioiioii= ，iK =1 其中，10P ：無負載損失。 負載大小與其期間曲線如圖 C.2 與 C.3 所示，則方程式 (C.3)可被重寫或下述： ER4/4WT44/3WT34/2WT24/1WT10WT/T/T4/T/T3/T/T2/T/T1K1+= (C.5) 其中， ER特定之能效； 1/4，當其負載分別為額定值之 1/4，時，電調節器之效。 照射位準期間 13 CNS 15

29、117, C 6433 圖 C.2 負載曲線之範 圖 C.3 負載期間曲線之範 期間 負載位準 期間 負載位準 14 CNS 15117, C 6433 附 D (考 ) 表 2 中效容許差之導出 保證效， 為 LRRPPP+= 其中， PR：額定輸出功； PL：保證損失。 由 IEC 60146-1-1，第 4.3.3 節，保證損失 PL，容許差是每單位 +0.2。在此條件下，效 為 LRRP2.1PP+= 容許差 為 ()() ()1(5/)1( 612.12.02.02.012.12.01112.1112.1)1/1(2.111P1/12.1PPP2.1PPRRRLRR+=+=+=+=+=+=+=+=Q容許差以下式表示 =0.2(1) (%) 表示容許差隨保證效增加而減小。如，當保證效為 90%與 95%時，其容許差分別為 1.8%與 0.95%。 相對應國際標準： IEC 61683 Photovoltaic system Power conditioner Procedure for measuring efficiency