【案例分析】
一、基本情况
委托鉴定事项：某股份公司金太阳一期中清能绿洲总包项目1550、612、1880三个电站17台逆变器运行故障原因鉴定。
委托日期：（略）
受理日期：（略）
鉴定日期：（略）
鉴定地点：某股份公司金太阳一期中清能绿洲总包项目1550、612、1880三个电站。
二、基本案情
某股份公司金太阳一期中清能绿洲总包项目1550、612、1880三个电站,并网光伏逆变器供应商为艾默生网络能源有限公司，三个电站共采用17台逆变器,逆变器为多功率模块结构，每台逆变器含10只功率模块，17台逆变器共计170只功率模块。
在光伏电站投运后3年时间内，所采用的艾默生逆变器陆续出现以模块异常、模块失效为主要特征的异常情况，导致对应部分发电量持续低于可研报告及总承包合同总承包商承诺的发电量。
2017年6月北京某节能科技有限公司（以下简称某公司）委托本中心对某股份公司金太阳一期中清能绿洲总包项目1550、612、1880三个电站的17台逆变器运行故障原因进行鉴定。
三、资料摘要（略）
四、检测过程
(一)参与鉴定及勘验人员（略）
(二)安装质量及设备状况勘查
1、逆变器模块有效率统计
某股份公司金太阳一期中清能绿洲总包项目1550、612、1880三个电站17台逆变器全部采用艾默生网络能源有限公司生产的型号为SSL0500B的并网光伏逆变器。
1550冷轧电站有5个逆变器房，共9台逆变器，分别为：[L1_1#、L1_2#]、[L2_1#、L2_2#]、 [L3_1#、L3_2#]、[L4_1#、L4_2#]、 [L5_1#]；1880三热轧电站有2个逆变器房，共4台逆变器，分别为：[R1_1#、R1_2#]、[R2_1#、R2_2#]；2030冷轧612连退电站有2个逆变器房，共4组逆变器，分别为：[LL1_1#、LL1_2#]、[LL2_1#、LL2_2#]。报告中逆变器的编号采用电站内的实际编号，为了区分各不同电站，在各逆变器编号前加了一个字母来代表电站名称。L代表1550冷轧电站；R代表1880三热轧电站，LL代表2030冷轧612连退电站。
表4.1为目前各逆变器功率模块的有效性统计。
17台逆变器功率模块总数量为170只，有效模块数量为49只、失效模块数量为121只，模块有效率为28.82%，即71.18%的模块已损坏失效。
表4.1 逆变器功率模块有效性统计
序号 | 逆变器编号 | 有效模块数量 | 失效模块数量 |
1 | L1_1# | 1 | 9 |
2 | L1_2# | 7 | 3 |
3 | L2_1# | 6 | 4 |
4 | L2_2# | 6 | 4 |
5 | L3_1# | 8 | 2 |
6 | L3_2# | 6 | 4 |
7 | L4_1# | 0 | 10 |
8 | L4_2# | 3 | 7 |
9 | L5_1# | 3 | 7 |
10 | R1_1# | 2 | 8 |
11 | R1_2# | 0 | 10 |
12 | R2_1# | 2 | 8 |
13 | R2_2# | 3 | 7 |
14 | LL1_1# | 0 | 10 |
15 | LL1_2# | 0 | 10 |
16 | LL2_1# | 1 | 9 |
17 | LL2_2# | 1 | 9 |
合计 | / | 49 | 121 |
注：17台逆变器功率模块总数量为170只，有效模块数量为49只、失效模块数量为121只，模块有效率为28.82%，即71.18%的模块已损坏失效。 | |||
2、逆变器安装质量及设备状况
逆变器未见安装质量问题。
电站内有些逆变器的未运行模块被抽出，使其处于离线状态。如图4.1（图略）所示的逆变器有5个模块被抽出。
有些逆变器未运行的模块被撤离逆变器，如图4.2（图略）所示。
现场向某公司运行人员了解到，抽出和撤离的逆变器模块均已损坏，无法在线运行。
3.逆变房安装质量及设备状况
逆变房未见安装质量问题。
勘查发现部分逆变器房地面锈蚀较严重，图4.3（图略）为部分逆变房的地面锈蚀状况。
1550冷轧电站内1-1#逆变房内有疑似日光灯曾烧毁及烧落物滴落痕迹。见图4.4（图略）。
4、逆变器性能检测
逆变器性能检测内容包含：⑴逆变器效率、⑵逆变器功率因数、⑶逆变器软启动性能、⑷逆变器输出电能质量、⑸电气保护性能、⑹电网谐波含量、⑺电网频率、⑻相序正确性、⑼温升、⑽密封、开关标识、技术资料审查、⑾绝缘性能、⑿接地性能。
本次测试对17台逆变器中运行的逆变器分别进行了测试，图4.5（图略）为司法鉴定专家现场测试工作图。
（1）逆变器效率
根据CGC/GF004:2011(CNCA/CTS 0004-2009A)第5.3.1节要求：无变压器型逆变器最 大转换效率应不低于96%。
依据工程总包合同P61约定，无隔离变压器型逆变器最 大转换效率≥97%。
表4.2 逆变器最 大转换效率
