NB T 32010-2013 光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程.pdf

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1、lCS 27160F12备案号：434942014 N B中华人民共和国能源行业标准NBT 320102013光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技 术 规 程The anti-islanding testing code for inverter of utility-interconnectedphotovoltaic power station(IEC 62116：2008，Testprocedure ofislandingpreventionmeasuresforutility-interconnected photovoltaic inverters，MOD)20131 128发布 201

2、 40401实施国家能源局 发布目 次NB，T 320102013前言l 范围2规范性引用文件3术语和定义4检测条件”5检测电路-“6检测设备”7检测步骤8检测文件记录附录A(资料性附录)附录B(规范性附录)附录C(资料性附录)光伏系统的孤岛效应含有独立孤岛检测装置的逆变器孤岛检测门阻信号”-11卫心or_他BNB，T 320102013刖 舌本标准依据GBT 112009标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写给出的规则起草。本标准修改采用IEC 62116：2008并网光伏逆变器防孤岛保护测试方法。本标准与IEC 62116：2008比较存在以下技术性差异：在第5章“检测电路”中，增加了“

3、如设备生产商需要外部连接或配置独立变压器，变压器应为待测产品的一部分，并应接在被测设备与图1中所示的阻性、感性、容性(RLC)负载之间”的要求。在第7章“检测步骤”中，增加了调节负载感抗、阻抗、容抗的先后顺序和原因注解。为了便于使用，本标准做了下列编辑性修改：“本国际标准”一词改为“本标准”；用小数点“”代替作为小数点的逗号“，”；删除国际标准的前言；修改了对“孤岛”和“孤岛运行时间”的定义：增加了国家标准GB厂r 29319光伏发电系统接入配电网技术规定的引用；增加了一章“检测条件”，对检测实验室的环境条件和接入电网条件提出要求；检测文件记录中增加了“应全程记录被测设备的谐波值”的要求。本标

4、准由中国电力企业联合会提出并归口。本标准起草单位：中国电力科学研究院、国网电力科学研究院、阳光电源股份有限公司、北京群菱能源科技有限公司、南京冠亚电源设备有限公司。本标准主要起草人：李红涛、秦筱迪、张军军、陈志磊、陈梅、张友权、李臻、王建秋、牛晨晖、黄晶生、郑飞、张进滨、孙邦伍。本标准在执行过程中的意见和建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号，100761)。IINB，T320102013光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程1范围本标准规定了光伏发电站逆变器孤岛防护措施有效性的检测条件、检测设备和检测方法。本标准适用于通过380V电压等级接入电网，以及通过10(6)

5、kV电压等级接入用户侧的新建、改建和扩建的光伏发电系统所配的光伏逆变器。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GBT 12325电能质量供电电压偏差GBFI“14549电能质量公用电网谐波GB厂r 15543电能质量三相电压不平衡GBTI“15945 电能质量电力系统频率偏差GB厂r 29319光伏发电系统接入配电网技术规定3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。31孤岛islanding包含负荷和电源的部分电网，从主网脱离后继续孤立运行的状态。孤岛可分为计划性

6、孤岛和非计划性孤岛。32计划性孤岛intentional islanding有计划形成的孤岛，用于恢复或维持受故障影响的某一局部电网的电力。供电电源和负载可以是用户侧与和电网侧的任意组合。33非计划性孤岛unintentional islanding一种非计划、不受控的孤岛状态。在这种状态下，孤岛内的供电电源如继续向并入的电网供电将产生一定的危害，参见附录A。34品质因数quality factorQf孤岛测试负载谐振程度的一种表示：Qf硼拦 (1)式中：R_有功负载阻抗：c_无功负载电容量(包括并联电容器)；1NB，T 320102013无功负载电感。当将C和调谐到电源系统基频时，则Qf可用

