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光伏逆变器各市场并网要求——防孤岛、低电压穿越与各国并网规范

比较分析光伏逆变器在主要市场的并网要求差异,涵盖防孤岛方法、电压和频率穿越、无功功率能力,以及中国GB/T 19964与GB/T 37408基准标准与VDE-AR-N 4105、IEEE 1547、AS/NZS 4777.2、G98/G99、NRS 097、CREG等市场专项规范的关系。

并网规范与产品安全标准的区别

通过产品安全标准(如IEC 62109-1/2或EN 50549)认证的光伏逆变器,若其固件和并网交互参数不符合目标市场的本地并网规范,仍可能无法获得并网批准。产品安全标准与并网规范的监管目的不同,管理机构也不同。

产品安全标准关注电气安全、EMC及基本功能性能,由认可测试实验室核验,并颁发产品级证书或认证。相比之下,并网规范是国家能源监管机构或电网运营商发布的技术规范,规定分布式能源资源并网后的行为要求。并网规范合规通常通过指定实验室的型式试验进行验证,由电网运营商或监管机构(而非产品认证机构)负责并网批准流程。

实际影响:一台光伏逆变器可能持有有效的CE标志和IEC 62109测试证书,但在德国、澳大利亚或英国电网合法并网前,仍需进行固件重新配置、额外型式试验和独立的并网批准。涉及的参数包括:防孤岛检测方法、电压和频率穿越(LVRT/HVRT/LFRT)、无功功率调节(Q(U)或功率因数控制)、有功功率限制,以及通信接口要求。

中国自身的并网规范——主要包括适用于公用事业级电站的《GB/T 19964—2012 光伏发电站接入电力系统技术规定》和适用于逆变器级要求的《GB/T 37408—2019 光伏发电并网逆变器技术要求》——构成国内基准。这些标准对中国境内并网具有强制性,是逆变器制造商面向出口市场适配前需具备的技术基础。

欧洲:VDE-AR-N 4105、EN 50549与欧盟电网规范

VDE-AR-N 4105:2018——低压配电网并网发电系统是德国针对低压电网(1 kV以下)并网逆变器及其他发电设备的应用规则。该规则规定了频率和电压运行范围、电网故障后的重新并网条件、电压-无功功率调节特性(Q(U)特性)、过频率响应时的有功功率限制,以及要求配置经VDE-AR-N 4105附录A认证的ENS(带配套开关设备的电网监测装置)防孤岛单元。VDE-AR-N 4105通过电网运营商并网协议对进入德国市场的逆变器具有技术约束力,在其他德语市场(奥地利、瑞士)及更广泛的欧洲电网运营商中也被广泛引用。

EN 50549-1:2019(低压)和EN 50549-2:2019(中压)是关于并网发电设备与配电网并联运行要求的欧洲协调标准。这两项标准为1 MW以下(EN 50549-1)及1 MW至《发电机组要求》(RfG)法规门槛(EN 50549-2)的发电机组提供符合欧盟电网规范的推定符合性。欧盟《发电机组要求网络规范》(NC RfG,欧盟委员会法规(EU)2016/631)为大型发电机组制定了全欧洲统一的频率和电压穿越、无功功率能力及故障穿越要求,由各国电网运营商通过国家实施框架执行。

与中国标准的主要防孤岛差异:VDE-AR-N 4105在过/欠电压和过/欠频率继电保护之外,还要求有源防孤岛检测(通常采用频率漂移方法,如MFR或AFD)。中国《GB/T 37408》同样强制要求有源防孤岛,但具体检测阈值、重新并网延时(VDE-AR-N 4105规定电网故障后须至少等待60秒方可重新并网)及ENS认证路径不同,须根据目标国电网运营商要求逐一核实。

