并网光伏系统检测技术的研究

       肖鹏军 石新勇 徐勤昌 张朝捷 李博野

        （中国建材检验认证集团股份有限公司 国家建筑材料工业太阳能光伏（电）产品质量监督检验中心 100024）

        摘要：介绍了国内并网光伏系统的发展，论述了并网光伏系统检测的必要性，并对光伏系统检测的试验方法、试验设备、试验结果进行了深入的分析，并提出了检测结果不合格发生地原因以及如何改造，最后介绍了国内光伏系统实验室的发展状况。

        关键词： 并网光伏系统；光伏方阵；光伏组串；系统电气效率

        中图分类号：O472.3 文献标识码：A

        引言

       随着美国和欧盟对国内光伏企业的反倾销和反补贴的“双反”调查，国外光伏市场急剧萎缩， 国内各大光伏组件公司都纷纷减员减产，我国光伏产业发展面临巨大的外来压力，但这也给我国光伏市场的发展提供了较好的契机，光伏组件价格急剧下跌，晶体硅光伏组件已经跌至4元RMB以下，低廉的组件，大大降低了并网光伏系统的建设成本，并网光伏系统发展势头迅猛，国家能源局、发改委、科技部等部委正在进行一系列“救市”之举，力推国内光伏市场大规模启动，推动光伏产业有序发展。国家电网公司也表示，会始终支持中国光伏等新能源的发展，全力做好分布式光伏发电并网工作。截至2012年9月，其经营区光伏发电并网容量271万千瓦，同比增加4.2倍。发电量25.2亿千瓦时，同比增加5.4倍，已同意并网、正在建设的光伏发电项目126万千瓦[1]。据电监会网站消息，截至2013年1月底，国家电网公司已受理分布式光伏发电并网申请业务119项，总装机容量达到33.8万千瓦[2]。中国已成为光伏发电装机增长速度最快的国家之一，成绩显著。

       1 并网光伏系统检测的必要性

       1.1用户对光伏系统安全运行的需要

       对于已经建成的并网光伏系统发电工程（除金太阳示范工程外）国家都没有强制要求进行验收检测和年度监督检测，可能存在安全隐患, 光伏发电企业和国家都可能会面临重大经济损失和危险事故。比如电能质量不合格会对电网造成冲击，影响电网正常工作，大规模停电，对用电设备造成损坏等；接地电阻过大，会可能造成设备雷击事故；绝缘电阻不合格会对工作人员造成电击的人身伤害；极性连接错误会对发电设备造成损坏；电流一致性不合格，会造成发电功率的下降等等。

       1.2 金太阳工程验收的需要

       2011年国家能源局 、财政部 、科技部联合发布《国家能源局 财政部 科技部关于印发金太阳示范项目管理暂行办法的通知 》国能新能[2011]109号 ，要求以《CGC/GF003.1：2009 (CNCA/CTS 0004-2010)并网光伏发电系统工程验收基本要求》为金太阳示范工程验收的依据。 用户提出审核申请时，要提交并网光伏系统的检测报告。

       1.3 建筑光伏一体化市场发展的需要

       国家电网公司2012年10曰26日公布了《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见(暂行)》将针对单个并网点装机容量在6兆瓦免收接入费，将会极大刺激建筑光伏系统的发展，国家能源局《太阳能发电发展”十二五”规划》提出，到2015年完成15GW分布式并网光伏系统装机任务，建筑光伏系统将是分布式并网光伏系统的主要形式。中国建筑金属结构协会光电建筑应用委员会主导编写的《建筑用光伏系统技术导则》将建筑光伏系统验收纳入本技术导则中，该导则的检测认证部分由中国建材检验认证集团股份有限公司负责编写，未来建筑光伏系统的验收可以以此为依据进行检测。

       1.4 未来市场发展的需要

       国家能源局发布《太阳能发电发展”十二五”规划》要求2015年完成40GW容量的光伏发电装机任务，在如此庞大的市场运作中，光伏系统的转让买卖将会变得非常频繁，买方会要求对光伏电站进行电气安全和发电性能进行评估，从而制定交易的价格，此时就需要第三方的检验机构对正在运行的光伏电站进行检验，为电站的评估提供依据。买方申请贷款也需要给银行提供电站的检测报告作为银行评价客户的依据。申请保险需要给保险公司提供检测报告等等。逐步和国际接轨，而且光伏电站的发电性能和电气安全每年都会有所变化， 因此每次交易都要重新检测，并不是一次检测保终生。

       2 并网光伏系统检测试验分析

并网光伏系统检测标准主要有IEC62446:2009 《并网光伏系统 – 对于系统文件，试运行试验和检》CGC/GF003.1:2009 (CNCA/CTS 0004-2010) 《并网光伏发电系统工程验收基本要求》主要检测试验包括：保护装置和等电位体的试验、极性试验 、光伏组串电流的试验 、功能试验 、光伏方阵绝缘阻值试验、光伏方阵标称功率试验、电能质量的试验、系统电气效率试验。

       2.1 保护装置和等电位体的试验

方阵中通过连接件连接的每个边框到地线的接地电阻都要测量，所用检测设备为接地电阻试验仪，按建筑物接地电阻要求来判定，一般小于4Ω，如果测量结果大于4Ω，应检查边框连接以及边框和地线的连接是否可靠。

       2.2 极性试验

       通过测量每个组串的开路电压数值正负来判定极性连接是否正确， 同时检查组串开路电压的一致性，所用检测设备为数字多用表，应在稳定辐照度条件下测量，而且开路电压数值应在5%偏差范围内。如果发现极性标注错误，应检查相关连接设备是否损坏，并及时更换。电压偏差超过5%，就会影响系统的发电功率，该用手持式IV测试仪，在稳定辐照度条件下测量该组串中的每个组件的电性能，找出开路电压低的组件进行更换，然后重新再进行上述试验。