序号 | 逆变器编号 | 功率区间 | 最 大转换效率 |
1 | L1_1# | 0%-10%Pn | 97.63% |
2 | L1_2# | 10%-20%Pn | 98.48% |
3 | L2_1# | 10%-20%Pn | 95.93% |
4 | L2_2# | 10%-20%Pn | 96.73% |
5 | L3_1# | 20%-30%Pn | 98.83% |
6 | L3_2# | 10%-20%Pn | 96.12% |
7 | L4_1# | / | / |
8 | L4_2# | 10%-20%Pn | 97.07% |
9 | L5_1# | 0%-10%Pn | 96.70% |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 95.37% |
11 | R1_2# | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 95.77% |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 96.58% |
14 | LL1_1# | / | / |
15 | LL1_2# | / | / |
16 | LL2_1# | 0%-10%Pn | 97.93% |
17 | LL2_2# | 0%-10%Pn | 94.85% |
逆变器所用模块均为同一型号功率模块，实测结果显示除故障模块以外的可并网运行的模块，在不同功率段皆有可达到97%转换效率的能力，可以代表其功率模块具备最 大转换效率≥97%的能力。
（2）功率因素
当逆变器输出有功功率大于其额定功率的50%时，功率因素应不小于0.98（超前或滞后），输出有功功率在20%～50%之间时，功率因素应不小于0.95（超前或滞后）。
表4.3 逆变器功率因素
序号 | 逆变器编号 | 功率区间 | 功率因素 |
1 | L1_1# | 0%-10%Pn | 0.9950 |
2 | L1_2# | 10%-20%Pn | 0.9942 |
3 | L2_1# | 10%-20%Pn | 0.9952 |
4 | L2_2# | 10%-20%Pn | 0.9943 |
5 | L3_1# | 20%-30%Pn | 0.9931 |
6 | L3_2# | 10%-20%Pn | 0.9878 |
7 | L4_1# | / | / |
8 | L4_2# | 10%-20%Pn | 0.9619 |
9 | L5_1# | 0%-10%Pn | 0.9619 |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 0.9576 |
11 | R1_2# | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 0.9533 |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 0.9594 |
14 | LL1_1# | / | / |
15 | LL1_2# | / | / |
16 | LL2_1# | 0%-10%Pn | 0.9773 |
17 | LL2_2# | 0%-10%Pn | 0.9463 |
（3）软启动
逆变器启动运行时，其输出功率应缓慢增加，输出功率变化率应可调，输出电流无冲击现象。测试表明各运行逆变器软启动性能满足要求，每台逆变器软启动波形详见附件表8.1。
（4）逆变器输出电能质量
A. 不平衡度
在光伏逆变器持续正常运行的功率区间进行检测，记录其负序电压/电流不平衡度测量值的95%概率大值以及所有测量值中的最 大值。
a) 三相电压不平衡度
三相电压不平衡度应不超过GB/T15543规定的数值，允许值为2%，短时不大于4%。
表4.4 三相电压不平衡度
序号 | 逆变器编号 | 功率区间 | 95%概率大值 | 实测最 大值 |
1 | L1_1# | 0%-10%Pn | 0.27% | 0.28% |
2 | L1_2# | 10%-20%Pn | 0.26% | 0.27% |
3 | L2_1# | 10%-20%Pn | 0.05% | 0.06% |
4 | L2_2# | 10%-20%Pn | 0.10% | 0.20% |
5 | L3_1# | 20%-30%Pn | 0.09% | 0.12% |
6 | L3_2# | 10%-20%Pn | 0.17% | 0.20% |
7 | L4_1# | / | / | / |
8 | L4_2# | 10%-20%Pn | 0.11% | 0.13% |
