集散式逆變器應用及設計方案探討

鄧宇

（上海電力設計院，上海 200025）

集散式逆變器應用及設計方案探討

鄧宇

（上海電力設計院，上海 200025）

近幾年我國光伏發電飛速發展，新增光伏裝機容量世界第一，累計光伏裝機容量世界前二。同時我國西北部光伏裝機已基本飽和，開始向東部和南部發展。本文就上海電力設計院在云南的光伏設計項目，結合當地山地的情況提出了集散式逆變器配置方案，對集散式逆變器的應用提出了幾點看法。

光伏場；逆變器；集散式

1 采用集散式逆變器方案的緣由

近幾年我國光伏發電飛速發展，新增光伏裝機容量連續三年世界第一，累計光伏裝機容量世界前二，并有望在今年或明年成為世界第一。同時我國西北部光伏裝機已基本飽和，受到當地電網負荷較小和輸出線路容量增長相對緩慢等的約束，我國西北部光伏的發展速度開始大大減慢。

2013年以后，我國光伏開始逐漸向東部和南部發展。首先，東部和南部當地電網負荷較大，光伏所發電量更易消化，限制發電的可能性較小。其次，東部和南部距離用電負荷中心較近，光伏輸出線路建設更方便。但東部和南部受到土地資源的約束，如很多土地已經開發利用，可成片/大片開發的土地基本不存在，同時還需考慮避讓耕地/林地等，造成光伏場選址困難。上海電力設計院在云南的光伏設計項目也受到上述土地資源的約束，只能在丘陵山地中挑選較平整較大的地塊來布置光伏場。

集中式逆變方案是大型光伏地面電站普遍采用的技術方案，系統技術相對成熟，電站可靠性較高，投資性價比高。但在丘陵山地中，由于各光伏組件朝向和傾角不統一，存在單機功率過大與光伏組件MPPT失配造成的發電量損失的矛盾。針對此種情況，考慮采用集散式逆變器，將逆變器MPPT功能下放至匯流箱，可將每MW光伏MPPT數量由集中式的2個提高到48個，可以很好地解決逆變器單機大功率化與光伏電池組件并聯MPPT失配損失之間的矛盾。

2 集散式逆變器的優勢

在傳統的集中式MPPT優化方案中，每500kW逆變器僅對應1路MPPT優化單元，因此將因灰塵遮擋、陰影遮擋、組件劣化等造成不同特性的組件直接并聯在一起，會導致無法保證每個組件的最大出力，也就是說將存在非常明顯的組件匹配損失。這種現象在丘陵山地地區，當無法保證朝向和傾角一致時，發電量的損失將會更加明顯。采用小功率的組串式光伏逆變器理論上可以很好地解決光伏組件MPPT的失配造成的發電量損失，但卻存在輕載情況下轉換效率變差，以及輕載情況下的并網電能質量劣化的問題，甚至出現其它一些并網及后期運維等問題，系統成本造價相比集中逆變系統也會提高。因此目前組串型光伏逆變器一般應用于并網規模較小的光伏發電系統中。而集散式逆變器方案，每22kW對應一路MPPT優化單元，1MW具備48路獨立的MPPT優化單元，可最大限度地減少因灰塵遮擋、陰影遮擋、組件劣化等不同特性而導致的組件失配帶來的發電量損失。在一致性較好的大型地面電站，系統發電量將有2%～3%的發電量提升，而在山地、屋頂等復雜運行環境中發電量將有3%～5%的提升。同時集散式逆變器方案與傳統典型的大型并網光伏電站的設計方案（集中式逆變器）基本兼容，施工簡單、快捷，運行人員也不需重新適應新的運行維護方式。

