ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

СИСТЕМЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Источники стабилизированного питания. Методы определения эффективности

IEC 61683:1999

Photovoltaic systems — Power conditioners — Procedure for measuring efficiency

(IDT)

Издание официальное

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием к Всероссийский научно-исследовательский институт стандартизации и сертификации в машиностроении» (ВНИИНМАШ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта. указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 039 «Энергосбережение, энергетическая эффективность, энергоменеджмент»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 ноября 2013 г. № 1374-ст

4    Настоящий стандарт идентичен международному стандарту МЭК61683:1999 «Системы фотоэлектрические. Источники стабилизированного питания. Методика измерения эффективности» (IEC 61683:1999 «Photovoltaic systems — Power conditioners — Procedure for measuring efficiency»).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им ссылочные национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

© Стандартинформ. 2014

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ Р МЭК 61683-2013

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................1

4    Условия измерения КПД.................................................2

4.1    Источник постоянного тока для испытаний..................................2

4.2    Температура.....................................................2

4.3    Выходное напряжение и частота........................................2

4.4    Входное напряжение................................................3

4.5    Пульсация и искажение..............................................3

4.6    Резистивные нагрузки/электрические сети..................................3

4.7    Реактивные нагрузки................................................3

4.8    Резистивные и нелинейные нагрузки......................................3

4.9    Комплексные нагрузки...............................................3

5    Вычисление КПД.....................................................3

5.1    Номинальный КПД на выходе..........................................3

5.2    Частичная выходная эффективность......................................4

5.3    Энергетическая отдача..............................................4

5.4    Допустимые границы КПД.............................................4

6    Схемы для испытания эффективности.......................................4

6.1    Испытательные схемы...............................................4

6.2    Метод измерений..................................................5

7    Измерение потерь....................................................5

7.1    Потери при отключенной нагрузке.......................................5

7.2    Потери холостого хода..............................................5

Приложение А (справочное) Описание источников стабилизированного питания..............7

Приложение В (справочное) Выход по энергии и переводной коэффициент.................9

Приложение С (справочное) Средневзвешенная энергетическая отдача..................11

Приложение D (справочное) Отклонение от допустимой эффективности в таблице 2..........13

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

ссылочным национальным стандартам Российской Федерации.............14

Библиография........................................................15

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СИСТЕМЫ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Источники стабилизированного питания.

Методы определения эффективности

Photovoltaic systems. Power conditioners. Procedure (or measuring efficiency

Дата введения — 2015—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт представляет собой общее руководство по определению эффективности источников стабилизированного питания, используемых в автономных и работающих совместно с электрическими сетями фотоэлектрических системах (далее — системы), где на выходе источника стабилизированного питания — стабильное напряжение переменного тока постоянной частоты или стабильное напряжение постоянного тока. Коэффициент полезного действия (далее — КПД) вычисляют с помощью непосредственного измерения входной и выходной мощности системы. При необходимости может быть использован разделительный трансформатор.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующий стандарт:

МЭК 60146-1-1:1991 Преобразователи полупроводниковые. Общие требования и линейные коллекторные преобразователи. Часть 1-1. Технические условия на основные требования (IEC 60146-1-1:1991, Semiconductor converters — General requirements and line commutated converters — Part 1 -1: Specification of basic requirements)

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины и определения. Все определения эффективности относятся только к преобразованиям электроэнергии и не учитывают тепловую составляющую. Вышеуказанные нормативные ссылки могут содержать другие определения.

Определение источника стабилизированного питания приведено в приложении А.

Определения выхода по энергии и переводного коэффициента пояснены в приложении В.

3.1    КПД для полной мощности (rated output efficiency): Отношение выходной мощности к входной мощности, когда источник стабилизированного питания работает с номинальной мощностью.

3.2    КПД для частичной мощности (partial output efficiency): Отношение выходной мощности к входной мощности, когда источник стабилизированного питания работаете мощностью ниже расчетной.

3.3    энергетическая отдача (energy efficiency): Отношение выходной энергии к входной во время определенного периода.

3.4    допустимые границы КПД (efficiency tolerance): Допустимая разница между КПД. указанным производителем, и измеренным КПД.

