集散式逆变器特性及应用初探

273 2016 年第 11期 科学管理1 研究内容1.1 多路 MPPT对发电量的影响MPPT路数越多越好，光伏发电中存在一个组件“木桶效应”，即某块组件受到外界或自身某种因素影响时发电效率的降低，会直接影响到整个系统的发电效率。由于光伏系统中不同组件需要进行串联或并联，会形成新的组合功率曲线，新组合曲线的最大功率输出，将小于组合前各功率曲线最大功率输出之和，最终导致系统功率损失。多 MPPT方案之所以能够降低“木桶效应”影响，就是通过阵列解耦让更多的 MPPT来分别跟踪，单个 MPPT跟踪的组件越少，组件失配损失越低。从现场实际对比应用来看，在光照良好的西北区域，在电站设计合理，没有遮挡，组件一致性较好的情况下，集散式逆变器系统方案比集中式逆变器技术方案有 1%～ 2%的发电量提升。在多云天气较多的沿海和山地区域，如果电站设计不很合理，存在局部遮挡，组件一致性不好的情况下，集散式逆变器系统方案比集中式逆变器技术方案有超过 3%的发电量提升。1.2 交直流的电压提高对系统效率的提升集散式方案经过光伏控制器的 DC/DC单元升压后，其输出电压（即逆变器的输入电压）升高到 800V，对应逆变器的输出电压可以提高到 520V，电压的提高使得直流传输损耗、交流传输损耗和逆变器自身损耗都大幅下降。2 结果分析2.1 MPPT路数对组件并联“失配”损失的影响在具体实施策略上，一个系统中分散式 MPPT的配置需要在成本与效率之间取得平衡。愈多具有 MPPT功能的DC/DC变换器就愈能降低阴影效应的影响，并提升系统的转换效率，不过，这也会增加系统的成本。集散式方案在具体实现过程中，把分散式 MPPT内置于汇流箱中（即光伏控制器），安排汇流箱的 2组组串输入做 1个 MPPT，16路的汇流箱就有 8组 MPPT，对应 1MW就有 64～ 128 组MPPT，比原来的集中式逆变器只有 1个 MPPT的方案多出几十倍的跟踪效果，极大减少组件失配损失。2.2 长距离的直流传输电压和交流传输电压大大提高，减少了传输线损传统 500kW 集中式逆变器的直流输入电压范围为 450 ～ 850VDC，实际工作电压基本在 550VDC 左右，交流输出电压为 315VAC；而 2MW集散式逆变器的直流输入电压范围为 750 ～ 850VDC，同时光伏控制器除了多路 MPPT外还进行升压输出，保持汇流箱输出电压在较高点 800V左右运行，交流输出电压为 500VAC。这样交、直流电压提高，使直流电流及逆变器到箱变支路的输出电流成比例下降，可以大大降低这两部分的成本和损耗。本文将从损耗、算法等方面进行分析。2.3 系统效率提升分析2.3.1 通过硬件设计降低系统损耗相比传统 1MW逆变系统，尽管新 1MW方案的 DC/DC单元有增加了系统损耗，约为 6.4kW/MW。但由于新方案母线电压升高、电流减小后，直流侧电缆的损耗下降 3kW/MW，交流侧因少了一组从逆变器到箱变的电缆，损耗可下降 4kW/MW。同时，就 1MW逆变器整机而言，相比传统1MW逆变体统，由于风机数量减少， IGBT损耗等降低，可减小损耗约 7.5 kW/MW 。另外，考虑到紧固螺丝等因素带来的影响，新方案可减少损耗 1 kW/MW左右。所以，总体新 1MW逆变系统硬件损耗比传统的 1MW系统降低损耗 10kW/MW。即硬件系统效率相比传统集中式方案能够提高 1%。2.3.2 多路 MPPT提升效率相比传统 1MW逆变方案，由于其采用单路 MPPT跟踪，因组件特性、阴影、地形等因素，若跟踪精度不高，容易产生偏离。最大效率点容易跟踪次高点，而非真正的最高功率点。而新 1MW逆变系统，因采用多路 MMPT独立跟踪，一方面克服了传统方案面临的缺陷，同时，每组 MPPT曲线跟踪各自跟踪的最大功率点叠加，从而追踪到系统的最大功率。根据实地及理论统计分析，分布式MPPT较传统单路 MPPT可提高系统效率 2%～ 10%左右。综上，通过软硬件合理设计，集散式逆变方案相比传统集中式方案，可提高系统效率至少 3%以上。3 结束语在实际光伏发电系统中，由于灰尘遮挡、阴影遮挡、直流线损不一致、组件劣化、倾角差异等组件失配问题不可避免，每个组串的 I ～ V曲线很难保持完全一致，传统集中式发电解决方案将导致各个组串无法有效工作在其最大功率点，而集散式发电解决方案可最大限度保持每个组串独立的 MPPT寻优功能。传统 500kW 集中式逆变器组成的 2MW光伏发电单元，只有 4 路 MPPT ；而 2MW集散式逆变器的 MPPT数量多达 96 路，使系统跟踪效率很大提高。线路损耗提升效率方面， 1000V 集散式系统由于 DC/DC直流升压至 800Vdc ，交流升压至 520Vac ，线路损耗相对集中，组串都有一定节省；而系统拓扑上，集散式与组串式保持一致都属于二级拓扑电路，区别特在于集散式采用先 MPPT再集中并网，组串式采用 MPPT+小机逆变并联并网；系统低压的提高，是系统电流减小，损耗降低。参考文献[1] 曹海英 . 光伏逆变器选型的探讨 [J]. 建筑工程技术与设计， 2015（ 11） .[2] 刘刚， 梁燕， 汪海涛， 等 . MW 级光伏发电系统并网技术方案研究 [J]. 电源世界， 2016（ 1） ： 41-45.集散式逆变器特性及应用初探唐秋文江苏佳讯太阳能电力设计院有限公司 江苏 苏州 215000摘要： 随着组件受阴影、地形分布不均匀、组件老化衰减等因素引起的失配损失问题日益突出，从逆变器的跟踪系统来看，对于大中型地面及山地光伏电站而言，多路 MPPT跟踪是一个必然的趋势。其次，从光伏系统的电压等级来看，交直流升压不久将也是一个必然的趋势。交直流升压最明显的一个优势就是极大地降低了交直流电缆损耗，从而提高系统发电效率。关键词： 集散式 逆变器 特性 应用