北美、澳大利亚与英国:IEEE 1547、AS/NZS 4777.2与G98/G99

IEEE 1547:2018——分布式能源互联与互操作标准是美国主要的分布式能源并网互联标准,已被大多数美国电力公司和各州并网程序采用。与2003年版相比,2018年修订版显著提高了要求:强制要求电压和频率穿越(异常运行性能类别Cat I、II、III,允许脱网程度依次降低)、无功功率提供能力(铭牌视在功率的±44%的Q能力)、过频率响应时的有功功率限制,以及包括通信接口(Modbus或SunSpec)在内的互操作性要求。要求通过跳闸检测在2秒内识别非计划孤岛并断开。IEEE 1547合规性通过UL 1741 SA(补充件A)验证——即美国合规测试标准。

AS/NZS 4777.2:2020——通过逆变器并网的能源系统,第2部分:逆变器要求是澳大利亚和新西兰的逆变器并网标准。主要要求包括:频率运行范围47–52 Hz(50 Hz电网);通过有源频率漂移(Sandia频率漂移或等效方法)实现防孤岛;电压-有功功率(Volt-Watt)和电压-无功功率(Volt-Var)响应模式(强制);功率输出变化的爬坡速率;以及用于电网运营商命令限电的需求响应模式(AS/NZS 4777.2 模式0–6)。逆变器须由认可实验室按AS/NZS 4777.2完成测试,并在清洁能源委员会(CEC)批准逆变器名录中登记,方可接入澳大利亚电网。

工程建议书G98(第1版,第4号修订,2019年)和G99(第1版,第6号修订,2022年)由英国能源网络协会(ENA)发布。G98适用于低压端每相不超过16 A的发电机组;G99适用于更大容量发电机组。两者均规定了电压和频率穿越要求、无功功率能力(G99)及防孤岛检测(失网检测,LoM)。频率变化率(RoCoF)保护定值——G98和G99均要求不超过1 Hz/s——是针对电网频率事故引入的重大变化,来自其他市场的逆变器需更新固件以符合这一英国专项要求。

新兴市场:NRS 097、CREG与并网规范适配原则

NRS 097-2-1:2017——嵌入式发电并网,第2-1部分:小型嵌入式发电是南非小型嵌入式发电机组(SSEG,通常不超过1 MVA)的并网规范,由南非国家能源监管局(NERSA)以及Eskom和市政电力公司等电网分销商管理。NRS 097规定了频率运行范围(正常49–51 Hz,扩展穿越47–52 Hz)、电压运行限值、防孤岛(须有源检测)、功率因数和重新并网延时要求。大型公用事业级光伏电站须遵守NERSA《可再生能源电站并网规范》(RPPs),该规范对LVRT、无功功率和故障穿越的要求更为严格,与国际并网规范惯例接轨。

CREG(能源与天然气监管委员会)是哥伦比亚能源和天然气监管机构。CREG 2015年第024号决议及后续决议规定了哥伦比亚分布式发电(包括光伏系统)并网的技术要求。哥伦比亚采用60 Hz电网,这意味着针对50 Hz市场(欧洲、澳大利亚、中国)设计的光伏逆变器需进行频率范围重新配置和重新核验。CREG要求涵盖电压和频率容差、功率因数、谐波失真限值及防孤岛。类似的60 Hz并网规范考量同样适用于中美洲市场和菲律宾。

出口市场并网规范适配有三条基本原则。其一,频率基础设施不可妥协:逆变器标称频率必须与电网匹配(欧洲、非洲、亚太地区为50 Hz;北美、拉丁美洲大部分地区及亚洲部分地区为60 Hz)。具备多频率能力的逆变器若同时面向两类市场,须在两种频率下分别完成型式试验。其二,成熟市场的穿越要求通常比中国基准标准《GB/T 19964》更为严格——电压跌落曲线、持续时长和故障期间的无功电流注入要求,在欧洲、美国和澳大利亚规范中均普遍高于中国标准。其三,防孤岛方法认证因国而异:德国的ENS认证、澳大利亚的CEC批准和美国的UL 1741 SA认证不能相互替代,即便底层检测算法相同。