中德光伏发电并网标准技术要求异同分析

黄晶生，刘美茵，陈志磊，夏烈，董玮

（中国电力科学研究院，江苏南京 210003）

德国自1997年起实施“10万太阳屋顶计划”，成为较早关注太阳能光伏发展的国家。2000年，德国推行EEG法案，高额的补贴激励政策促使德国光伏市场呈现井喷式增长，引领德国成为光伏应用大国，其光伏发电总装机容量始终居于世界前列。为了鼓励国内光伏市场的快速发展，我国政府密集出台了多项光伏发电激励政策，随着政策陆续落地，将进一步促进光伏装机容量的增长，按照国家能源局正式发布的《太阳能发电发展“十二五”规划》，到2015年底，我国太阳能发电装机容量将超过35 GW。在光伏发电得到空前发展的同时，由于光伏发电区别于常规能源，自身固有波动性、随机性等特征，大规模的光伏发电接入将带来电网安全稳定性问题[1]。德国与中国两大光伏发展大国，均制定相关标准规范光伏发电并网行为，针对光伏发电低电压穿越能力、功率控制能力、电能质量等性能指标提出技术要求。

1 光伏并网标准体系对比

国际电工委员会（IEC）标准在光伏组件、平衡部件及辅件等方面具备较为完备的标准体系，但针对并网接入的标准相对欠缺，仅颁布IEC 61727、IEC 62116等几项并网发电标准。2013年，由国家电网公司牵头发起的IEC“大容量可再生能源接入电网”分技术委员会通过投票，负责大容量可再生能源发电并网技术领域的国际标准化工作，填补了IEC未专门成立针对光伏发电并网标准的技术委员会（TC、SC）及工作组（WG）的空白，12月由中国电科院发起的中国首个光伏系统领域IEC标准《并网光伏逆变器低电压穿越测试规程》获得正式标准号，标志着IEC光伏并网标准正在完善，但难以在短期内形成体系化。

德国主要依据已基本形成体系的德国国内并网标准，特别在2008年颁布BDEW标准[2]，针对包括光伏发电在内的可再生能源接入中压并网提出并网指标要求。2012年实施的EEG可再生能源法案修订版规定[3]，光伏发电系统接入电网，应用的发电设备需通过并网认证。认证标准按照电压等级区分，接入低压、中压与高压电网的发电设备所依据的标准分别为VDE-AR-N4105[4]、BDEW和Transmission Code 2007[5]。德国大容量光伏发电系统以接入中压电网为主，针对分布式光伏发电系统，通常按照接入电压等级依据VDE-AR-N4105及BDEW等适用于中低压电网等级的标准，因此，BDEW并网导则是德国并网发电设备及光伏电站并网测试依据的最主要标准，用于详细规范光伏逆变器及光伏发电系统并网性能技术要求。

中国于2005年颁布国标GB/Z 19964-2005《光伏发电站接入电力系统技术规定》[6]及GB/T 19939-2005《光伏系统并网技术要求》[7]，2006年等同采用IEC 61727形成国标GB/T 20046-2006《光伏（PV）系统电网接口特性》[8]等标准，均用于规范光伏并网技术指标，但由于光伏尚未呈现规模化发展，上述标准未得到规范执行。2011年，国家电网公司企标Q/GDW617-2011《光伏电站接入电网技术规定》[9]正式颁布实施，此标准在光伏并网逆变器及光伏电站并网性能检测工作中得到广泛应用。2013年6月1日，正式实施的2项国标GB/T 19964-2012[10及GB/T 29319-2012《光伏发电系统接入配电网技术规定》[11]，针对接入不同电压等级的光伏电站采用提出标准规范，中国光伏电站目前多以大规模集中接入为主，其中GB/T 19964-2012针对接入中高压电网的标准，该标准为GB/Z 19964-2005的修订版本，由2005的指导性文件变更为推荐性文件，取代企标Q/GDW 617已成为中国现行光伏发电接入的重要标准。另外，我国分布式光伏发电系统并网检测标准目前已制定多项国家标准、行业标准及企业标准，光伏发电标准体系逐步完善。

