集散式逆变器应用及设计方案探讨

82研究与探索Research and Exploration 工艺与技术中国设备工程 2017.06 下 1 采用集散式逆变器方案的缘由近几年我国光伏发电飞速发展，新增光伏装机容量连续三年世界第一，累计光伏装机容量世界前二，并有望在今年或明年成为世界第一。同时我国西北部光伏装机已基本饱和，受到当地电网负荷较小和输出线路容量增长相对缓慢等的约束，我国西北部光伏的发展速度开始大大减慢。2013 年以后，我国光伏开始逐渐向东部和南部发展。首先，东部和南部当地电网负荷较大，光伏所发电量更易消化，限制发电的可能性较小。其次，东部和南部距离用电负荷中心较近，光伏输出线路建设更方便。但东部和南部受到土地资源的约束，如很多土地已经开发利用，可成片 / 大片开发的土地基本不存在，同时还需考虑避让耕地 / 林地等，造成光伏场选址困难。上海电力设计院在云南的光伏设计项目也受到上述土地资源的约束，只能在丘陵山地中挑选较平整较大的地块来布置光伏场。集中式逆变方案是大型光伏地面电站普遍采用的技术方案，系统技术相对成熟，电站可靠性较高，投资性价比高。但在丘陵山地中，由于各光伏组件朝向和倾角不统一，存在单机功率过大与光伏组件 MPPT 失配造成的发电量损失的矛盾。针对此种情况，考虑采用集散式逆变器，将逆变器 MPPT 功能下放至汇流箱，可将每 MW 光伏 MPPT 数量由集中式的 2 个提高到 48 个，可以很好地解决逆变器单机大功率化与光伏电池组件并联 MPPT 失配损失之间的矛盾。2 集散式逆变器的优势在传统的集中式 MPPT 优化方案中，每 500kW 逆变器仅对应 1 路 MPPT 优化单元，因此将因灰尘遮挡、阴影遮挡、组件劣化等造成不同特性的组件直接并联在一起，会导致无法保证每个组件的最大出力，也就是说将存在非常明显的组件匹配损失。这种现象在丘陵山地地区，当无法保证朝向和倾角一致时，发电量的损失将会更加明显。采用小功率的组串式光伏逆变器理论上可以很好地解决光伏组件 MPPT 的失配造成的发电量损失，但却存在轻载情况下转换效率变差，以及轻载情况下的并网电能质量劣化的问题，甚至出现其它一些并网及后期运维等问题，系统成本造价相比集中逆变系统也会提高。因此目前组串型光伏逆变器一般应用于并网规模较小的光伏发电系统中。而集散式逆变器方案，每22kW 对 应 一 路 MPPT 优 化 单 元， 1MW 具 备 48 路 独立的 MPPT 优化单元，可最大限度地减少因灰尘遮挡、阴影遮挡、组件劣化等不同特性而导致的组件失配带来的发电量损失。在一致性较好的大型地面电站，系统发电量将有 2 ～ 3％的发电量提升，而在山地、屋顶等复杂运行环境中发电量将有 3 ～ 5％的提升。同时集散式逆变器方案与传统典型的大型并网光伏电站的设计方案（集中式逆变器）基本兼容，施工简单、快捷，运行人员也不需重新适应新的运行维护方式。集中式逆变器采用一台 1MW 逆变器，也继承了集中式逆变器高可靠性、易于维护和管理等优点。集中式逆变器的输入电压范围更宽，可更大限度地利用光能，工作电压范围将从传统集中式逆变器的 450VDC～ 820VDC， 拓 宽 到 300VDC ～ 820VDC 左 右。 光 伏电池板通过 MPPT 方阵功率优化器后，电压被调节成稳定的直流高压（ 800VDC 左右），从而使得其工作电压范围被显著提升，高于 280VDC 的电压都将可以被有效利用 , 从而有效利用了早晚以及弱光下的能量。集散式逆变器方案可以节省输入 / 输出电缆成本。集散式逆变方案将输入直流电压由传统的 600VDC 左右的直流电压提升到稳定的 800VDC 左右，同等功率下电流下降 25％，因此输入直流电缆的截面可以降低，从而节省电缆购买费用。同样对于交流输出而言，集散式逆变方案的交流输出电压也由传统的 315VAC 电压提升到 500VAC 左右，同等功率下电流下降 37％，因此输出交流电缆的的截面可以降低， 从而节省电缆购买费用。此外，集散式逆变器集成直流输入配电柜功能，可以减集散式逆变器应用及设计方案探讨邓宇（上海电力设计院，上海 200025 ）摘要 近几年我国光伏发电飞速发展，新增光伏装机容量世界第一，累计光伏装机容量世界前二。同时我国西北部光伏装机已基本饱和，开始向东部和南部发展。本文就上海电力设计院在云南的光伏设计项目，结合当地山地的情况提出了集散式逆变器配置方案，对集散式逆变器的应用提出了几点看法。关键词 光伏场；逆变器；集散式中图分类号 TM464 文献标识码 A 文章编号 1671-0711 （ 2017 ） 06（下） -0082-02