9 | L5_1# | 0%-10%Pn | 0.05% | 0.10% |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 0.23% | 0.33% |
11 | R1_2# | / | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 0.11% | 0.12% |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 0.19% | 0.20% |
14 | LL1_1# | / | / | / |
15 | LL1_2# | / | / | / |
16 | LL2_1# | 0%-10%Pn | 0.08% | 0.08% |
17 | LL2_2# | 0%-10%Pn | 0.04% | 0.04% |
上述各值均合格。
b) 三相电流不平衡度
电流不平衡度暂无标准界定限值，一般根据检测结果对比业内正常水平（4%以内），无明显偏差即可。
表4.5 三相电流不平衡度
序号 | 逆变器编号 | 功率区间 | 95%概率大值 | 实测最 大值 |
1 | 1_1# | 0%-10%Pn | 1.04% | 1.11% |
2 | 1_2# | 10%-20%Pn | 0.96% | 1.91% |
3 | 2_1# | 10%-20%Pn | 1.00% | 2.14% |
4 | 2_2# | 10%-20%Pn | 1.38% | 1.94% |
5 | 3_1# | 20%-30%Pn | 1.27% | 1.87% |
6 | 3_2# | 10%-20%Pn | 0.92% | 1.75% |
7 | 4_1# | / | / | / |
8 | 4_2# | 10%-20%Pn | 0.87% | 1.48% |
9 | 5_1# | 0%-10%Pn | 0.41% | 0.47% |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 2.54% | 2.59% |
11 | R1_2# | / | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 2.33% | 2.36% |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 2.43% | 2.53% |
14 | S1_1# | / | / | / |
15 | S1_2# | / | / | / |
16 | S2_1# | 0%-10%Pn | 0.89% | 0.93% |
17 | S2_2# | 0%-10%Pn | 1.37% | 1.44% |
上述各值均正常。
B. 电流谐波
根据CGC/GF004:2011(CNCA/CTS 0004-2009A)第5.3.2节要求：逆变器额定功率运行时，注入电网的电流谐波总畸变率限值为5%，奇/偶次谐波电流含有率限值见下表。其他负载情况下运行时，逆变器注入电网的各次谐波电流值不得超过逆变器额定功率运行时注入电网的各次谐波电流值。
表4.6 电流谐波限值
谐波电流次数及含有率限值 | |
奇次谐波次数 | 含有率限值（%） |
3-9次 | 4.0 |
11-15次 | 2.0 |
17-21次 | 1.5 |
23-33次 | 0.6 |
35次以上 | 0.3 |
偶次谐波次数 | 含有率限值（%） |
2-10次 | 1.0 |
12-16次 | 0.5 |
18-22次 | 0.375 |
24-34次 | 0.15 |
36次以上 | 0.075 |
表4.7 电流谐波
序号 | 逆变器编号 | 谐波总畸变率 | ||
A | B | C | ||
1 | L1_1# | 1.05% | 1.08% | 1.12% |
2 | L1_2# | 1.32% | 1.28% | 1.36% |
3 | L2_1# | 1.66% | 1.63% | 1.62% |
4 | L2_2# | 1.57% | 1.53% | 1.54% |
5 | L3_1# | 2.07% | 2.03% | 2.06% |
6 | L3_2# | 1.57% | 1.53% | 1.54% |
7 | L4_1# | / | / | / |
8 | L4_2# | 1.40% | 1.43% | 1.45% |
9 | L5_1# | 1.11% | 1.06% | 1.12% |
10 | R1_1# | 1.72% | 1.83% | 1.79% |
11 | R1_2# | / | / | / |
12 | R2_1# | 1.88% | 1.70% | 1.68% |
13 | R2_2# | 3.73% | 3.60% | 3.46% |