7、下式得出： Qf=(1，P)厕式中： p-有功功率，w；QL感性负载无功功率，vat|Qc容性负载无功功率，vat“。洼：如果被测设备输出侧有储能元件，在计算Q值时，应将该储能元件参数考虑进去。35孤岛运行时间run-on time琅当主网断电时，逆变器电源与负载组成的孤岛继续运行的时间。36停止信号stopping sipal由逆变器产生的信号，指示其与电网并网连接输出端口的电能已经被切断。(2)4检测条件41环境条件a)环境温度：一2050；b)环境湿度：相对湿度不超过90。42电网条件与逆变器连接的电网应满足下列要求：a) 电压谐波总畸变率在10min内测得的方均根值应满足GBT 145

8、49的规定；b)电网频率10s内测量平均值的偏差应满足GBT 15945的规定；c) 电网电压10min内方均根值的偏差应满足GBT 12325的规定：d)电网电压三相不平衡度应满足GBT 15543的规定。5检测电路逆变器孤岛检测的检测电路如图1所示。如设备生产商需要外部连接或配置独立变压器，变压器应2图1 逆变器孤岛检测的检测电路NB，T 320102013为待测产品的一部分，并应接在被测设备与图1中所示的阻性、感性、容性(RLC)负载之间。图1和表1规定了应检测的项目参数。第8章规定了检测报告应记载的检测参数项目。表1测试参数参 数 符 号 单 位被测设备的直流输入直流电压 UDC V直

9、流电流 k A直流功率 PDC W被测设备交流输出交流电压“ 魄【丌 V交流电流蚰 IEUT A有功功率。 PEW W无功功率 QEUT电压波形”，“电流波形”，被测设备输出控制信号孤岛作用时间 fR停止信号 SS测试负载4阻性负载电流 k A感性负载电流 ，L A容性负载电流 坛 A电网电源。电网提供有功功率s c W电网提供无功功率g QAC电网提供电流s AC A。记录打开开关sl前测量的值。6电压传感器和电流传感器的响应时间应该满足测量设备采样率的要求。应测量所有相的交流电压和电流波形。8波形数据应从孤岛测试开始时记录，直到被测设备停止输出。时问测量的精度和分辨率应至少为lms。记录波

10、形时，s1打开和停止信号的同步信号应同时记录。如果被测设备的停止信号可被监测，应使用此信号。g信号应进行过滤以提供基波频率值。基波值将忽略电网电压失真引起的谐波干扰。6检测设备61检测仪器611 应使用具有存储功能的检测装置观测波形，装置存储容量应至少为IGB。记录时间应从测试开始时刻到被测设备停止输出为止。612对于三相被测设备，测试和监测设备应记录所有相的电流以及相电压或线电压、有功功率、无功3NB，T 320102013功率的基频值。宜使用10kHz或更高的采样频率，测量精度应至少为被测设备标称输出电压和标称输出电流的1。62直流电源621 一般要求测试中宜使用光伏方阵模拟器。直流电源应

11、能提供满足本标准第7章所述检测要求的电压和电流。622光伏方阵模拟器光伏方阵模拟器应能模拟光伏方阵的电流、电压特性和时间响应特性。测试应在表2规定的输入电压条件下进行。表2光伏方阵模拟器技术规范项目 条 件输出功率 应使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级当测试负载以5变化时，响应时间应能在小于lms的时间内将输出电流稳定在其终值的10响应速度8以内除了由被测设备最大功率跟踪引起的变化外，模拟器的输出功率在整个测试期间应稳定在规稳定度定的功率等级，偏差小于2填充因子6 025t084 一定的响应速度可避免最大功率点跟踪(MPPT)控制系统、被测设备直流侧的脉动频率或主动防

12、孤岛方法造成的影响。填充因子=(c，衄J姐)()，其中和J孟分别是最大功率点的电压和电流，眩是开路电压，k是短路电流。623串接阻抗限制电流、电压的直流电源a)应能在被测设备的最小和最大输入电压下使被测设备达到最大输入功率。b)该直流电源提供的电流和电压应可调节。c)可通过选择或调整串联电阻(或并联电阻)来调整填充因子，使其达到表2所要求的范围值。624光伏方阵应能满足被测逆变器在最小和最大输入电压下达到最大输入功率的要求，在整个测试期间，太阳辐照度的变化量应小于2。可调整光伏方阵排列方式以达到73条规定的输入电压和功率等级。光伏方阵技术规范见表3。表3光伏方阵技术规范项目 条 件输出功率 满