3.5    имитатор фотоэлектрической установки (PV array simulator): Имитатор с такими же вольт-амперными характеристиками, как и у фотоэлектрической установки (далее — установка).

3.6    потери при отключенной нагрузке (no-load loss): Мощность на входе источника стабилизированного питания, когда его нагрузка отключена или когда его выходная мощность равна нулю.

Издание официальное

3.7    потери холостого хода (standby loss): Для работающего совместно с сетью источника стабилизированного питания — это мощность, забираемая из электросети, когда источник стабилизированного питания находится в ждущем режиме.

Для автономного источника стабилизированного литания — это входная мощность постоянного тока, когда источник стабилизированного питания находится в ждущем режиме.

3.8    точка поиска максимальной мощности; ТПММ (maximum power point tracking; MPPT): Технология поддержки входного напряжения источника стабилизированного питания таким образом, чтобы мощность установки всегда имела максимальное или близкое к максимальному значение.

4 Условия измерения КПД

КПД следует измерять при соблюдении совокупности условий в соответствии с описаниями в нижеследующих пунктах и в таблице 1. Некоторые условия допускается не соблюдать по взаимной договоренности, если они находятся за пределами установленных производителем ограничений по эксплуатации. Полученные результаты должны быть представлены в виде таблицы или графика.

Примечание — Например, автономные источники стабилизированного питания, как правило, рассчитаны на кратковременные перегрузки, существенно превышающие величину номинальной мощности. Испытание 120 % номинальной мощности проводят для получения данных о работе источника стабилизированного питания в данных условиях. Некоторые источники стабилизированното питания не предназначены для выдачи мощности, превышающей номинальную, и их работа при 120 % расчетной мощности может привести к повреждению. В таких случаях в испытательной документации должно быть замечание: данное испытание исключено из-за ограничений источника стабилизированното питания.

4.1    Источник постоянного тока для испытаний

Для источников стабилизированного питания, работающих сфиксированным входным напряжением. источником постоянного тока должен служить аккумулятор или бесперебойный источник напряжения для поддержания входного напряжения.

Для источников стабилизированного питания, использующих точку поиска максимальной мощности (далее — ТПММ), и источников стабилизированного питания, относящихся к шунтирующему типу, источником постоянного тока должна служить либо фотоэлектрическая установка, либо это должен быть имитатор фотоэлектрической установки.

4.2    Температура

Все измерения следует проводить при температуре внешней среды (25 г 2) °С. По взаимному соглашению могут быть допустимы другие значения температуры. В этом случае значение принятой температуры должно быть четко указано во всех документах.

4.3    Выходное напряжение и частота

Значение выходного напряжения и частоты следует поддерживать в соответствии с указанными производителем номинальными значениями.

Таблица 1 — Бланк для записи КПД Входное напряжение:_(i_В)

Общая нагрузка. % номинальной. В А 5 10 25 50 75 100 120 Подключенная к сети Резистивная нагрузка — 0* 0 0 0 0 0 Автономная Резистивная нагрузка 0 0 0 0 0 0 0 Реактивная нагрузка cos <р = 0,25 или min 0 0 0 cos о = 0,50 (> min) — — 0 0 — 0 — cos v = 0,75 (> min) — — 0 0 _ 0 — Нелинейная нагрузка NL = 25 % номинального значения. В А 0 0 0 NL = 50 % номинального значения. В А — — — 0 — 0 — Комплексная нагрузка — _ — 0 — 0 — * Символ () обозначает условие, при котором проводят испытание.

ГОСТ Р МЭК 61683-2013

4.4    Входное напряжение

Измерения при каждом из следующих испытаний повторяют при трех значениях напряжения источника стабилизированного питания:

a)    при минимальном значении указанного производителем номинального входного напряжения;

b)    при номинальном напряжении инвертора или среднем значении его номинального входного диапазона;

c)    при 90 % максимального входного напряжения инвертора.

Если к входу источника стабилизированного питания должна быть подключена батарея, то допускается подавать только номинальное или расчетное входное напряжение.

4.5    Пульсация и искажение

Фиксируют входное напряжение и пульсацию тока при каждом измерении. Также фиксируют напряжение на выходе и искажение кривой тока (для переменного) или пульсацию (для постоянного). Удостоверяются. что эти значения находятся в пределах, указанных производителем.

