光伏系統(tǒng)中逆變器拓?fù)湫螒B(tài)分析

秦一偉 青海大學(xué)

當(dāng)前社會(huì)環(huán)境中，生產(chǎn)生活都將電力能源作為重要的支持性能源對(duì)待，因此對(duì)于電力能源的需求，一直都處于上升狀態(tài)。這種需求層面的增加，要求電力能源的供給能夠保持同步的增加，并且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供給。而化石燃料本身的非可持續(xù)特征，決定著其本身在能源領(lǐng)域的淡出，以可持續(xù)發(fā)展為特征的核能和新能源，在未來(lái)會(huì)成為電力供給的重要來(lái)源。而在新能源體系之下，光伏發(fā)電相對(duì)而言發(fā)展歷史最為悠久，技術(shù)也比較成熟，成為當(dāng)前大電網(wǎng)的重要參與成分。

大電網(wǎng)的核心在于將諸多電力能源實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，以分布式的思想建立起電力能源池，并且實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)環(huán)境中的整體供給優(yōu)化。隨著社會(huì)中各個(gè)方面對(duì)于電能需求的增加，如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)電力能源的平穩(wěn)并網(wǎng)，成為光伏系統(tǒng)所要面對(duì)的核心問(wèn)題之一。尤其是負(fù)荷環(huán)境中大量非線(xiàn)性不平衡需求的存在，以及光伏發(fā)電框架之下，光能源本身的潮汐特征，都給平穩(wěn)并網(wǎng)帶來(lái)挑戰(zhàn)。除此以外，考慮到光伏系統(tǒng)供電本身不穩(wěn)定的特征，在并網(wǎng)環(huán)境之下，一旦發(fā)生電能供給異常，光伏系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)自身的隔離，展開(kāi)孤島運(yùn)行，避免給更大范圍的電網(wǎng)帶來(lái)負(fù)面影響。

針對(duì)此種狀況，諸多學(xué)者展開(kāi)了對(duì)應(yīng)的研究，并且對(duì)光伏發(fā)電的并網(wǎng)離網(wǎng)做出了嚴(yán)格限定，其中包括并網(wǎng)時(shí)諧波畸變率的含量，以及孤島情況下電壓的不平衡狀況等方面的具體衡量。就我國(guó)光伏發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r而言，光伏電站的整體容量仍然有待進(jìn)一步提升，并且在大電網(wǎng)環(huán)境中，光伏電站的比例也有較有限。可以說(shuō)，應(yīng)用的滯后為技術(shù)的發(fā)展贏得了一點(diǎn)時(shí)間，但是隨著技術(shù)和應(yīng)用的日漸成熟，光伏發(fā)電對(duì)于大電網(wǎng)的影響也會(huì)逐步增加，二者的故障都會(huì)影響到對(duì)方的穩(wěn)定運(yùn)行，這種影響日漸增加，會(huì)達(dá)到隔離孤島運(yùn)行也無(wú)法消除，最終造成電網(wǎng)電壓和頻率崩潰。而逆變器作為將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的重要橋接組件，是實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，并且決定并網(wǎng)穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

實(shí)際應(yīng)用中對(duì)逆變器的選用，需要從實(shí)際情況出發(fā)，合理對(duì)不同種類(lèi)逆變器進(jìn)行選擇，綜合其工作特征妥善安排。光伏逆變器具有多種分類(lèi)方式，但是在當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域中，以功率作為分類(lèi)依據(jù)的方式，直接面向應(yīng)用，因此有著較好的生命力。此種分類(lèi)方式，將光伏逆變器劃分為集中式逆變器、組串式逆變器以及微型逆變器三種。

集中式逆變器主要應(yīng)用于大型并網(wǎng)工作環(huán)境，其功率范圍為100-1000kW。此種逆變器應(yīng)用于大型光伏電站，主要形式為多個(gè)電池板的分組串聯(lián)，而后再進(jìn)行并聯(lián)，形成光伏陣列，最后利用匯流箱將光伏陣列與逆變器相連，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。對(duì)于集中式逆變器而言，較高的集成度成為其突出特征，因此功率密度較大，輸出功率因數(shù)比較穩(wěn)定，而成本則相對(duì)低廉。除此以外，集中的形態(tài)還能夠降低逆變器需要的元器件，提升系統(tǒng)整體可靠性，理想的情況下，此種系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率可以提升到98%水平，并且諧波畸變率能夠控制在3%以下。集中式逆變器能夠較好地抵抗電網(wǎng)電壓所帶來(lái)的波動(dòng)，因此對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定有著積極價(jià)值。但是其本身缺乏必要的榮譽(yù)能力，對(duì)于逆變器的依賴(lài)會(huì)成為此種系統(tǒng)的瓶頸問(wèn)題。

對(duì)于組串式逆變器而言，通常應(yīng)用于大中型分布式光伏電站，是當(dāng)前我國(guó)光伏失事業(yè)的重要支持，尤其是對(duì)于農(nóng)村光伏并網(wǎng)環(huán)境而言至關(guān)重要。多應(yīng)用于3-50kW功率環(huán)境。此種逆變器的應(yīng)用環(huán)境中，從本質(zhì)上也表現(xiàn)為光伏陣列，但是規(guī)模要比集中逆變器的工作環(huán)境規(guī)模要小很多，通常串聯(lián)不過(guò)幾十塊電池板，并聯(lián)也不過(guò)幾塊至十幾塊居多。組串式逆變器可以實(shí)現(xiàn)多路MPPT跟蹤電路，保持每個(gè)光伏組串都工作在最大功率點(diǎn)上，可以有效減少因光伏組串間不匹配導(dǎo)致的發(fā)電損失。除此以外，此種逆變器結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，在安裝和調(diào)試方面易于操作，有效實(shí)現(xiàn)了施工難度的控制。并且光伏組串能直接連接到逆變器，省去了匯流箱和直流柜，減少了直流回路線(xiàn)損，也提高了系統(tǒng)可靠性。但是組串式逆變器框架下元件較多，導(dǎo)致其設(shè)計(jì)和制造難度加大，可靠性也因此受到閑置。除此以外，由于組串式光伏發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)過(guò)濾波器后直接并入電網(wǎng)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)隔離變壓器環(huán)節(jié)，易形成共模漏電流，安全性偏低也成為一個(gè)問(wèn)題。

最后，微型逆變器多用于200-500W功率環(huán)境之下，通常僅并聯(lián)一塊電池板，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)的轉(zhuǎn)換和MPPT跟蹤，適用于光照特征復(fù)雜的環(huán)境。微型逆變器能夠有效實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)保持的職能目標(biāo)，對(duì)于提升小型系統(tǒng)的發(fā)電效率有著不容忽視的積極意義，并且其運(yùn)維相對(duì)簡(jiǎn)單，支持熱插拔，并且能夠面向發(fā)展環(huán)境友好，安裝和擴(kuò)展都便于展開(kāi)。除此以外，型逆變器多利用高頻變壓器進(jìn)行升壓，這使其具有較高功率密度和轉(zhuǎn)換效率，還能實(shí)現(xiàn)光伏組件與網(wǎng)測(cè)電壓的電氣隔離，有效地解決了共模漏電流的問(wèn)題。

逆變器的發(fā)展，隨著光伏事業(yè)的一同展開(kāi)，在未來(lái)必然會(huì)成為支持光伏事業(yè)的重要力量。

[1]蹇芳,李志勇.光伏逆變器技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J].大功率變流技術(shù),2014(4)