光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器綜述

李少帥

摘 要： 現(xiàn)如今地球能源日漸緊缺，環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，清潔能源的利用開發(fā)成為各國關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，太陽能因其資源豐富、來源廣泛、清潔環(huán)保而被人們廣泛關(guān)注。光伏并網(wǎng)發(fā)電是未來太陽能應(yīng)用的發(fā)展趨勢，光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵部件， 其性能的優(yōu)劣直接影響到輸出功率的大小及電能質(zhì)量的好壞。通過對(duì)逆變器的選型方案、發(fā)電量、核心器件、安全可靠性及經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比與分析，得出不同的應(yīng)用場合中，選擇合適的逆變器。

關(guān)鍵詞： 光伏發(fā)電; 并網(wǎng); 逆變器;光伏電站

0 ?引言

我國光伏發(fā)電起步于 20 世紀(jì) 70 年代，在 “送電到鄉(xiāng)” 工程和“光明工程”先導(dǎo)項(xiàng)目等國家項(xiàng)目的引導(dǎo)下，以及 “金太陽” 工程和 “太陽能屋頂計(jì)劃”等優(yōu)惠政策的推動(dòng)下，光伏并網(wǎng)發(fā)電得以迅猛地發(fā)展。據(jù)國家能源局統(tǒng)計(jì)，2015 年我國新增光伏裝機(jī)容量達(dá) 17.6 GW，穩(wěn)居世界第一位;美國新增光伏裝機(jī)容量為 8.2 GW，位居第二位;德國、日本等國的新增光伏裝機(jī)容量卻有所下降，中國繼續(xù)領(lǐng)跑全球光伏應(yīng)用市場[1]。

本文主要研究了光伏電站的集中、組串式和微逆變器三種逆變方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性、安全可靠性、運(yùn)維便利性。

1 ?集中式逆變器

大型地面光伏電站廣泛采用以1MW為模塊單元的“模塊式發(fā)電，集中并網(wǎng)”方案.集中式方案中，每個(gè)1MW 集中式光伏發(fā)電單元的光伏組件通過直流匯流箱分別連接至2臺(tái)500KW 集中式逆變器，經(jīng)逆變器逆變后連接至1臺(tái)箱式變壓器，然后通過兩條匯集線路連接至110KV 升壓站，升壓后并入公用電網(wǎng)[2]，電站內(nèi)采用集中式無功補(bǔ)償裝置SVG，安裝于110KV升壓站。

集中式逆變器的優(yōu)點(diǎn)是輸出功率可達(dá)到兆瓦級(jí)，單位發(fā)電成本低，主要用于光伏電站等功率等級(jí)較大的場合。缺點(diǎn)是同一陣列中光伏器件不僅受串聯(lián)模塊特性的相互影響，也受并聯(lián)模塊之間特性的相互影響，會(huì)影響輸出功率;光伏陣列中某個(gè)組件被遮擋時(shí)，該組件不僅不輸出功率而且會(huì)成為負(fù)載，引起該組件的發(fā)熱[3]。

2 ?組串式逆變器

組串式方案中，每個(gè)1MW光伏發(fā)電單元，每8串光伏組件通過電纜連接至1臺(tái)50KW 組串式逆變器，每4臺(tái)組串式逆變器連接1臺(tái)（4進(jìn)1出）交流匯流箱，共采用5臺(tái)交流匯流箱后并入1臺(tái)（1000KVA）雙繞組升壓變，通過升壓變升壓后接入110KV升壓站，電站內(nèi)采用集中式無功補(bǔ)償裝置SVG，安裝于110KV升壓站。

組串式逆變器的優(yōu)點(diǎn)是不受組串間模塊差異和陰影的影響，同時(shí)減少了光伏組件最佳工作點(diǎn)與逆變器不匹配的情況，從而增加了發(fā)電量。

3 ?微逆變器

微逆變器實(shí)際上是組件和逆變器作為一個(gè)整體單元。逆變器直接與光伏組件相連，將光伏組件發(fā)出的電能直接傳輸?shù)诫娋W(wǎng)或供本地負(fù)載使用，多個(gè)逆變器直接并聯(lián)接入電網(wǎng)，各個(gè)逆變器和光伏組件之間相互沒有任何影響，單個(gè)模塊失效也不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