13、足使被测设备产生最大输出功率和表5检测条件中规定的其他功率等级气候条件 辐照度、环境温度等参照应满足光伏方阵的正常运行63交流电源可使用公共电网或电网模拟装置，应符合表4规定的条件。表4交流电源技术规范I 项 目 条 件电压 标称值20电压谐波畸变率(THD) 254表4(续)NB，T 320102013项 目 条 件频率 标称值o 1Hz相角差4 120 o5。3仅适用于三相电源。64交流负载a)应在被测设备和交流电源之间并接可以调整的电阻器、电容器和电抗器。也可以使用类似的负载源，例如电子负载，但应能确保结果的一致性。b)所有的交流负载必须满足所有检测条件规定的额定等级，并可以通过调节以满

14、足所有测试条件要求。为确保Qf值的精确性，在检测电路中应使用无感电阻、低耗电感和具有低串联有效内阻和低串联有效电感的电容器。如果使用铁芯电抗器，在标称电压条件下工作时，电感电流的电压谐波畸变率(THD)不得超过2。7检测步骤7 1 对于由单相或三相逆变器组成的被测设备，应按以下要求进行检测。测试使用RLC负载，使其在被测设备的额定频率上谐振，并与被测设备输出功率匹配。对于三相被测设备，所有相上的负载应达到平衡，图l中的开关s1应断开所有相。本测试应在被测设备处在表5给出的条件下进行测试，此时，功率和电压值应为被测设备额定值的某个百分比值。72对于具有独立孤岛检测装置的被测设各，应按照附录B的要

15、求进行测试。73被测设备设置的电压和频率跳闸参数(幅值和时间)会对测得的孤岛运行时间产生影响。应能通过此测试验证被测设备在设定值上，包括更为严格的设定值上具有可靠的孤岛防护(例如，如果被测设备通过了标称频率跳闸设置为15Hz的测试，对于05Hz或更为严格的设置，在测得的最长运行时间内也会跳闸)。当把设定值调整到超出本测试的各设定值时，则被测设备的孤岛运行时间可能会延长。本测试步骤中推荐的标称频率15Hz频率设置以及标称电压15的电压设置己可满足大多数公用电网要求。表5检测条件条件 被测设备输出功率PEuT 被测设备输入电压 被测设备跳闸设置4A 最大功率1 大于额定输入电压范围的90e 生产商

16、规定的电压和频率跳闸设置B 最大功率的5066 额定输入电压范围的5010 将电压和频率跳闸设置设定为标称值C 最大功率的2533驴 小于额定输入电压范围的10 将电压和频率跳闸设置设定为标称值。被测设备最大功率输出条件应利用最大允许输入功率实现。实际输出功率可以超过标称额定输出功率。6如果被测设备的最小输出功率大于额定输出功率的33则该项测试应使用被测设备的最小输出功率进行。根据被测设备的输入电压范屋计算。例如，如果输入电压范围在J和Y之间，则额定输入电压的90=X+09x(k舯。在任何情况下，被测设备都不应在允许输入电压范围以外工作。4生产商应提供被测设备的电压和频率跳闸幅值和时问。如果被

17、测设备的电压和频率跳闸幅值和时间可设置，宜将参数设置为表6要求的设置值，可满足大多数公共电网的要求。表6被测设备电压和频率参数设置表I 参 数 幅 值 紫过电压 115的标称电压 2NB，T 320102013表6(续)时限参 数 幅 值S欠电压 85的标称电压 2过频率 高于标称频率15Hz 1欠频率 低于标称频率1,5Hz 16检测步骤如下：a) 根据表5确定所测试被测设备的输出功率为PEm-。在测试过程中，可按照测试方便的原则任意安排条件A、B、C的测试顺序。b)调节直流电源，使被测设备输出功率可运行在PEUT，合上开关sl。在交流负载不接入的情况下(s2开路，此时未连接RLC负载)将被