14 | LL1_1# | / | / | / |
15 | LL1_2# | / | / | / |
16 | LL2_1# | 1.16% | 1.16% | 1.18% |
17 | LL2_2# | 1.26% | 1.23% | 1.32% |
所测电流谐波总畸变率合格，各次电流谐波也均合格，各次电流谐波数值详见附件表8.2。
C. 直流分量
根据CGC/GF004:2011(CNCA/CTS 0004-2009A)第5.3.6节要求：逆变器额定功率并网运行时，向电网馈送的直流分量应不超过额定电流的0.5%，即针对额定500kW/400V逆变器，相直流分量不超过3.6A。
表4.8 直流分量
序号 | 逆变器 编号 | 功率 区间 | 直流分量 | ||
A | B | C | |||
1 | L1_1# | 0%-10%Pn | 1.3962 | 0.6480 | 0.5281 |
2 | L1_2# | 10%-20%Pn | 1.3969 | 0.5859 | 0.7980 |
3 | L2_1# | 10%-20%Pn | 1.4552 | 0.7129 | 0.4597 |
4 | L2_2# | 10%-20%Pn | 1.4998 | 0.7216 | 0.4632 |
5 | L3_1# | 20%-30%Pn | 1.5122 | 0.7372 | 0.4777 |
6 | L3_2# | 10%-20%Pn | 1.4998 | 0.7216 | 0.4632 |
7 | L4_1# | / | / | / | / |
8 | L4_2# | 10%-20%Pn | 1.5461 | 0.7897 | 0.3848 |
9 | L5_1# | 0%-10%Pn | 0.5966 | 1.8122 | 0.3643 |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 1.4609 | 0.8676 | 0.3930 |
11 | R1_2# | / | / | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 1.4221 | 0.7289 | 0.2961 |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 1.4439 | 0.7486 | 0.4782 |
14 | LL1_1# | / | / | / | / |
15 | LL1_2# | / | / | / | / |
16 | LL2_1# | 0%-10%Pn | 1.4252 | 0.5537 | 0.5878 |
17 | LL2_2# | 0%-10%Pn | 1.4524 | 0.6799 | 0.4045 |
上述各值均合格。
D. 闪变
根据GB/T12326-2008《电能质量 电压波动和闪变》及IEC61000-4-15,逆变器短时间电压闪变限值宜不超过1。
表4.9 闪变
序号 | 逆变器编号 | 功率区间 | A相闪变值 | B相闪变值 | C相闪变值 |
1 | L1_1# | 0%-10%Pn | 0.067 | 0.067 | 0.067 |
2 | L1_2# | 10%-20%Pn | 0.079 | 0.078 | 0.079 |
3 | L2_1# | 10%-20%Pn | 0.085 | 0.082 | 0.081 |
4 | L2_2# | 10%-20%Pn | 0.076 | 0.076 | 0.075 |
5 | L3_1# | 20%-30%Pn | 0.082 | 0.083 | 0.081 |
6 | L3_2# | 10%-20%Pn | 0.069 | 0.068 | 0.069 |
7 | L4_1# | / | / | / | / |
8 | L4_2# | 10%-20%Pn | 0.092 | 0.120 | 0.094 |
9 | L5_1# | 0%-10%Pn | 0.067 | 0.067 | 0.068 |
10 | R1_1# | 10%-20%Pn | 0.085 | 0.187 | 0.186 |
11 | R1_2# | / | / | / | / |
12 | R2_1# | 0%-10%Pn | 0.067 | 0.069 | 0.070 |
13 | R2_2# | 0%-10%Pn | 0.124 | 0.102 | 0.101 |
14 | LL1_1# | / | / | / | / |
15 | LL1_2# | / | / | / | / |
16 | LL2_1# | 0%-10%Pn | 0.122 | 0.122 | 0.121 |