Примечание — Значения пульсации и искажений могут не быть определены для низких уровней мощности. однако результаты измерений все равно подлежат записи.

4.6    Резистивные нагрузки/электрические сети

Учитывая обобщенный коэффициент мощности или взятый по отдельности коэффициент мощности подключенных к сети инверторов без регуляции коэффициента мощности, измеряют КПД для уровней мощности 10%, 25 %, 50 %. 75 %, 100 % и 120 % номинальных значений для инвертора. Для автономных инверторов также проводят измерения при значении мощности 5 % номинальной. Испытание источника стабилизированного питания проводят с определенным резистивным и реактивным сопротивлением сети.

4.7    Реактивные нагрузки

Для автономных инверторов КПД измеряют с нагрузкой, обеспечивающей значение коэффициента мощности, равное указанному производителем минимальному значению (или 0,25, в зависимости от того, что больше), и при уровнях мощности 25 %. 50 % и 100 % номинальной. Повторяют измерения для значений коэффициента мощности 0,5 и 0,75 (но не ниже указанного производителем его минимального значения) и уровня мощности 25 %. 50 % и 100 % номинальной.

4.8    Резистивные и нелинейные нагрузки

Для автономных инверторов измеряют КПД с фиксированной нелинейной нагрузкой [общее гармоническое искажение (ОГИ) = (80 ± 5) %], равной (25 г 5) % номинальной мощности инвертора плюс достаточная параллельная резистивная нагрузка для достижения общего значения полной нагрузки 25 %, 50 % и 100 % номинальной мощности. Повторяют измерения с фиксированной нелинейной нагрузкой, равной (50 г 5) % номинальной мощности инвертора плюс достаточная параллельная резистивная нагрузка для достижения общего значения полной нагрузки 50 % и 100 % номинальной мощности. Тип нелинейной нагрузки должен быть четко указан во всех документах.

4.9    Комплексные нагрузки

Если для автономных инверторов указано условие нелинейной и достаточной реактивной нагрузки. измеряют КПД с фиксированной нелинейной нагрузкой [ОГИ = (80 г 5) %). равной (50 г 5) % номинальной мощности инвертора плюс параллельная достаточная реактивная нагрузка (cos tp = 0.5) для достижения общего значения полной нагрузки 50 % и 100 % номинальной мощности. Тип комплексной нагрузки должен быть четко указан во всех документах.

5 Вычисление КПД

5.1 Номинальный КПД на выходе

КПД вычисляют из полученных при измерении значений следующим образом:

ifcMfyPjMOO.    (1)

где 4r — КПД, %;

Р₀ — номинальная выходная мощность источника стабилизированного питания. кВт;

Р₍ — мощность на входе источника стабилизированного питания при номинальной выходной мощности. кВт.

3

Примечани в — Любая дополнительная мощность на входе (кВт), например для контрольной системы инвертора, должна быть учтена в Р, в уравнении (1).

5.2    Частичная выходная эффективность

Частичную выходную эффективность вычисляют из полученных при измерении значений следующим образом:

'1 частичная

= (f’op/^p) 100.    (2)

где Частичная — частичная выходная эффективность, %;

Р_ор — частичная выходная мощность источника стабилизированного питания. кВт;

P_jp — мощность на входе источника стабилизированного питания при частичной выходной мощности. кВт.

Примечание — Любая дополнительная мощность на входе (кВт), например для контрольной системы инвертора, должна быть учтена в Р_{ в уравнении (2).

5.3    Энергетическая отдача

Энергетическая отдача может быть вычислена по полученным при измерении данным по следующей формуле:

¹⁰°-    (3)

гдет^ — энергетическая отдача. %;

W_Q — энергия на выходе в течение определенного рабочего периода. кВт • ч;

W_x — энергия на входе в течение определенного рабочего периода. кВт ч.

Примечание 1 — Рабочий период и конфигурацию графика нагрузки определяют по взаимной договоренности между заказчиком и производителем.

Примечание 2 — Некоторая дополнительная энергия на входе (кВт ч), например для контрольной системы инвертора, должна быть учтена в IV₍ в уравнении (3).

