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摘 要：光伏发电是利用太阳能进行发电的简称，北美地区特别是美国拥有非常丰富的太阳能资源，通过分布式光伏发电，家家户户都可以利用自家的屋顶安装光伏组件进行发电，从而实现家用电力的自给自足。目前中国国内并不具备推广分布式发电的条件，因此国内光伏逆变器厂家生产的组串式逆变器大部分出口销售，北美地区是重要的出口市场，本文阐述了北美地区对分布式并网光伏逆变器的质量和性能指标要求，力求为国内组串式光伏逆变器企业提供理论指导，助力国内逆变器企业打入北美市场。
关键词：光伏逆变器，安全，质量，性能，并网保护
北美地区对并网光伏逆变器的质量和性能要求主要集中在两方面，一是安全要求，二是并网保护要求。安全要求概括起来就是逆变器本身不能对用户和使用环境造成危害，并网保护要求概括起来就是逆变器必须具备对其接入的公共电网进行必要的保护的功能。下面将分别对这两方面要求进行阐述。
一 安全要求
1.产品正常工作温升要求
使用热电偶监测产品内部关键元件和外部机壳在正常工作情况下的温度，热电偶的布点包括：外壳，安装面，接线端子，隔离变压器，输入输出线，光耦，Y电容和X电容，继电器，电感，母线电容，内部导线，PCB，IGBT，开关，接线端子，热敏电阻，保险管，绝缘垫片等。以额定最大输出电流加载，正常工作直到温度稳定，然后测试温度修正到最高额定环境温度（40℃或产品标注的更高的环境温度）所对应的值。修正后的最高温度不应超过UL1741标准Table 43.1和Table 43.2的要求且热保护器、过载保护器不应动作。
2.耐高压
在逆变器的输入输出回路与地之间施加1000V+2×Umax的工频电压持续一分钟，不允许出现电气击穿或漏电流过大的现象。在二次回路与地之间施加500V+2×Umax的工频电压持续一分钟，不允许出现电气击穿或漏电流过大的现象。如果逆变器中有浪涌保护器或其他压敏性器件、接地阻抗等与地连接的器件，施加电压前需要将其移除。
3.非正常测试
外壳上覆盖棉纱，或在柜体外面所有的通风处覆盖棉纱。外壳通过一个3A的快速响应熔丝接地。每个测试项目完成后进行耐高压测试。对于没有可复位的保护器件，当一个或多个部件短路或断路或者内部熔丝断开即可停止测试；对于有可复位保护器件的逆变器，如果自动复位则连续进行7h，如果手动复位则以最短的复位时间进行10个周期。如果没有任何异常状态发生则至少持续工作7小时至热平衡。测试过程中如果没有出现以下情况则判定通过该项测试：有火花或燃烧物质从开孔喷出、外壳烧焦或外面的纱布燃烧、外壳起火、外壳出现破孔以致可以通过它接触到带电体、接地熔丝断开、无法通过耐压测试。
非正常测试包括：输出过载、风扇堵转、零部件开短路、控制系统失效等测试项目。
4.导线拉力
针对产品安装完好后裸露在外壳外面的导线或接线盒内的导线施加拉力，在施加拉力前断开所有内部电气连接，考量线扣对导线的保护作用。外壳外的单股导线施加89N的拉力，持续一分钟；外壳外的电源线（双绝缘线）施加155.7N的拉力，持续一分钟；接线盒内的导线施加44.5N拉力，持续一分钟。导线不允许损坏或是产生位移。
二 并网保护要求
1.高低温储藏和工作
将逆变器分别放置在额定最低和最高储藏温度环境中72小时后，缓慢恢复到常温环境（例如25度），然后将逆变器分别放置在最低和最高工作环境温度下持续8小时，接着开机运转检查逆变器以下功能是否正常：逆变器是否能正常开关机、过欠压和过欠频保护功能是否完好、输出相位角是否平衡（三相机）、各项参数显示是否正确。
2.过欠压跳脱
通过模拟电网的可编程交流源输出斜坡方程确定逆变器的过欠压保护值，通过模拟电网的可编程交流源输出步进方程确定逆变器的过欠压保护时间，保护值和保护时间需满足IEEE1547标准的要求。30KW以下逆变器过欠压点可以固定或可调，30KW以上逆变器过欠压点必须可调。
3.过欠频跳脱
通过模拟电网的可编程交流源输出斜坡方程确定逆变器的过欠频保护值，通过模拟电网的可编程交流源输出步进方程确定逆变器的过欠频保护时间，保护值和保护时间需满足IEEE1547标准要求，30KW以下逆变器过欠频点可以固定或可调，30KW以上逆变器过欠频点必须可调。
4.防孤岛效应