17 | LL2_2# | 0%-10%Pn | 0.103 | 0.102 | 0.106 |
上述各值均合格。
（5）电气保护性能（过欠压、过欠频）
核查抽选录取的时间段内，未发现逆变器存在过欠压、过欠频保护未响应/未保护的问题。
（6）电网电压谐波
公用电网谐波电压应不超过GB/T14549第4章规定的限值，电压总谐波畸变率不大于5%，奇次谐波电压含有率不大于4%，偶次谐波电压含有率不大于2%。
在逆变器不挂网运行的情况下，测量电网电压谐波含量，记录各次谐波情况。
表4.10 电网电压谐波总畸变率
序号 | 逆变器编号 | 电网电压谐波总畸变率 | ||
A | B | C | ||
1 | L1_1# | 2.08% | 1.99% | 1.90% |
2 | L1_2# | 2.25% | 2.21% | 2.11% |
3 | L2_1# | 2.20% | 2.25% | 2.08% |
4 | L2_2# | 2.23% | 2.31% | 2.15% |
5 | L3_1# | 2.22% | 2.30% | 2.12% |
6 | L3_2# | 2.22% | 2.28% | 2.15% |
7 | L4_1# | / | / | / |
8 | L4_2# | 2.24% | 2.28% | 2.09% |
9 | L5_1# | 2.06% | 2.09% | 1.96% |
10 | R1_1# | 1.79% | 2.09% | 1.77% |
11 | R1_2# | / | / | / |
12 | R2_1# | 1.70% | 1.97% | 1.66% |
13 | R2_2# | 1.97% | 2.11% | 1.84% |
14 | LL1_1# | / | / | / |
15 | LL1_2# | / | / | / |
16 | LL2_1# | 2.10% | 2.33% | 2.21% |
17 | LL2_2# | 1.70% | 1.93% | 1.82% |
所测电网电压谐波总畸变率合格，电网各次电压谐波也均合格，电网各次电压谐波数值详见附件表8.3。
（7） 电网频率
电网的频率不应超过GB/T15945中第4章中规定的限值，频率偏差不超过±0.5Hz。
表4.11 电网频率
序号 | 逆变器编号 | 电网频率下限值 | 电网频率上限值 |
1 | L1_1# | 49.97 | 50.02 |
2 | L1_2# | 49.96 | 50.02 |
3 | L2_1# | 49.97 | 50.04 |
4 | L2_2# | 49.96 | 50.03 |
5 | L3_1# | 49.96 | 50.02 |
6 | L3_2# | 49.97 | 50.01 |
7 | L4_1# | / | / |
8 | L4_2# | 49.96 | 50.02 |
9 | L5_1# | 49.97 | 49.98 |
10 | R1_1# | 49.96 | 50.00 |
11 | R1_2# | / | / |
12 | R2_1# | 49.96 | 50.01 |
13 | R2_2# | 49.97 | 50.02 |
14 | LL1_1# | / | / |
15 | LL1_2# | / | / |
16 | LL2_1# | 49.97 | 50.03 |
17 | LL2_2# | 49.96 | 50.04 |
上述各值均合格。
（8）相序正确性
艾默生17台逆变器，除模块完全损坏的4台逆变器，其余逆变器相序均正确。
（9）温升
所有被检测逆变器温升性能均未见异常。
（10）封闭性、开关、标识、技术资料审查
逆变器与逆变房封闭性良好，开关开断闭合功能完好，逆变器标识清晰，逆变器具备基础的技术资料（产品手册、认证信息）
（11）绝缘性能
绝缘性能未见异常。
（12）接地性能
接地性能未见异常。
五、分析说明（略）
六、鉴定意见
1.该工程所使用的艾默生网络能源有限公司生产的型号为SSL0500B的并网光伏逆变器通过了金太阳认证（证书编号：CQC12024085849），符合三部委下发的关于“金太阳示范工程”管理规定的要求。
2. 该工程所使用的艾默生网络能源有限公司生产的并网光伏逆变器为多功率模块结构，现场测试结果显示17台逆变器功率模块总数量为170只，有效模块数量为49只、失效模块数量为121只，模块有效率为28.82%，即高达71.18%的模块处于损坏失效状态，产品质量存在问题，已严重影响该项目发电量。
3.并网光伏逆变器生产厂家（艾默生网络能源有限公司）在质保期内未及时对逆变器进行针对性维保服务，导致逆变器功率模块故障逐步升级，致使模块失效，是导致逆变器运行故障的主要原因。
八、附件
1、软启动波形表格（略）
2、电流谐波数据表格（略）
3、电网电压谐波数据表格（略）