Примечание 3 — См. приложение С для пояснения понятия средневзвешенной энергетической отдачи т^,. которая может заменять энергетическую отдачу.

5.4    Допустимые границы КПД

Когда значение КПД обусловлено, его допустимые границы должны быть определены при номинальных условиях и соответствовать указанным в таблице 2.

Таблица 2 — Допустимые границы КПД

Объект Допустимые границы, % Замечания КПД источника стабилизированного питания -0.2(1 - п)п П — гарантированный КПД Примечани е — Допустимые границы КПД выведены в приложении О. См. МЭК 60146-1-1 (пункт 4.3). Допустимые отклонения соответствуют +0.2 на обьект потерь с минимально допустимыми границами КПД -0.002 на обьекг.

6 Схемы для испытания эффективности

6.1 Испытательные схемы

Рисунок 1 демонстрирует рекомендуемые испытательные схемы для источника стабилизированного питания, который имеет однофазный выход переменного тока или выход постоянного тока. Он также может представлять собой однофазный вариант испытательной настройки для многофазового источника стабилизированного питания.

Рисунки 1а и 1Ь следует относить к автономному и работающему совместно с сетью источникам стабилизированного питания соответственно.

Предлагаемые испытательные схемы на рисунке 1 не относятся к обязательным, однако вместе с описаниями испытаний предназначены для создания основы для взаимного соглашения между заказчиком и производителем. Для всех испытаний должен быть указан источник питания, соответствующий требованиям 4.1.

4

ГОСТ Р МЭК 61683-2013

6.2 Метод измерений

Метод измерений следующий:

a)    КПД вычисляют по формуле (1) или (2) с использованием полученных при измерении значений Р₍, Р₀ или Р,_р. Р_ор. Входная мощность постоянного тока Р₍. P_ip может быть измерена ваттметром W, или определена путем умножения показаний вольтметра постоянного тока V, и амперметра постоянного тока А,. Выходная мощность Р₀, измеряется ваттметром W₂;

b)    входное напряжение постоянного тока, которое измеряют вольтметром постоянного тока V,. должно варьироваться в определенных границах; ток на выходе, измеряемый амперметром А₂. варьируется от низких значений до номинального:

c)    для вольтметра и амперметра постоянного тока следует использовать усредняющий шкальный прибор. А для вольтметра и амперметра переменного тока следует использовать среднеквадратичный измерительный прибор. Ваттметр W, должен быть рассчитан на работу при постоянном токе. Ваттметр W₂ должен быть рассчитан на работу либо при переменном токе, либо при постоянном в зависимости от его параметров на выходе;

d)    коэффициент мощности cos <р(в %) может быть измерен фазометром или рассчитан на основе показаний V₂, А₂ и W₂ следующим образом;

cos<p= Wj/tVj-Aj) 100;    (4)

e)    каждый прибор может быть либо аналогового, либо цифрового типа. Погрешность измерений не должна превышать г 0.5 % приведенной погрешности для каждого измерения мощности. Для измерения W, и W₂ рекомендуются цифровые ваттметры;

f)    точка поиска максимальной мощности оперативно регулирует входное напряжение таким образом. чтобы выходная мощность была максимальной. В принципе, контрольное оборудование должно регистрировать значения всех электрических параметров, например входного напряжения и тока, выходной мощности и тока в течение обновляемых периодов ТПММ.

Если ТПММ и источник питания на входе (установка или ее имитатор) взаимодействуют таким образом, что входное напряжение варьируется менее чем на 5 %. то допускается осреднение показаний. Период осреднения должен быть не менее 30 с.

7 Измерение потерь

7.1    Потери при отключенной нагрузке

Потери при отключенной нагрузке измеряют следующим образом.

Если источник стабилизированного питания относится к автономному типу, показания значений входного напряжения, выходного напряжения и частоты постоянного тока снимают приборами V,. V₂ nF соответственно на рисунке 1а. и они должны быть приведены к номинальным значениям.

Таким образом, потери при отключенной нагрузке соответствуют показаниям ваттметра W, на входе при постоянном токе, когда нагрузка отключена от источника стабилизированного питания.

Если источникстабилизированного питания работает совместно с сетью, показания вольтметрах/, на входе при постоянном токе, вольтметра V₂ на выходе при переменном токе и частотомера F на рисунке 1Ь приводят к соответствию определенным значениям напряжения и частоты.