取Q=1，负载比33%/66%/100%，无功负载95～105%。如果95%的切断时间大于96%的切断时间则要做94%的无功负载切断时间，直到切断时间呈下降趋势为止，以此类推，如果105%的切断时间大于104%的切断时间则要做106%的无功负载切断时间，直到切断时间呈下降趋势为止。在以上步骤测得的切断时间中选取最长时间的三个点再重复测试两次（总共三次），如果最长切断时间的三个点所处位置不连续（例如96%、98%、101%），则他们三者之间的所有点也要再重复测试两次（总共三次）。以上所有状态的切断时间都必须小于2秒钟。
5.恢复并网滞后时间
逆变器因自身故障或电网异常导致停机后恢复并网的电压值和频率值必须在以下范围：针对额定电压分别为208V/240V/277V的逆变器，恢复并网电压分别为184～220V/212～254V/245～293V；恢复并网频率为59.3～60.5Hz。并且在整个滞后时间内电压频率值应维持在该范围之内，如果滞后时间内某一时刻电压频率超出以上范围，则滞后时间必须重新计算。延迟时间最长不能超过五分钟，逆变器恢复并网的滞后时间必须在厂家宣称范围之内 （± 2秒）。
6.谐波
按照说明书和规格书连接好逆变器，将直流源和交流源参数设定为逆变器的额定输入和输出参数，调节逆变器输出33%的额定电流，依次测试每相的前40次谐波电流值和总谐波值，如果谐波值不断跳跃则需要取五分钟内的平均值。重复测量逆变器66%和100%额定输出电流下的谐波（负载比偏差不能超过5%）。单次谐波和总谐波不能超过IEEE1547标准的要求，基波为逆变器的满载输出电流。
7.非隔离逆变器附加要求
非隔离型逆变器必须自带输出泄漏电流保护装置，该装置必须至少每24小时自检一次，确保该装置功能正常，当该装置掉电或内部电路出现任何单一故障时要么逆变器从电网分离开，要么该装置仍然能够正常工作。非隔离逆变器必须自带太阳能板对地绝缘阻抗检测功能，逆变器必须通过并联一个阻抗去检测太阳能板的对地阻抗，如果阻抗过小则禁止并网并报错，该检测每24小时至少进行一次。非隔离逆变器必须具备冗余自动切断系统，例如双继电器结构，该自动切断系统在内部发生单一故障的情况下逆变器仍然可以及时切断输出。
参考文献
[1]UL1741 Standard for safety --- Inverters， Converters， Controllers and Interconnection System Equipment for Use With Distributed Energy Resources， Second edition， Version 7 Jan 2015
[2]IEEE 1547 Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems， Version 2003
关键词：光伏逆变器，安全，质量，性能，并网保护
北美地区对并网光伏逆变器的质量和性能要求主要集中在两方面，一是安全要求，二是并网保护要求。安全要求概括起来就是逆变器本身不能对用户和使用环境造成危害，并网保护要求概括起来就是逆变器必须具备对其接入的公共电网进行必要的保护的功能。下面将分别对这两方面要求进行阐述。
一 安全要求
1.产品正常工作温升要求
使用热电偶监测产品内部关键元件和外部机壳在正常工作情况下的温度，热电偶的布点包括：外壳，安装面，接线端子，隔离变压器，输入输出线，光耦，Y电容和X电容，继电器，电感，母线电容，内部导线，PCB，IGBT，开关，接线端子，热敏电阻，保险管，绝缘垫片等。以额定最大输出电流加载，正常工作直到温度稳定，然后测试温度修正到最高额定环境温度（40℃或产品标注的更高的环境温度）所对应的值。修正后的最高温度不应超过UL1741标准Table 43.1和Table 43.2的要求且热保护器、过载保护器不应动作。
2.耐高压
在逆变器的输入输出回路与地之间施加1000V+2×Umax的工频电压持续一分钟，不允许出现电气击穿或漏电流过大的现象。在二次回路与地之间施加500V+2×Umax的工频电压持续一分钟，不允许出现电气击穿或漏电流过大的现象。如果逆变器中有浪涌保护器或其他压敏性器件、接地阻抗等与地连接的器件，施加电压前需要将其移除。
3.非正常测试
外壳上覆盖棉纱，或在柜体外面所有的通风处覆盖棉纱。外壳通过一个3A的快速响应熔丝接地。每个测试项目完成后进行耐高压测试。对于没有可复位的保护器件，当一个或多个部件短路或断路或者内部熔丝断开即可停止测试；对于有可复位保护器件的逆变器，如果自动复位则连续进行7h，如果手动复位则以最短的复位时间进行10个周期。如果没有任何异常状态发生则至少持续工作7小时至热平衡。测试过程中如果没有出现以下情况则判定通过该项测试：有火花或燃烧物质从开孔喷出、外壳烧焦或外面的纱布燃烧、外壳起火、外壳出现破孔以致可以通过它接触到带电体、接地熔丝断开、无法通过耐压测试。