18、测设备接入测试系统，开启被测设备，使其在a)步骤确定的输出条件下运行，测量基频(50Hz)下有功功率Pc和无功功率QAC。本步骤测得的无功功率Qc在接下来的测试中将作为QEUT。注：通过直流电源提供足够的输入功率使被测设各在不自动保护的前提下达到最高输出，来实现条件A中被测设备的输出功率。条件B中的被测设备输出功率宜通过调节直流电源来达到(如果被测设备允许该运行模式)。条件C中的被测设各输出功率宣利用逆变器自身的控制功能限制到规定的输出(如果被测设备允许该运行模式)。c)关闭被测设备并断开开关Sl。注：如果RLC负载可实时调节，则可以将s1保持闭合。d)按以下步骤调整RLC电路，使Qf满足Qf

19、=10O05。1)利用关系式卵QfPELrr=I0xPEUT确定使RLC电路达到谐振所需的电感量；2)将电感作为RLC电路的首先接入元件，将电感量调整到QL；3)将电容器接入(与电感并联连接)，将电容量调整至Qc+QLQbrr；4)接入电阻器，使RLC电路中消耗的功率等于RUT。注：先调节感抗使测量环境在低谐波状态，其次调节容抗使阻抗增加时电压保持稳定，随后接入并调节阻性并联负载。e) 闭合开关S2，将在步骤d)中确定的RLC负载电路与被测设备接合。再闭合开关S1，启动被测设备，确定输出功率为步骤a)所确定的功率。调整R、L、c，确保流过sl的每一相电流，Ac的基频分量为0A，允许误差为逆变器

20、恒定状态时额定电流的1。注；步骤a)至e)的目的是使有功功率和无功功率的基频分量为零输出，或者使流过开关s1的电流值为零。系统发生谐振时将在检测电路中产生谐波电流，这些谐波可能使流过开关s1的功率和电流值无法为零。由于检测设备固有的测量误差以及可能受谐波电流的影响，应对检测电路进行微调，以达到最平衡的孤岛状态。f) 切断开关Sl启动试验。记录切断Sl开始直至被测设备输出降低并维持在其额定输出电流值的l以内所需的时间，记为孤岛运行时间fR。附录c给出了使用门阻信号的测量方法。g)对于表5中的检测条件A(100)，调整负载的有功功率和无功功率使其达到表7阴影区给出的各个负载不平衡条件。表7中的值表

21、征的是步骤d)和e)中所确定标称值P肼、珐UT的变化量，以与这些标称值的百分比表示。表7中的值给出的是流过图l中sl的有功功率和无功功率偏差百分比，正值代表功率流从被测设备到交流电源，负值代表功率流从交流电源到被测设备。每次调整之后都要进行孤岛检测和记录孤岛作用时间。如果任一次测得的孤岛作用时间超过了额定平衡条件下测得的孤岛作用时间，则需要按照非阴影区的条件参数进行检测：如果在不平衡条件下的孤岛运行时间没有超过平衡条件下测得的孤岛运行时间，可认为本部分的测试已顺利完成。h)对于检测条件B和C，只需调整负载的无功功率，在表8给出的工作点的95105总范围NB，T 320102013h)按照GBT

22、 29319中对防孤岛保护动作时间的要求，判定被测设备是否通过检测。表9生产商提供的被测设备规格参数参 数 数 值 备 注1)额定值a) 最大输出功率b) 直流电压范围c) 直流电流限制d) 交流电压范围e) 频率范围f) 交流电流限制g) 效率h) 电压和频率跳闸设定值(幅值和时间)i) 其他软件设定值J) 软件版本2)其他a) 温度范围b) 湿度c) 尺寸d) 重量表10检测条件和孤岛运行时间列表逆变器输出 设定负载无功 负载不匹配 负载不匹配 直流次数 功率 功率 有功功率 无功功率孤岛运行 实测 电压偏差百分比 偏差百分比 时间 I丌 Qf W UDC V1 100 100 0 02

