来自可再生能源的直流 (DC) 注入–电能质量测量中的精度问题
近年来，电力和能源行业以及配电和运输电网越来越频繁地进行电能质量测量。这些测量主要集中在电压暂降、电压瞬变和谐波等传统特性参数上。配电网质量标准规定了最大值。
- EN 50160
- IEEE 519
- 准则 G5/4
- D-A-CH-CZ – 网络干扰评估技术规则
此外，配电网络和产品之间的兼容性可根据 IEC 61000-2-2 标准（适用于公共低压网络）和 IEC 61000-2-4 标准（适用于低压和中压工业 installa:on）进行评估。直流偏移分量是一个重要的电能质量参数，但标准中并未考虑或包含这一参数。
下列问题目前尚未得到广泛关注：
注入电网的直流偏移量是多少？
如何以可靠的方式测量和鉴定直流元件？
直流组件对其余系统有何影响，如何限制其存在？
标准化中的直流限制
在德国，直流部分见《低压技术安装指南》（TAR）第 5.4.4.9 点 "将直流电送入低压电网 "1：
5.4.4.9 将直流电送入低压电网
转换器注入的直流电不得超过其额定电流的 0.5 % 或最大20 mA（ ，选择较高值）。
注 1：直流电测量基于 DIN EN 61000-4-7 (VDE 0847-4-7) 10 个基本 振荡周期。
注 2：直流电会导致电缆腐蚀、其他设备损坏以及变压器和其他电感器饱和 。
标准文本明确将变流器列为不受欢迎的直流源。直流分量的最大值在其他国家也有 。下表列出了三个例子
变流器的直流测量
2019 年 IEEE 出版物研究了三种典型太阳能逆变器的直流分量。2研究结果见 下表。
A 型和 B 型超过了德国最新低压指令 (TAR) 规定的 20 mA 直流电限。
转换器中的直流电源
如下图所示，转换器系统中有多个直流源。
单位证书与常规测试
在现行的低压电网发电厂机组证书标准中，直流分量的测试已经是强制性的。IEEE Std 1547.1-20204 在 5.9.2 项中对直流分量测量进行了说明。在德国预标准 VDE V0124-1005 中，测试在 5.2.6.1 中进行了说明。
导致直流分量过大的根本原因有很多，例如制造质量或安装的功率晶体管不对称，这些原因在不同设备上可能略有不同。要了解真正的直流分量，逆变器制造商应重新对每台生产的逆变器进行例行测试。因此，在向电网供电时，即使逆变器具有无懈可击的设备证书，也不能排除其为寄生直流源的可能性。
用于单位证书和电能质量测量的测量设备
事实上，电网连接点的电压质量不仅因地点而异，而且会随时间变化。因此，在电网电压条件较差的情况下，已有的直流分量会对变流器的直流 电流分量产生负面影响。现场电能质量测量中使用的罗戈夫斯基线圈只能检测电流信号中的 交流分量。由于测量的不确定性，带有霍尔元件的电流钳无法满足要求。因此，丹麦 Danisense 公司的高精度磁通门电流传感器被用于认证公司的 测量实验室。这些传感器直接在丹麦 公司自己的符合 IEC 17025 标准的测量实验室进行校准，并提供必要的校准 证书。
在最初的试点项目中，这些磁通门传感器还与高精度电能质量 分析仪结合使用。对于并网发电厂的小直流分量的高要求测量，电能质量分析仪（PQA）应具有非常好的信噪比，否则低于或高于额定频率的较小电平将被噪声丢失。
同时，PQA 应能补偿电流传感器可能产生的直流偏移，以便 即使是最小的电平也能得到非常精确的测量。尼欧梅斯泰克公司的电能质量分析仪 PQA8000H 可以连接磁通门传感器。除了出色的信噪比外，还可自由选择 FFT 分析的频率参数。根据 IEC 61000- 4-7 标准进行的分组对于进一步分析来说过于粗糙，尤其是在低频范围。因此，PQA 也可用于高压电网，检测 0 至 1 Hz 范围内的地磁感应准直流电流。
使用高精度磁通门传感器还可直接在变频器中进行直流测量。对于较小的 额定电流，磁通门传感器可安装在 PCB 上，这样变频器就可以自行检查输出电流。
工厂证书