Таким образом, потери при отключенной нагрузке соответствуют показаниям ваттметра W, на входе при постоянном токе, когда ваттметр W₂ при переменном токе показывает ноль. Если необходимо, для измерения следует предоставить источнику стабилизированного питания время для перехода к режиму работы без нагрузки.

7.2    Потери холостого хода

Потери холостого хода измеряют следующим образом.

Если источник стабилизированного питания относится к работающему совместно с сетью типу, потери холостого хода определяют как потребленную из сети мощность, когда источник стабилизированного питания не работает, а находится в ждущем режиме.

Потери холостого хода определяют по показаниям ваттметра переменного тока W₂ на рисунке 1 b при номинальном выходном напряжении переменного тока.

Если источник стабилизированного питания относится к автономному типу, потери холостого хода определяют как потребление мощности из источника постоянного тока, когда источник стабилизированного питания не работает, а находится в ждущем режиме.

Потери холостого хода определяют по показаниям ваттметра постоянного тока W, на рисунке 1а (без выходного напряжения переменного или постоянного тока).

5

На рисунках 1а и 1Ь приняты следующие обозначения: PC — источник стабилизированного литания; PS — источник питания с изменяемыми значениями напряжения постоянного тока; А, — амперметр постоянного тока; А₂ — амперметр постоянного или переменного тока; W, — ваттметр постоянного тока; W₂ — ваттметр переменного или постоянного тока; L — нагрузка; F — частотомер напряжение-ток (при постоянном токе); V_t — вольтметр постоянного тока; V₂ — вольтметр постоянного или переменного тока; PF—фазометр (измеритель коэффициента мощности).

Примечание 1 — При постоянном токе пульсация входного напряжения или тока будет варьироваться в зависимости от внутреннего рассогласования источника постоянного тока и должна определяться взаимным соглашением между заказчиком и производителем. Например, рассогласование может быть выбрано в качестве отношении напряжения к току ДУ/Д/в рабочей точке на трафике вольт-амперной характеристики установки. Когда источник стабилизированного питания включает в себя ТПММ. в качестве источника питания постоянного тока рекомендуется использовать имитатор фотоэлектрической установки.

Примечание 2 — Частотомер F’ и измерение коэффициента мощности (фазометр F*) игнорируют в случае постоянного тока на выходе.

Рисунок 1 —Источник стабилизированного питания. Испытательные схемы

6

ГОСТ РМЭК 61683—2013

Приложение А (справочное)

Описание источников стабилизированного питания

Источник стабилизированного пи танин определяют поМЭК61277.

Некоторые типы конфигураций систем зависят от их назначения и габаритных размеров. Рисунок А. 1 показывает обобщенную конфигурацию системы, предложенной МЭК 61277. На рисунке А. 1 источник стабилизированного питания PC находится внутри области, ограниченной пунктирной линией. Источник стабилизированного питания может состоять из одного или нескольких следующих элементов: источника стабилизированного питания постоянного тока, интерфейса d.c/d.c., инвертора, интерфейса a.cJa.c., интерфейса сети переменного тока и части главной подсистемы управления и контроля (МСМ). Направления передачи мощности показаны стрелками. Если система имеет подсистему хранения энергии постоянного тока, принимают, что последняя подключена ко входу источника стабилизированного питания параллельно с установкой (см. рисунки А.2 и А.З).

При нормальных условиях выходное напряжение и частота источника стабилизированного питания переменного тока представляют собой постоянные величины, когда система подключена к сети (для типа, работающего совместно с сетью) или к нагрузке переменного тока (для автономного типа).

Однако когда нагрузка переменного тока состой т из асинхронных электродвигателей с переменной скоростью вращения ротора, напряжение и частота переменного тока могут варьироваться.

В настоящем стандарте рассмотрены системы с постоянным выходным напряжением и частотой переменного тока, а также системы с постоянным током на выходе. На рисунках А.2 и А.З показана конфигурация системы и источника стабилизированного питания, описанных в настоящем стандарте.

Рисунок А. 1 — Главные подсистемы и диаграмма направлений передачи мощности для системы

7