集中式逆變器采用一臺1MW逆變器，也繼承了集中式逆變器高可靠性、易于維護和管理等優點。集中式逆變器的輸入電壓范圍更寬，可更大限度地利用光能，工作電壓范圍將從傳統集中式逆變器的450VDC～820VDC，拓寬到300VDC～820VDC左右。光伏電池板通過MPPT方陣功率優化器后，電壓被調節成穩定的直流高壓（800VDC左右），從而使得其工作電壓范圍被顯著提升，高于280VDC的電壓都將可以被有效利用,從而有效利用了早晚以及弱光下的能量。集散式逆變器方案可以節省輸入/輸出電纜成本。集散式逆變方案將輸入直流電壓由傳統的600VDC左右的直流電壓提升到穩定的800VDC左右，同等功率下電流下降25%，因此輸入直流電纜的截面可以降低，從而節省電纜購買費用。同樣對于交流輸出而言，集散式逆變方案的交流輸出電壓也由傳統的315VAC電壓提升到500VAC左右，同等功率下電流下降37%，因此輸出交流電纜的的截面可以降低，從而節省電纜購買費用。此外，集散式逆變器集成直流輸入配電柜功能，可以減少采購直流配電柜費用，進一步降低工程造價。

圖1

3 集散式逆變器的劣勢

集散式逆變器也有著一些劣勢。

首先，集散式逆變器使用的是單機1MW，單臺逆變器發生故障對發電量影響增大。

其次，集散式逆變器將MPPT功能下放至直流匯流箱，當電網下達有功功率調度命令時，控制中心由逆變器轉變為直流匯流箱，直流匯流箱的響應速度、直流匯流箱之間的配合以及可靠性尚需一段時間運行驗證。

再次，集散式逆變器方案的直流匯流箱功能更多，相應的對通信線纜的可靠性要求更高。如果遇到距離較遠或干擾較強的場所，通信線纜需改用光纜，相關的工程費用需要增加。最后，集散式逆變器運行業績和生產廠家較少，大規模應用集散式逆變器時，低電壓穿越/零電壓穿越等性能能否滿足電網要求尚未經過較長時間運行檢驗。

4 集散式逆變器的配置方案

以上海電力設計院在云南丘北的光伏設計項目為例，項目場址位于丘陵山地，現場地形起伏多變。運用集散式逆變器方案，可以很好地解決光伏組件MPPT的失配造成的發電量損失，有效的提升發電量。

在本項目中，設計院采用了10MW的集散式逆變器方案，配置了10臺1MW集散式逆變器、110臺16進1出的直流防雷智能匯流控制箱以及10臺1100kVA箱式變壓器。集散式逆變器和直流防雷智能匯流控制箱配套提供，10MW分為兩部分，各為5MW，分別采用無錫上能和深圳禾望公司產品。箱式變壓器采用上海一電集團有限公司的產品。光伏組件首先通過光伏專用電纜接入至直流防雷智能匯流控制箱。每個直流防雷智能匯流控制箱可以接入16路光伏組串。直流防雷智能匯流控制箱匯總光伏所發電能后，將電壓穩定在直流800V左右以一路輸出至1MW集散式逆變器。每個1MW集散式逆變器可接入11臺直流防雷智能匯流控制箱所匯集的直流電能，同時將直流電能逆變為500V左右的交流電能。逆變器再通過電纜將交流電能傳送給就地升壓箱變，就地升壓箱變將電壓抬升到35kV后，通過35kV電纜接入當地電網并網發電。

逆變器箱房布置見圖1。

5 集散式逆變器的應用前景

集散式逆變器屬于新技術流派，它是逆變器行業中一個新的概念、新的發展方向，也是一個新的可供業主選擇的方案，其每MW光伏單元MPPT跟蹤路數也遠大于集中式逆變方案，適合于大型屋頂分布式光伏、復雜地形地面光伏項目，能有效提高這類光伏項目的發電量。

同時結合我國目前光伏發展狀況，在丘陵山地這類的復雜地形上建設光伏電站的情況將越來越多，可預見集散式逆變器的市場前景光明，將有越來越多的工程采用此種逆變器。

[1]建筑工程技術和設計. 2015年：光伏逆變器選型的探討.

[2]電氣技術，2015年6期：禾望集散式逆變器系統正式亮相上海SNEC第九屆光伏展.

[3] 2015第四屆分布式發電與微電網技術大會：集散式逆變器及其系統設計應用.

[4] 李正明，周建偉，張國松. 增強型準Z源逆變器的設計和驗證[J]. 電子技術應用，2017(05).

TM464

A

1671-0711（2017）06（下）-0082-02