非正常测试包括：输出过载、风扇堵转、零部件开短路、控制系统失效等测试项目。
4.导线拉力
针对产品安装完好后裸露在外壳外面的导线或接线盒内的导线施加拉力，在施加拉力前断开所有内部电气连接，考量线扣对导线的保护作用。外壳外的单股导线施加89N的拉力，持续一分钟；外壳外的电源线（双绝缘线）施加155.7N的拉力，持续一分钟；接线盒内的导线施加44.5N拉力，持续一分钟。导线不允许损坏或是产生位移。
二 并网保护要求
1.高低温储藏和工作
将逆变器分别放置在额定最低和最高储藏温度环境中72小时后，缓慢恢复到常温环境（例如25度），然后将逆变器分别放置在最低和最高工作环境温度下持续8小时，接着开机运转检查逆变器以下功能是否正常：逆变器是否能正常开关机、过欠压和过欠频保护功能是否完好、输出相位角是否平衡（三相机）、各项参数显示是否正确。
2.过欠压跳脱
通过模拟电网的可编程交流源输出斜坡方程确定逆变器的过欠压保护值，通过模拟电网的可编程交流源输出步进方程确定逆变器的过欠压保护时间，保护值和保护时间需满足IEEE1547标准的要求。30KW以下逆变器过欠压点可以固定或可调，30KW以上逆变器过欠压点必须可调。
3.过欠频跳脱
通过模拟电网的可编程交流源输出斜坡方程确定逆变器的过欠频保护值，通过模拟电网的可编程交流源输出步进方程确定逆变器的过欠频保护时间，保护值和保护时间需满足IEEE1547标准要求，30KW以下逆变器过欠频点可以固定或可调，30KW以上逆变器过欠频点必须可调。
4.防孤岛效应
取Q=1，负载比33%/66%/100%，无功负载95～105%。如果95%的切断时间大于96%的切断时间则要做94%的无功负载切断时间，直到切断时间呈下降趋势为止，以此类推，如果105%的切断时间大于104%的切断时间则要做106%的无功负载切断时间，直到切断时间呈下降趋势为止。在以上步骤测得的切断时间中选取最长时间的三个点再重复测试两次（总共三次），如果最长切断时间的三个点所处位置不连续（例如96%、98%、101%），则他们三者之间的所有点也要再重复测试两次（总共三次）。以上所有状态的切断时间都必须小于2秒钟。
5.恢复并网滞后时间
逆变器因自身故障或电网异常导致停机后恢复并网的电压值和频率值必须在以下范围：针对额定电压分别为208V/240V/277V的逆变器，恢复并网电压分别为184～220V/212～254V/245～293V；恢复并网频率为59.3～60.5Hz。并且在整个滞后时间内电压频率值应维持在该范围之内，如果滞后时间内某一时刻电压频率超出以上范围，则滞后时间必须重新计算。延迟时间最长不能超过五分钟，逆变器恢复并网的滞后时间必须在厂家宣称范围之内 （± 2秒）。
6.谐波
按照说明书和规格书连接好逆变器，将直流源和交流源参数设定为逆变器的额定输入和输出参数，调节逆变器输出33%的额定电流，依次测试每相的前40次谐波电流值和总谐波值，如果谐波值不断跳跃则需要取五分钟内的平均值。重复测量逆变器66%和100%额定输出电流下的谐波（负载比偏差不能超过5%）。单次谐波和总谐波不能超过IEEE1547标准的要求，基波为逆变器的满载输出电流。
7.非隔离逆变器附加要求
非隔离型逆变器必须自带输出泄漏电流保护装置，该装置必须至少每24小时自检一次，确保该装置功能正常，当该装置掉电或内部电路出现任何单一故障时要么逆变器从电网分离开，要么该装置仍然能够正常工作。非隔离逆变器必须自带太阳能板对地绝缘阻抗检测功能，逆变器必须通过并联一个阻抗去检测太阳能板的对地阻抗，如果阻抗过小则禁止并网并报错，该检测每24小时至少进行一次。非隔离逆变器必须具备冗余自动切断系统，例如双继电器结构，该自动切断系统在内部发生单一故障的情况下逆变器仍然可以及时切断输出。
参考文献
[1]UL1741 Standard for safety --- Inverters， Converters， Controllers and Interconnection System Equipment for Use With Distributed Energy Resources， Second edition， Version 7 Jan 2015
[2]IEEE 1547 Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems， Version 2003