23、66 66 0 O3 33 33 0 04 100 100 -5 -55 100 100 -5 06 100 100 -5 +57 100 100 0 -58 100 100 0 +59 100 100 +5 -510 100 100 +5 01l 100 100 +5 +512 66 66 0 -513 66 66 0 -414 66 66 0 -38表10(续)NB，T 320102013逆变器输出 设定负载无功 负载不匹配 负载不匹配 直流次数 功率 功率 有功功率 无功功率孤岛运行 实测偏差百分比 偏差百分比 时间 P丌 Qf电压 W UDc V15 66 66 0 -216 66 6

24、6 0 -117 66 66 0 118 66 66 0 219 66 66 0 320 66 66 0 421 66 66 O 522 33 33 0 -523 33 33 0 -d24 33 33 0 -325 33 33 0 -226 33 33 0 -127 33 33 0 128 33 33 0 229 33 33 0 330 33 33 0 431 33 33 0 5表”检测仪器和设备的技术规格项 目 规格参数 备 注1)直流电源a) 电压范围b) 电流范围2)交流电源a) 输出相b) 输出容量c) 输出电压(含精度)d) 输出频率(含精度)e) 电压稳定性f) 输出电压失真3)数

25、字表a) 电压测量范围b) 电流测量范围c) 频率测量范围9NB，T 320102013表”(续)项 目 规格参数 备 注d) 测量项目4)波形记录仪a) 采样速率b) 记录仪器C) 时间精度5)交流负载a) 阻性负载最大工作电压电流范围功率容量b) 感性负载最大工作电压电流范围功率容量c) 容性负载最大工作电压电流范围功率容量10附录A(资料性附录)光伏系统的孤岛效应NB，T 320102013孤岛效应是指电网中的负载和发电电源的一部分与电网其余部分相互隔离后继续工作的状态。当为负载提供的电力不受电力管理部门控制时(电压、频率等)非计划孤岛就发生了。这种状态是不受控的，也是不允许的。公共电网

26、停电有多种原因，例如：电力公司检测到某运行故障，控制断路装置切断电力；由于设备故障导致正常的公共电源断开：断开公共电网的配电系统和用户负载：人为失误或恶意破坏；自然因素。鉴于以上原因，应避免由用户侧的分布式电源产生的非计划孤岛现象。由于电力公司不能控制和管理孤岛中的电压和频率，这种电力失控状态可能会对用户侧的设备造成损坏。对于连接在电力线路上的用户设备，由于电压或频率超出可承受的范围将可能造成设备损坏。孤岛现象可能干扰电力部门恢复电网正常运行。如果出现孤岛现象，会导致线路在应该与所有电源断开的情况下仍然带电，可能会给线路工作人员带来危险。孤岛重新接入后，由于相位差的原因，可能使电网再次跳闸或损

27、坏配电设备和其他接入设备。监控公共电力系统的电压和频率，且仅允许这些逆变器在其参数不超出规定限值的情况下并网工作，可以较容易地避免大多数的孤岛现象。然而，存在下述可能性：由用户侧的发电电源(或多个电源的集合)提供的电力与负载完全匹配，以至于电压和频率都没有超过规定限值。除非采用其他措施进行控制，否则，只要用户侧电源和负载继续维持相对匹配，该系统会继续运行。尽管这种情况发生的概率极低，但仍然是一个隐患。因此，有必要进行附加控制，监控非计划孤岛的发生，将光伏系统等从电力线路中分离，直至公共电力系统恢复正常运行。可以缩短电压和频率的异常跳闸范围来进一步降低上述现象发生的概率，但是，该方法无法彻底避免