如果多个经过认证的光伏组件和逆变器组合成一个大型发电站，则除了制造商的单个设备证书之外， ，还需要一份发电站证书。在德国，所有功率超过 135 千瓦的电站都需要有电站证书 。连接点应设在中压位置，以便 最大限度地减少输电损耗。变压器上不再需要直流测量。然而，低压侧的直流电流会大大缩短变压器的使用寿命。因此，对低压侧进行直流测量绝对符合设备运营商的利益，可以在变压器的整个使用寿命期间最大限度地减少停机时间和设备维护成本。
除光伏变流器外，风能领域的大功率变流器也会产生直流 分量。由于中压变压器 在大多数情况下都包含在风能发电厂中，因此在发电厂认证中不再需要直流测量，如下图所示。
变压器和直流注入
磁芯单向饱和的变压器会产生较大的励磁电流，从而导致磁芯过热。此外，还会产生振动、噪音和热应力，最终缩短 变压器的使用寿命。下图显示了叠加低频振荡引起的半波饱和。
此外，在半波饱和期间，变压器会变成一个非线性工作装置。在此，变压器的磁 工作范围被推入饱和范围。磁滞曲线的线性范围缩小。因此，中压侧电压信号的失真系数增大。
结论
可再生能源应用中的电源转换器技术不仅存在潜在的谐波源。7除逆变器外，非线性负载也会产生直流分量。电感 设备（如电机和变压器）在设计上无法处理这些负载。 尽管 变流器制造商方面努力将直流分量降至最低，但在使用 AC/DC 传感器测量低压电网的电能质量时，仍会越来越多地检测到不可忽略的直流分量。
可靠、高性能的电流传感器和极好的 PQAs 是 这种高要求测量成功的基本条件。
说明
1
VDE-AR-N 4100 Anwendungsregel:2019-04
Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz und deren Betrieb (TAR Niederspannung)
2M. A. Rahman, M. R. Islam, A. M. Mahfuz-Ur-Rahman, K. M. MuOaqi and D. Sutanto, "InvesSgaSon of the Effects of DC Current Injected by Transformer-Less PV Inverters on DistribuSon Transformers," in IEEE Transac*ons on Applied Superconduc*vity, vol. 29、第 2 期，第 1-4 页，2019 年 3 月，艺术编号 0602904，doi：10.1109/TASC.2019.2895580。
3B. Long、M. Zhang、Y. Liao、L. Huang 和 K. T. Chong，"并网逆变器系统的直流分量生成、检测和抑制概述"，载于《IEEE Access》，第 7 卷，第 110426-110438 页，2019 年，doi：10.1109/ACCESS.2019.2934175。
4"IEEE 标准分布式能源资源与电力 系统及相关接口设备互连的一致性测试程序"，载于 IEEE Std 1547.1-2020 ，第 1-282 卷，第 1-282 页，2020 年 5 月 21 日，doi： 10.1109/IEEEESTD.2020.9097534。
5VDE V 0124-100:2020 NetzintegraSon von Erzeugungsanlagen - Niederspannung - Prüfanforderungen an Erzeugungseinheiten, vorgesehen zum Anschluss und Parallelbetrieb am Niederspannungsnetz
6来源：Neo Messtechnik GmbHNeo Messtechnik GmbH
7Salas, Vicente & Olías, Emilio & Alonso Abella, Miguel & Chenlo, F. & Barrado, A. (2006)。光伏电网逆变器向网络输入直流电流。2. 2371 - 2374.10.1109/WCPEC.2006.279668.