光伏逆變器選型應(yīng)因地制宜科學(xué)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，對(duì)于光伏電站逆變器選型存在著這樣一種認(rèn)識(shí)：大型光伏電站用集中型逆變器，分布式光伏電站用組串式逆變器。筆者認(rèn)為,這是一種外行的說(shuō)法。

事實(shí)上，逆變器選型并不簡(jiǎn)單，不能一概而論，“因地制宜，科學(xué)設(shè)計(jì)”才是理性的方法。即根據(jù)光伏電站裝機(jī)規(guī)模、所處環(huán)境和電網(wǎng)接入要求，合理選擇逆變器類型，可使電站各參與方在安全、穩(wěn)定和收益上實(shí)現(xiàn)共同利益最大化。

作為光伏發(fā)電系統(tǒng)兩大主要部件之一，光伏逆變器的核心任務(wù)是跟蹤光伏陣列的最大輸出功率，并將其能量以最小的變換損耗、最佳的電能質(zhì)量饋入電網(wǎng)。由于逆變器是串聯(lián)在光伏方陣和電網(wǎng)之間，逆變器的選擇將成為光伏電站能否長(zhǎng)期可靠運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)預(yù)期回報(bào)的關(guān)鍵。

我國(guó)目前的光伏電站因安裝環(huán)境不同，分荒漠電站、山丘電站、屋頂電站三類。光伏逆變器根據(jù)其功率等級(jí)、內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合不同，一般可分為集中型逆變器、組串型逆變器和微型逆變器三種類型。

其中，集中型逆變器的主要特點(diǎn)是單機(jī)功率大、最大功率跟蹤（MPPT）數(shù)量少、每瓦成本低。目前國(guó)內(nèi)的主流機(jī)型以500KW、630KW為主，歐洲及北美等地區(qū)主流機(jī)型單機(jī)功率800KW甚至更高，功率等級(jí)和集成度還在不斷提高。集中型逆變器是目前大部分中大型光伏電站的首選，在全球5MW以上的光伏電站中，其選用比例超過(guò)98%。

組串型逆變器的單機(jī)功率在3-60KW之間。主流機(jī)型單機(jī)功率30-40KW，單個(gè)或多個(gè)MPPT，一般為6-15KW一路MPPT。該類逆變器每瓦成本較高，主要應(yīng)用于中小型電站，在全球1MW以下容量的電站中選用率超過(guò)50%。

微型逆變器的單機(jī)功率在1KW以下，單MPPT，應(yīng)用中多為0.25-1KW一路MPPT，其優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)每塊或幾塊電池板進(jìn)行獨(dú)立的MPPT控制，但該類逆變器每瓦成本很高。目前在北美地區(qū)10KW以下的家庭光伏電站中有較多應(yīng)用。

荒漠電站選用集中型逆變器優(yōu)勢(shì)明顯。 陽(yáng)光電源技術(shù)專家表示，對(duì)于荒漠電站來(lái)說(shuō)，集中型逆變器的優(yōu)勢(shì)明顯。

首先，初始投資更低。根據(jù)對(duì)比分析，集中型方案較組串型逆變器方案在初投上每兆瓦節(jié)省投資約26萬(wàn)元。其次，其發(fā)電量與組串型持平。荒漠電站中集中型和組串型發(fā)電量基本持平，綜合集中型在最高效率和過(guò)載能力等方面的優(yōu)勢(shì)，集中型發(fā)電量略高于組串型。第三，運(yùn)維更方便更經(jīng)濟(jì)。通過(guò)對(duì)比集中型和組串型主流機(jī)型方案在100MW電站的運(yùn)維數(shù)據(jù)，發(fā)電量損失二者相當(dāng)；由于組串型設(shè)備是整機(jī)維護(hù)，而集中型設(shè)備是器件維護(hù)，設(shè)備維護(hù)成本上，集中型優(yōu)勢(shì)非常明顯。同時(shí)，在占地幾千畝的百M(fèi)W級(jí)大規(guī)模電站中，對(duì)完全分散布置的組串逆變器進(jìn)行更換，維護(hù)人員花在路途上的時(shí)間將遠(yuǎn)高于進(jìn)行設(shè)備更換的時(shí)間，這也是組串型的大型電站應(yīng)用不利因素之一 。