28、上述现象的发生，还会增加误跳闸的次数。彻底解决电源和负载完全匹配状态下非计划孤岛的发生，比较有效的解决办法是使用带有防孤岛保护程序的逆变器，该逆变器能在失去公共电网控制的情况下测量有效参数或能主动使孤岛失去平衡。NB，T 320102013附录B(规范性附录)含有独立孤岛检测装置的逆变器孤岛检测B1概要在某些情况下，孤岛保护系统(被测设备)独立于逆变器。当系统采用一种能够与特定逆变器交互作用的孤岛检测方式，应使用本标准正文部分描述的检测方法。如果采用的孤岛检测方式不依靠与逆变器的交互作用，则应使用下文所述的检测步骤。B2检测电路应使用图B1所示的检测电路，对于三相输出也应采用类似的电路。B3检

29、测设备图B1 独立孤岛检测装置的检测电路除了采用下述交流输入电源外，其他与本标准第6章给出的要求相同。交流输入电源由直流电源和逆变器组成，统称输入电源。a)如果设备生产商未提供图B1所示的测试部分，应使用独立的交流输入电源。b)交流输入电源应满足本标准第7章给出的检测要求。B4检测步骤本检测步骤提供了评估独立孤岛检测设备的方法。如第6章所述，本检测步骤采用了一个与光伏系统输出平衡的谐振电路。在这一情况下，被测设备自身没有任何发电能力，应使用独立的交流输入电源为被测设备提供电力，如图BI所示。该交流输入电源应能使被测设备达到额定功率。如果被测设备会通过控制交流输入电源对孤岛检测性能产生影响，测试

30、配置应包括交流输入电源和被测设备之间的适当连接。B5文件记录参照本标准第8章内容。12附录C(资料性附录)门阻信号NB，T 320102013c1概要停止信号是指示被测设备已经停止为公共电网供电的信号。某些并网型光伏逆变器还能提供本附录所述的一种停止信号，称为门阻信号。c2在光伏系统中使用的门阻信号光伏系统中所采用的并网逆变器将直流电转换为交流电，是基于半导体功率开关，例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、晶闸管或可关断晶闸管(GTO)进行脉冲宽度调制(PWM)控制。在很多情况下，位于微处理器与功率开关之间的控制电路会提供一个onoff“门控信号”，该信号具有独立控制功能(例如，内部故障监测、电

31、网电压和频率跳闸功能)，能够终止开关器件的运行从而停止逆变器的功率输出。当该信号为阻断状态，逆变器将停止功率输出。该信号给出了跳闸动作时，例如孤岛保护停机时的指示。因此，孤岛作用时间就可以定义为孤岛检测开关s1断开时到门阻信号显示停止状态那一刻的时间间隔。C3监测门阻信号在一些逆变器设计中，控制电路由分立元器件组成，因此，门阻信号可以外部接触，并且测量方便。而在另一些逆变器设计中，微处理器直接驱动开关器件，因此所有控制信号和监测功能都由微处理器处理，在需要时它只需停止开关器件。这种情况下，可能没有外部门阻信号。此外，微处理器和功率开关会封装合成为一种称为智能开关的装置，此时无法接触到内部的控制

32、信号。需要说明的是，即使门阻信号给出的指示是功率开关已经停止运行，但是逆变器不会立即停止其输出端口上的输出，逆变器会输出一个衰减的交流量，这种特性取决于逆变器输出回路中的无功元件。因此，获得逆变器已经停止功率输出的最准确信号是监测输出电流，并且确认电流已经低于规定值，如73条的步骤f)所述。中华人民共和国能源行业标准光伏发电站逆变器防孤岛效应检测技术规程NB，T 320102013中国电力出版社出版、发行(北京市东城区北京站西街19号00005 bffp：wwwcepp sgccCOrn衄)北京博图彩色印刷有限公司印刷2014年4月第一版 2014年4月北京第一次印刷880毫米1230毫米16开本1印张27千字印数0001-3000册统一书号1551231802定价9元敬告读者本书封底贴有防伪标签，刮开涂层可查询真伪本书如有印装质星问题，我社发行部负责退换版权专有 翻印必究155123 1802上架建议：规程规范电力工程一oNJoI_oN一、Z