微逆變器的主要優(yōu)點(diǎn)是能保證每個(gè)組件均運(yùn)行在最大功率點(diǎn)，具有很強(qiáng)的抗局部陰影能力;可以實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)即插即用和熱插拔，系統(tǒng)拓展簡單方便;分布式安裝便于配置;單個(gè)模塊失效不會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成影響。同時(shí)可以避免集中式逆變器具有的直流高壓、弱光效應(yīng)差、木桶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)在PVMI微型逆變器的年發(fā)電量比集中式最多高14%。

4 ?集中式逆變器與組串式逆變器在實(shí)際工程中的對(duì)比

1） 發(fā)電量對(duì)比：在大型地面電站，地勢平坦不考慮遮擋的情況下，經(jīng)過理論分析計(jì)算以及西北多個(gè)電站發(fā)電量數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，集中式和組串式逆變器在發(fā)電量上持平，甚至集中式發(fā)電量略高[5]。

2） 發(fā)電損耗對(duì)比：逆變器的損耗和效率指標(biāo)一樣。組串式逆變器，當(dāng) MPPT 電路工作時(shí)轉(zhuǎn)換效率偏低，損耗變大。集中式逆變器，為單級(jí)逆變器，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率偏高，系統(tǒng)損耗較低。

3） 逆變器效率對(duì)比：集中式 PV 電壓越高，效率越低;組串式和集散式類似，電壓越接近輸入額定電壓，效率越高。380Vac 并網(wǎng)的逆變器，直流電壓越接近 600Vdc，效率越高;500Vac 并網(wǎng)的逆變器，直流電壓越接近750Vdc，效率越高。

4） 安全可靠性對(duì)比：組串式逆變器設(shè)備數(shù)量多，同樣故障比率的情況下故障次數(shù)也較多，因此人工的運(yùn)維成本會(huì)大于集中式逆變器;但集中式逆變器一次故障造成的發(fā)電損失則大于組串式逆變器，因此組串式逆變器需維修及時(shí)。

5） 環(huán)境適應(yīng)性方面：集中式逆變器采用集裝箱式機(jī)房，需要通過通風(fēng)式散熱方案，并且防護(hù)等級(jí)為IP54，無法適應(yīng)風(fēng)沙、灰塵、雨水、煙霧等惡略環(huán)境;組串式逆變器防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP65，大幅度降低了風(fēng)沙、灰塵、雨水、煙霧等惡劣環(huán)境對(duì)其運(yùn)行穩(wěn)定性的影響。

5 ?結(jié)束語

并網(wǎng)逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，決定著整個(gè)系統(tǒng)的成本、運(yùn)行效率以及電能質(zhì)量，有著廣闊的發(fā)展前景。

由于各廠家的組串式逆變器、集中式逆變器和微型逆變器在性能、質(zhì)量上有所差別;通過分析，在整體電站建設(shè)投資上，組串式逆變器、微型逆變器方案略有優(yōu)勢，整體價(jià)格水平相差不大;微型逆變器 MPPT方案相對(duì)于集中式逆變器、組串式逆變器 能更精確地實(shí)現(xiàn)能量收集，發(fā)電量損失較低，且弱光效應(yīng)更好;組串式方案較集中式方案發(fā)電量可以提高6%。從運(yùn)維角度分析，組串式逆變器簡單靈活的組網(wǎng)方式和精細(xì)化的管理可以給電站運(yùn)維人員帶來諸多方便，同時(shí)可以適應(yīng)不同地形，如地面起伏不平、局部遮擋、朝向不一致，在建設(shè)條件多樣性來說組串式逆變器具有較大優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)：

[1] 馬紅利.光伏并網(wǎng)微逆變器技術(shù)研究[D].陜西西安.西安工業(yè)大學(xué).2015

[2] 賀霞1，張敏2，朱永燦1，王一各1.集中式與組串式逆變器在光伏電站的應(yīng)用分析[J].西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，32：443-448

[3] 李英姿.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.8：116-119

[4] 傅智河1 ，范宜標(biāo)1 ，賴煒敏2 ，李志寬2 ，薛家祥2.光伏微型逆變器并網(wǎng)控制系統(tǒng)分析[J].龍巖學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（4），35：8-12

[5] 胡義華，陳浩，徐瑞東，等.陰影影響下最大功率點(diǎn)跟蹤控制[J] .中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32（9）：14-26