       2.3 光伏组串电流的试验

       每个组串的短路电流和工作电流都要测量，测量完后要检查组串电流一致性， 所用设备为直流钳型表和光伏方阵IV测试仪，钳型表用来测量组串工作电流，光伏方阵IV试验仪用来测量组串短路电流。测量短路电流时，应断开保险和直流侧开关，连接好光伏方阵IV测试仪后，再逐一闭合保险开关，测量出每个组串的短路电流，应在稳定辐照度条件下测量， 而且电流值应在5%偏差范围内。如果某个组串电流数值偏差超过5%，同样会影响系统的发电功率，用手持式IV测试仪，在稳定辐照度条件下测量该组串中的每个组件的电性能，找出短路电流和工作电流低的组件进行更换。

       2.4 功能试验

       开关设备和控制设备都应进行试验以确保系统正常运行；应对逆变器进行试验，以确保系统正常的运行，试验过程应该参照逆变器使用说明书进行； 电网故障试验过程如下：交流主电路隔离开关断开—光伏系统应立即停止运行。在此之后，交流隔离开关应该重合闸使光伏系统恢复正常的工作状态。可以用交直流钳型表检测光伏系统是否停止运行。

       2.5 光伏方阵绝缘阻值试验

对于有边框接地的光伏方阵的负极和正极到地线的绝缘阻值都要测量。对于边框未接地的光伏方阵，除了分别测量负极和正极到地线的绝缘阻值，还要分别测量负极和正极到边框的绝缘阻值。对于没有边框的光伏方阵， 要分别测量负极和正极到地线的绝缘阻值。所用设备为手持式绝缘电阻测试仪，在开始试验之前，从逆变器到光伏方阵的电气连接必须断开，施加电压为1000V，先测量负极到地线的绝缘阻值，再测量正极到地线的绝缘阻值。如果先测量正极到地线的绝缘阻值，就会对方阵形成充电，需要放电后才能测量负极到地线的绝缘阻值，也可以正负极短路后测量连接线到地线的绝缘阻值，但该方法在白天测量时会形成电火花，一般不便采用。测量时间可以定为2分钟[3]，也可以自行设定增加测量时间。

       2.6 光伏方阵标称功率试验

       辐照度不低于700W/m2[4]的条件下，在现场测量的光伏方阵的功率，可以校正到标准测试条件下，从而得到标称功率。所采用设备为光伏方阵IV测试仪，日射强度计，温度记录仪。光强按照线性法进行校正, 温度按照该型号产品第三方测试报告提供的温度系数进行校正，如果没有提供温度系数可按照晶体硅组件功率温度系数-0.35%/℃，非晶硅按照功率温度系数-0.2%/℃进行校正。

       2.7 电能质量的试验

       要在逆变器断开和闭合两种条件下，测量并网点的电能质量， 测量依据的标准GB/T 12325 —2008《电能质量 供电电压偏差》、GB/T 15945 —2008《电能质量 电力系统频率偏差》、GB/T 14595—1993《电能质量公用电网谐波》、GB/T 12326—2008《电能质量 电压波动和闪变》、GB/T 15543 —1995《电能质量 三相电压允许不平衡度》，测量参数包括：相电压偏差、相频率偏差、相电压谐波含量与畸变率（闭合测相电流谐波含量与畸变率）、三相电压不平衡度、是否存在电压波动和闪变、直流分量、相功率因数。

       2.8 系统电气效率试验

       在一定辐照度和温度条件下测量方阵的功率， 同时测量交流并网点的功率，如果不是同时测量，需要修正到相同辐照度和温度条件下，辐照度应不低于500W/m2,一般取逆变器最大输入功率条件下的辐照度和温度，系统电气效率=所有方阵的功率/交流并网点的功率。

       3 国内并网光伏系实验室的发展

       国家建筑材料工业太阳光伏（电）产品质量监督检验中心隶属于中国建材检验认证集团股份有限公司，是目前国内建材及建筑领域最具权威的光伏系统、光伏组件、和光伏玻璃及材料的专业权威检测机构，该中心通过了CNAS实验室认可，CMA计量认证， 可依据IEC61215，IEC61646，IEC61730，UL1703，GB/T 9535，GB/T18911进行组件检测，可以依据IEC62446，CGC/GF003.1:2009 (CNCA/CTS 0004-2010)进行并网光伏系统检测，可以依据GB15763.3等标准进行光伏夹层玻璃、光伏中空玻璃、光伏玻璃盖板的CCC强制认证检测、减反射玻璃的委托检测等。

       4 结论

       本主要论述了国内并网光伏系统的发展，并网光伏系统检测的必要性，并对光伏系统的检测试验进行了深入分析， 最后介绍了国内光伏系统实验室的发展状况。

       参考文献

       [1] 国家电网光伏发电并网容量已达271万千瓦[EB/OL],http://www.askci.com,2012-10-26.

       [2] 1月分布式光伏发电并网装机容量33.8万千瓦[EB/OL],

       http://www.sgcc.com.cn/ztzl/newzndw/zndwzx/gnzndwzx/2013/03/289208.shtml,2013-03-07.

       [3] IEC61215:2005,Cystalline silicon terrestrial photovoltaic (PV) modules-Design qualification and type approval[S].

       [4] GB/T-2000,晶体硅光伏（PV）方阵IV特性的现场测量[S].

       收稿日期：2013-03-12

       通讯作者：徐勤昌（1975年-），e-mail: xqc5678@163.com,工程师，研究方向：光伏材料、光伏器件生产工艺和光伏检测技术。

来源：BIPV中国