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光伏逆变器引起的高频发射原位测量

时间:2014-10-29 来源:世纪新能源 编辑:编辑部 点击:次 字体设置:

随着现代光伏安装的急速增加,制造商们也在用不同的兼容标准以宣称符合有关法规要求,例如欧洲EMC指令。这些所谓的兼容标准其实并未遵循欧洲EMC指令(的基本要求),更大程度上是寻求便利最大化,成本最低化。一些生产商仅在逆变器上安装以太网接口,就宣称其相当于一台可适用于IT设备的电脑。而过长的直流母线又会像天线一样产生电磁现象,目前却没有发行直流母线的相关标准。本文呈现的实验数据显示,光伏逆变器正在成为严重电磁干扰的原因,更谈不上符合EMC规范。

  一、简介

  最近,由于光伏安装引起的对无线接收电磁干扰的投诉急剧增加。各国政府都大力补贴替代能源,其数量也在快速增长。并网逆变器必须符合欧盟共同市场中的国际协调标准。初步调查显示,一些供应商们会采用一种创新方法以满足最简单的电磁适应性(EMC)要求。实际上,这些供应商误用了其他产品而非逆变器的产品标准。

  在Hamza等人的文章中,他们研究了一个固定安装的电网捆绑式光伏系统。其传导EMI测量结果显示在光伏系统的直流侧上传播着大量由逆变器模块所产生的发射。在Areneo等人的研究中报道了大型的光伏安装。他们的实验结果表明直流电缆会形成电导耦合路径,也可能会成为一根天线。Piazza等人的研究表明直流电缆是完美的天线。在该文章中还显示了RF的相互作用和有害的发射测量结果。在文中,研究了高功率 >10 kW光伏安装,在文中,研究了低功率 < 3kW的光伏安装。

  本文使用原位测量研究了住宅环境中三个不同低功率(< 3kW)转换逆变器所引起的干扰,并且对比了来自三个供应商的符合性声明。

  二、欧洲EMC指令

  欧洲EMC指令的前言2中说到:

  各成员国应负责确保无线电通讯,包括无线电广播接收和业余无线电业务运行符合国际电信联盟(ITU)无线电条例,供电网络,通讯网络以及与其连接的设备都进行了防电磁干扰保护。

  在该指令前言 13中说到:

  一旦在欧盟官方杂志上出版了需要参考此类标准,那么符合这类标准的规定则即为假定应符合其相关基本要求,尽管也应该允许采用其它方式来证明其符合性。

  这就意味着国家机构应负责控制并检查产品能够满足基本要求(第 5条),并且如果产品未能满足基本要求,那么这些产品就会被要求下市。

  然而,荷兰的执法人员,Agentschap电信,确实只是重点检查设备是否满足协调标准,而不考虑是否违反了指令的基本要求。实际上,在几乎所有的欧洲国家,负责执行法律的国家机构都因为预算限制问题而无法阻止不良供应商违反这些基本要求。

  在西德德意志无线电广播在电视上播出了正确地应用欧洲EMC指令第5条(基本要求)和第6条(在协调标准基础之上的符合性假设)的案例[7]。

  大家都知道市场监督存在问题[8,9],但是在欧洲各成员国之间的差异也是非常大的。

      三、光伏安装与测量设置

  光伏安装是由与直流总线连接的光伏管或者“太阳能板”组成的。直流电压会被转换成为50 Hz 的正弦电压,接着该电压会通过光伏逆变器被供给电网。从而光伏逆变器就可以把太阳能转换到电网上。荷兰当地的电网连接安装《NEN 1010》条例允许将低功率≤ 600 VA直接连接到插座上,而不需要采取特殊的措施。能够提供更大功率(>600 VA)的光伏逆变器应连接在一根带保险丝的独立馈线上。在该馈线上,不允许连接任何其它设备。荷兰低电压(230 V)网系统标准(NEN 1010)中会要求这一点,是因为如果输出功率到电网,那么电流会“流过”保险丝。当将设备连接在同一根保险丝上时,例如,16 A保险丝,那么光伏安装就从您的光伏逆变器上输出了10 A电流到保险丝,那么该设备应使用26A的默认电流才能熔断保险丝,这不是大家想要的结果。

  图1显示的是用于测量的Fischer Custom Communications F-35 与Rigol DSA 815频谱分析仪。尽管直流总线上有不同的CM模式电流测量方法,但是在本文的情况下,是不太可能打开DC总线,与线路阻抗稳压网络相连的。

  三个逆变器的测量设置都是相同的。使用两根线夹紧直流总线,以防止直流夹具的饱和,并测量高频共模(CM)电流。在打开或者关闭逆变器开关的情况下,进行了直流总线测量。这样做是为了检查逆变器是否会引起CM电流。CM电流环路是由实际的安装所产生的,因此必须在原位进行测量。

  第一次测量于01月31日,星期五,协调时间08:00在荷兰斯哈亨进行。
 



                        图 1:测量设置
 



                        图 2:30m电缆的 Soladin 600发射
 



                        图 3:带业余无线电天线的光伏管

  有一位业余无线电操作员投诉在接受其它业余无线电时本底噪音及干扰都增加了。

      图3所示的光伏安装,使用了大约30米的直流电缆,这个电缆的作用就像是完美的HF(高频)调谐天线带。在一年多以前就测量过直流和交流电网连接的发射,以诊断该安装中的干扰问题。图2中显示的是当时测量的一个快照。我们努力想要找出业务无线电操作员所投诉的干扰源。我们将电缆剪短了几米,以减少无用“天线”(直流电缆)的有效性。这么做极大地降低了干扰,但是依然还不够。
 



                 图4:SMA sunnyboy (红色) 和 Soladin 600 (蓝色1)

  四、直流总线传导发射对高频带的干扰

  我们进行了直流电缆的发射测量。业余无线电操作员利用两个不同的逆变器,两个来自 SMA (类型:Sunny Boy)、一个来自 Mastervolt(类型:Soladin 600),如图4所示。就在日出之后就马上进行了测量,因为当时传送到电网的功率相当低。两个逆变器的结果如图5和图6所示。

  最高达到5 MHz时,来自SMA逆变器的发射比来自Soladin逆变器的发射要低为10-20 dB。在5MHz以上时,来自SMA逆变器的发射与来自Soladin逆变器的发射为同一个数量级。对于此范围内的一些频率来说,例如,10MHz和50MHz,来自Soladin的发射明显更高一些。当收听10MHz业余无线电频段时,噪音发散相当得大,SMA Sunny boy的噪音几乎要小10-20 dB。

  在另一个位置我们也测量了另外一个Soladin 600。测量是在一个阳光明媚的早晨进行的,输送至电网的功率相比较之前有所增加。该逆变器安装在一个移动的架子上,向着太阳,如图7所示。图8显示的是测量结果图,单位为dBμV。直流电缆的长度为2米。与该早晨之前的第一次测量相比,在直流电缆上更高频率发射噪声确实有所增加。

  第三个测量的逆变器为安装在普通家庭屋顶上的Omnik逆变器,带12光伏太阳能板,如图9所示。有两根直流总线连接,因此每根总线上有6块太阳能板。

  Omnik逆变器安装在阁楼上。阁楼中没有住人,仅用于存储设备和家具。因此,来自其他电网连接设备的任何背景干扰只是来自当地的电网。

 



                                 图 5:低太阳能功率测量Soladin
 



                                图 6: Soladin (蓝色) SMA (红色) 光谱测量
 



                         图7:移动的光伏阵列, Soladin安装在背面
 



                         图8:太阳照明较大的测量值

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