最重要的是，集中型方案更加符合電網(wǎng)接入要求。據(jù)了解，高壓輸電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)的光伏發(fā)電在調(diào)度響應(yīng)、故障穿越、限發(fā)、超發(fā)、平滑、諧波限制、功率變化率、緊急啟停等方面都有嚴(yán)格要求。故障穿越是指電網(wǎng)出現(xiàn)短路、浪涌、缺相情況下，逆變器必須能夠在625毫秒到幾秒的時(shí)間內(nèi)依然輸出一定容量的有功和無(wú)功功率，確保電力系統(tǒng)繼電保護(hù)能夠正常動(dòng)作，由于集中型逆變器在電站中臺(tái)數(shù)少,單機(jī)功能強(qiáng)大，通訊控制簡(jiǎn)單，故障期間能夠穿越故障的概率遠(yuǎn)大于組串逆變器。

山丘電站: 多MPPT集中型方案為主。山丘電站可以看做地勢(shì)并不平坦的荒漠電站，也是饋入輸電網(wǎng)為主，規(guī)模多為5MW以上。在山丘電站項(xiàng)目中，通常一個(gè)坐標(biāo)系下規(guī)劃100多KW左右容量組件（如125KW的組件鋪設(shè)成同一朝向），達(dá)到發(fā)電量和投資維護(hù)成本的最優(yōu)比例。

陽(yáng)光電源針對(duì)此應(yīng)用開(kāi)發(fā)的多MPPT模組模式的集中型逆變器，每路MPPT跟蹤100多KW組件，將同一朝向組件的設(shè)計(jì)占地面積單位縮小到約1000平米，大大提升了施工便利性并有效解決朝向和遮擋問(wèn)題，同時(shí)共交流母線輸出，具備集中型逆變器電網(wǎng)友好性特點(diǎn)，是山丘電站的首選方案。

屋頂電站：推薦組串型，也可用集中型。屋頂電站的設(shè)計(jì)相對(duì)較為復(fù)雜，受屋頂大小、布局、材質(zhì)承重、以及陰影遮擋等影響，需要通過(guò)組件鋪設(shè)和逆變器選型規(guī)劃來(lái)實(shí)現(xiàn)收益最大化。同時(shí)組件安裝在屋頂，需要考慮火災(zāi)防范等安全問(wèn)題。接入配電網(wǎng)，直接靠近用戶負(fù)荷，需要考慮用戶用電安全性，電能質(zhì)量符合要求，及與原有配電之間的繼電保護(hù)協(xié)調(diào)等。屋頂光伏系統(tǒng)方案的選用需要在安全、電網(wǎng)友好、投資回報(bào)、維護(hù)等多個(gè)因素中尋求平衡點(diǎn)。

陽(yáng)光電源技術(shù)人員推薦選用組串型逆變器。屋頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，推薦使用組串型逆變器，并且根據(jù)實(shí)際屋頂和并網(wǎng)點(diǎn)的位置及并網(wǎng)點(diǎn)電壓等級(jí)，選擇逆變器。組串型逆變器需要具備拉弧監(jiān)測(cè)和關(guān)斷能力，以有效防止火災(zāi)的發(fā)生，具備PID消除功能，具備高精度漏電流保護(hù)功能和孤島保護(hù)功能等。

但是針對(duì)大型廠房，考慮到屋頂承重和維護(hù)便利性，可選用集中型方案。工業(yè)廠房屋頂平坦、規(guī)模大、陰影遮擋少、朝向簡(jiǎn)單、多為10KV中壓配電網(wǎng)并網(wǎng)。考慮到大多廠房為彩鋼屋頂，承重有限無(wú)法安裝組串型逆變器，以及日常維護(hù)便利、不影響正常生產(chǎn)運(yùn)行等實(shí)際情況，可選用集中型逆變器。