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光伏(PV)电力系统的电力转换设备(PCE)的EMC测试简介


  IEC 62920:2017标准规定了用于光伏(PV)电力系统的电力转换设备(PCE)的电磁兼容性(EMC)要求。

  该标准规定的PCE可以是并网型的,称为并网电源转换器(GCPC),也可以是离网的。它可以由一个或多个各种光伏组件阵列组成,并且可以与电池或其他形式的能量存储器一起使用。这不仅包括连接到低压电网或其他低压交流电源设备的PCE,还包括连接到中压或高压电网的PCE,连接到中压或高压交流电网的PCE的要求在本文档中有特殊的规定。

  1,一般试验要求

  1.1,电力转换设备(PCE)的分类

  为了与基本、通用和产品系列标准保持一致,件根据环境类别定义了两类设备,A类和B类。

  其中:A类PCE适用于非住宅环境,A类PCE满足A级要求;

  B类PCE适用于居住环境,B类PCE满足B级要求。

  图1为电力转换设备(PCE)的安装环境示例图。

  

图1 -电力转换设备(PCE)的安装环境示例图

  1.2,试验期间工作模式

  A:待机模式:PCE连接到交流电源并通电,但不向交流电源或电能存储设备发电或供电。直流电源端口的电压电平不需要在额定工作范围内。

  B:向交流电网供电和/或从电能储存装置放电的运行模式:PCE要在额定运行点运行。

  C:从光伏模块和/或交流电网对蓄电装置充电的运行模式:PCE应在额定运行点运行。

  2,抗扰度要求

  2.1,抗扰度要求如图2~图5所示。

  

图2 -A类PCE抗扰度需求

  

图3 -B类PCE抗扰度需求

  

图4- A类PCE电压跌落和短时中断需求

  

图5- B类PCE电压跌落和短时中断需求

  2.2,性能判据如图六所示。

  

图6 -抗扰度试验性能判据

  3,发射要求

  3.1,低频发射

  仅对连接到低压电网的PCE交流主电源端口进行低频发射测试,不适用于中高压PCE。

  图7为75A以下谐波的评估和测试程序流程图,图8为75A以下电压波动和闪烁的评估和测试程序流程图。

  

图7- 75A以下谐波的评估和测试程序流程图

  

图8 -75A以下电压波动和闪烁的评估和测试程序流程图

  3.2,高频发射

  3.2.1 传导发射

  3.2.1.1 AC端口传导发射限值,如图9、图10所示。

  

图9- A类PCE的AC端口传导发射限值

  

图10- B类PCE的AC端口传导发射限值

  3.2.1.2 DC端口传导发射限值,如图11、图12所示。

  

图11- A类PCE的DC端口传导发射限值

  

图12 -B类PCE的DC端口传导发射限值

  3.2.1.3 有线网络及信号、控制端口传导发射限值,如图13、图14所示。

  

图13- A类PCE的有线网络及信号、控制端口传导发射限值

  

图14- B类PCE的有线网络及信号、控制端口传导发射限值

  3.2.2 辐射发射

  图15、图16分别为A类、B类PCE的辐射发射限值。

  

图15- A类PCE的辐射发射发射限值

  注意:

  1,只有小型和中型的PCE才能允许测量距离小于10米(采用3米或5米的测试距离)。

  2,小型PCE:设备(包括其电缆)安装在直径为1.5m、高度为1.5m(至地平面)的假想圆柱形试验体积中,在3m的测量距离处进行测量。

  3,中型PCE:设备(包括其电缆)安装在直径为2m、高度为2m(至地平面)的假想圆柱形试验体积中,在5m的测量距离处进行测量。

  4,根据实际功率选择对应的限值。

  

图16- B类PCE的辐射发射发射限值

  注意:

  1,3m测试距离仅适用于小型设备。

  2,5m测试距离仅适用于中型设备。

  4,参考试验布置(以壁挂式PCE布置为例)

  4.1,静电放电抗扰度试验布置

  PCE应安装在绝缘支架上,高度高于地面基准面0.8 m,PCE与试验室墙壁之间以及PCE与任何其他金属结构之间应保持不小于0.8 m的距离。PCE应根据其安装手册接地,不允许额外的接地连接。在试验室进行试验时,地面基准面应放置在试验室地板上。

  如果壁挂式PCE的支撑材料放置在金属接地平面上,则不需要IEC 61000-4-2中规定的水平耦合平面。

  图17、图18分别为直接、间接放电布置图。

  

图17 -直接放电布置图

  

图18 -间接放电布置图

  4.2,辐射抗扰度试验布置

  图19为壁挂式PCE的辐射抗扰度布置图。PCE应安装在绝缘支架上,可以使用木架安装PCE,高于地面基准面0.8 m,安装方式与制造商的安装说明相同。电缆应按照制造商的安装手册进行布线。除非制造商要求使用特定电缆,否则应使用非屏蔽和平行导线。如果制造商的安装规范要求电源和信号电缆以及连接到外围设备的电缆长度小于或等于3m,则应采用所需长度。如果规定电缆长度大于3m或未规定,则暴露在电磁场中的电缆的最短长度为1m。多余的电缆应通过去耦钳去耦。

  

图19 -辐射抗扰度布置图

  4.3,EFT抗扰度试验布置

  图20、图21分别为CDN直接注入布置图、容性耦合夹注入布置图。

  通过CDN直接耦合EFT/B干扰电压是耦合到电源端口的首选方法,如果直接注入不可行,则使用容性耦合夹将EFT干扰脉冲施加到直流电源端口。当PCE具有两个或多个辅助电源端口时,应按顺序向这些端口中的每个端口施加测试电压。