在并网光伏发电标准领域，德国起步较早，形成了以电压等级、电源类型等进行详细区别的标准体系，并结合国家能源法案提出的补贴政策形成强制性执行手段，保证了标准对光伏发电行业整体规范作用。中国在光伏标准制定方面逐步形成体系，在多方努力下已建立了相对完整的标准框架，但在标准解读和贯彻执行方面仍需完善。德国和中国的现行主要光伏并网标准如表1所示，本文主要针对德国和中国目前采用最为广泛的2项标准BDEW及国标GB/T 19964-2012，开展异同性对比分析。

表1 德国和中国主要的光伏并网标准对比Tab. 1 Comparison of major PV grid standards between Germany and China

2 BDEW及GB/T 19964总体概况对比

BDEW适用于规划、建设、运行和改造接入中压电网运行的光伏电站及并网点在低压电网，但公共连接点在中压电网的光伏电站。对于并网点在中压电网，但接入点在高压或特高压电网的光伏电站，以及并网点、公共连接点均在低压电网的光伏电站均不适用。

GB/T 19964适用于通过35 kV及以上电压等级并网，以及通过10 kV电压等级与公共电网连接的新建、改建和扩建光伏发电站。

3 光伏发电并网技术要求对比

BDEW针对光伏发电单元及光伏发电系统的电气性能测试，测试项目包括标准内规定了电能质量、功率及电压调节、暂态稳定性等测试方法及参数指标。

GB/T 19964-2012针对光伏电站并网性能、功率预测、仿真模型和参数、二次系统等均作出了技术要求。

两项标准并网性能测试项目均包括：有功功率、无功功率、电能质量（电压质量）、低电压穿越（暂态稳定性）测试、运行适应性（脱网）等，区别在于BDEW要求开展脱网重联测试，国标并网测试未提出该技术要求。

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3.1 有功功率测试技术要求对比

BDEW中针对有功功率测试项目，包括：1）有功功率最大值测试，目的是评估光伏发电最大有功功率；2）升率控制，目的是评估光伏发电能否以按照规定值的斜率进行功率控制；3）设定点控制，目的是评估光伏发电能否按照设定值曲线进行定量控制；4）过频降额控制，目的是评估光伏发电在频率变化时能否按照设定曲线降低有功功率输出，具体技术要求见表2。

表2 BDEW有功功率测试项目及技术要求Tab. 2 Active power test items and technical requirements in BDEW

国标GB/T 19964-2012中主要考虑光伏电站现场测试时的有功功率输出及控制情况，同时采集有功功率、总辐照度及组件温度等参数，测试项目包括有功功率输出特性、有功功率变化及有功功率控制能力[13]，具体技术要求见表3。

3.2 无功功率测试技术要求对比

BDEW中针对无功功率测试主要包括有功（无功）特性、设定点控制、无功阶跃响应，目的是评价光伏发电在不同有功功率区间内无功的最大输出能力，及根据给定设定曲线的无功功率控制能力及响应能力，具体技术要求见表4。

表3 GB/T 19964-2012有功功率测试项目及技术要求Tab. 3 Active power test items and technical requirements in GB/T 19964-2012

表4 BDEW无功功率测试项目及技术要求Tab. 4 Reactive power test items and technical requirements in BDEW

国标GB/T 19964-2012针对光伏电站的无功电源、无功容量配置、电压控制提出了详细要求，测试项目主要包括无功功率输出特性及控制能力测试，对应于表4的设定点控制与无功阶跃响应两项测试，测试方法及技术要求相同。针对PQ输出特性曲线的技术要求为如图1所示。

图1 逆变器无功出力范围Fig. 1 Reactive power range of the inverter

3.3 电能质量测试技术要求对比

电能质量测试中，BDEW主要包括开关操作、闪变、谐波、间谐波及高频分量，评价开关操作过程和连续运行时产生的闪变，从容许电压变化率的角度考虑，光伏发电系统开关操作引起的最大电压变化率上限值为2%；连续运行的长时闪变上限值为0.46；评价谐波、间谐波及高频分量的限值，根据谐波电流、并网点短路功率、光伏电站容量等具体参数计算决定，电能质量技术要求详见表5。

国标GB/T 19964—2012包括电压偏差、电压波动及闪变、谐波及间谐波、电压不平衡度，与各项测试相对应的国家标准[14-19]提供具体的技术指标要求。

表5 电能质量测试项目Tab. 5 Voltage quality test items and technical requirements

表6 BDEW电能质量测试项目及技术要求Tab. 6 Voltage quality test items and technical requirements in BDEW

3.4 低电压穿越测试技术要求对比

低电压穿越测试为并网性能测试中较重要的测试项目，主要考核光伏电站在电网发生暂态故障时，能否在一定时间内维持并网运行的能力。可再生能源发展早期，德国即对低电压穿越提出要求，目前BDEW中低电压穿越技术要求主要参考BDEW及Transmission Code 2007。GB/T 19964—2012中在以前标准基础上增加了零电压穿越的要求，但鉴于两国电网情况不同，两项标准中低电压穿越的各项指标有所差异。德标BDEW中关于低电压穿越曲线分为两种类型，光伏发电属于类型2（类型1为同步发电机），低电压穿越曲线如图2所示。

图2 两项标准中针对光伏发电低电压穿越技术要求曲线Fig. 2 Demand curves in the two standards for PV power generation with the lvrt technology

德国、中国标准均要求光伏电站在并网点电压跌落至0时，能够不脱网连续运行0.15 s，但在其他电压跌落点处要求持续运行时间不同。另外，关于低电压穿越测试的其他技术要求也不尽相同，如表7所示。

表7 BDEW及GB/T 19964低电压穿越测试要求Tab. 7 lvrt testing comparison between BDEW and GB/T 19964

BDEW中针对无功电流要求包括无功电流注入值、建立时间、稳定时间、设定值容限范围等，其中无功电流注入值与电网电压跌落深度之间的关系定义为K系数，数学表达式为：

式中，ΔIB为无功电流变化值；ΔU为并网点电压变化值；In、Un为并网点电流、电压额定值。

BDEW中要求K系数至少为2，通常测试要求K=2或者K=3，死区范围为±10%Un，此区间内不考虑无功电流注入。

图3 BDEW无功电流技术要求曲线Fig. 3 Reactive current technology demand curve in BDEW

无功电流设定值容限范围为[-10%In，20%In]，在对称故障时无功电流范围为[90%In，120%In]，两相不对称故障时无功电流范围为[30%In，60%In]，建立时间应≤30 ms，稳定时间应≤60 ms。

GB/T 19964标准要求通过220 kV（或330 kV）光伏发电汇集系统升压至500 kV（或750 kV）电压等级接入电网的光伏发电站群中的光伏发电站，当电力系统发生短路故障引起电压跌落时，光伏发电站注入电网的动态无功电流应满足以下要求：

自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30 ms。

自动态无功电流响应起直到电压恢复至0.9 pu期间，光伏发电站注入电力系统的无功电流IT应实时跟踪并网点电压变化，并应满足：

式中，UT为光伏发电站并网点电压标幺值；In为光伏发电站额定电流。

3.5 其他测试技术要求对比

BDEW及GB/T 19964针对运行适应性技术要求目的不同，BDEW脱网测试为评估光伏发电单元过/欠频及过/欠压保护阈值及时间，GB/T 19964为保证光伏电站在频率及电压设定区间内不脱网连续运行，具备电网运行适应性。

另外，BDEW中要求光伏发电单元脱网重联测试，用于检验保护装置过/欠频及欠压的保护动作，在GB/T 19964中针对继电保护及安全自动装置中提出了针对保护装置的技术要求。

4 结论

通过对比两项标准中适用范围、测试项目，并针对主要的并网性能技术要求详细对比分析，可以看出，两项标准中有功功率、无功功率、电能质量的部分测试子项及技术要求基本一致，但多数的测试子项有所区别，低电压穿越在曲线要求及无功电流注入等方面均具有一定的差异。通过德国与中国两项主要并网标准的比对，对于掌握两国光伏发电逆变器及光伏发电站并网测试标准，指导光伏逆变器产品研发、测试与认证及海外市场的拓展具有重要意义。

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