  PCE与所有其他导电结构(包括试验室墙壁)之间的最小距离(接地基准面除外)应大于0.5m。EFT发生器和CDN应连接到接地基准平面。

  连接到PCE的所有电缆应通过厚度为(0.1±0.01)m的木质材料或绝缘材料与接地基准面隔离。

  

图20 -EFT布置图(CDN直接注入)

  

图21- EFT布置图(容性耦合夹注入)

  4.4,雷击/浪涌抗扰度试验布置

  图22为交流端口试验布置图,图23为直流端口试验布置图。

  

图22-交流端口试验布置图

  

图23-直流端口试验布置图

  4.5,传导抗扰度试验布置

  壁挂式PC应在地面基准面上方(0.1±0.05)m高度的绝缘支架上进行测试。可以使用木架安装PCE。连接到PCE的所有电缆应通过厚度至少为30mm。PCE和任何金属物体(试验设备除外)之间的最小距离应为0.5m。建议将所有端口连接到CDN。如果PCE有两个或多个直流电源端口,建议将所有直流电源端口连接到CDN。图24为传导抗扰度试验布置图

  

图24- 传导抗扰度试验布置图

  4.6,电压跌落和短时中断抗扰度试验布置

  PCE应安装在绝缘支架上,可以使用木架安装PCE,安装方式与制造商的安装说明相同。如果试验发生器不带有能量回收功能,则在PCE和试验发生器之间需要电阻性负载,以便保护发生器不受到过流的影响。图25为电压跌落和短时中断的试验布置图。

  

图25- 电压跌落和短时中断抗扰度试验布置图

  4.7,传导发射试验布置

  图26为在实验室进行交流电源的壁挂式PCE的传导发射试验布置图。电阻负载安装在AMN和AC电源之间。

  

图26- 用于壁挂式PCE的传导发射测量的测试布置图

  图27为用于壁挂式PCE的测试设置的另一配置示例。实验室交流电源连接到直流电源。由于电源不流入实验室交流电源,因此不需要电阻负载。在PCE和电源之间安装电力变压器是可选的。如果安装了电力变压器,它们不应影响PCE的运行,电力变压器的类型和规格应记录在测试报告中。

  

图27 -用于带功率循环的壁挂式PCE的传导发射测量的测试布置图

  图28为壁挂式PCE测试装置的另一配置示例。AMN通过EMI滤波器直接连接到交流电源。电阻负载是可选的,用于防止电力流入交流电源。

  

图28 -用于直接连接到交流电源的壁挂式PCE的传导发射测量的测试布置图

  4.8,辐射发射试验布置

  图29为壁挂式PCE的辐射发射试验布置图。应在离地面基准面(0.8±0.01)m高的绝缘支架上测试PCE。放置绝缘支架,使测试体积的中心位于转台的中心。可使用木架安装PCE。

  

图29 -壁挂式PCE的辐射发射试验布置图

  4.9 谐波电流发射试验布置

  根据图30~图33所述电路测量PCE产生的谐波电流。

  

图30- 单相两线PCE测量电路

  

图31 -单相三线PCE测量电路

  

图32 -三相三线PCE测量电路

  

图33 -三相四线PCE测量电路

  4.10 电压波动和闪烁试验布置

  交流主电源端口处的电压波动和闪烁可通过闪烁计进行评估,闪烁计的连接如图34~图37所示。

  

图34 -单相两线PCE测量电路

  

图35 单相三线PCE测量电路

  

图36- 三相三线PCE测量电路

  

图37- 三相四线PCE测量电路

  5,高功率PCE的替代试验方法

  对于大功率PCE的抗扰度和发射测试,技术上无法正常使用测试设备,因为大功率PCE的大电流水平超过了测试设备的额定电流容量。一些基本和产品系列标准提供了替代测试方法。

  5.1 EFT抗扰度试验的替代方法

  如果由于耦合/去耦网络的额定电流容量的限制,高功率PCE的交流主电源端口在技术上不可用合适的耦合/去耦合网络,则可以使用33nF电容器进行直接注入,将耦合/去去耦网络并联到交流主电源口,如图38所示。变压器可对差模测试电压进行去耦,共模电感可对共模测试电压进行去耦。

  

图38 -高功率PCE的EFT抗扰度试验的替代方法

  5.2 雷击/浪涌抗扰度试验的替代方法

  如果由于耦合/去耦网络的额定电流容量的限制,高功率PCE的交流主电源端口在技术上不可用合适的耦合/去耦合网络,可配置另一个耦合/去耦网络,如图39所示。

  

图39- 高功率PCE的雷击/浪涌抗扰度试验的替代方法

  5.3 传导抗扰度试验的替代方法

  如果由于耦合/去耦网络的额定电流容量的限制,可根据图40进行配置。

  

图40 -高功率PCE的传导抗扰度试验的替代方法

  5.4 传导发射试验的替代方法

  如果由于人工网络的额定电流容量的限制,不能按照标准要求进行传导发射测试。可将人工电源网络当作电压探头使用,并联到PCE的电源端口进行测试,如图41所示。每个电源端口应通过去耦网络连接到每个电源。去耦网络在交流电源端口处的电感应为30μH至50μH,在直流电源端口处应大于90μH至150μH。

  

图41 -高功率PCE的传导发射试验的替代方法

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