大型光伏電站中集中式逆變器與組串式逆變器的選擇探究

梁昌盛

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

大型光伏電站設有光伏發電組件，使得光伏電站的發電運行過程具有良好的穩定性，且不易受到系統負載強度、外界光照強度與環境溫度的影響[1]。大型光伏電站在發電運行中，系統輸出電流與輸出電壓能夠保持良好的平穩度，運用自動調節方式實現最大化的光伏發電運行效能。可見，大型光伏電站體現出發電節能的明顯優勢。技術人員通過正確搭配運用光伏電站中的逆變器系統，能夠達到平穩的電能輸出效果，同時可合理控制光伏電站系統的發電運行功率[2]。

1 大型光伏電站的并網逆變器系統運行原理

光伏并網逆變器的基本特征為電網裝置并入轉換后的交流電流，逆變器系統通過轉換直流電的方式提供并網發電必需的能源，進而實現可持續的清潔并網發電目標。在光伏并網發電的實施環節，應當能夠保證高效、可靠與安全的并網運行狀態，確保實現穩定的電能輸出效果。經過以上的電能轉換處理后，大規模的光伏發電站相比于傳統發電站能夠提供更好的發電質量，保證平穩的系統運行狀態[3]。

近年來，光伏發電領域的技術手段正在迅速轉變，誕生了小規模的并網發電裝置、組串式光伏逆變器、集中式光伏逆變器以及微網光伏逆變器。在轉換系統發電功率的環節中，系統直流電由于受到晶體管的切換作用，因此重新設置了排序，最終達到交流電轉換的目標。此外，并網逆變器設有電子電路和系統控制裝置，其中電子電路屬于系統保護裝置。光伏發電系統如果突然出現運行故障，那么逆變器可以啟用安全保護操作。

2 大型光伏電站中的組串式逆變器與集中式逆變器

2.1 組串式光伏并網逆變器

組串式光伏逆變器具有系統發電量較高的優勢，并且能夠保證實現良好的電壓輸入匹配性[4]。在多核發電的技術手段支撐下，運用組串式逆變器可以避免出現頻繁中斷系統發電的故障，也能明顯縮小潛在的故障影響范圍。這是由于組串式逆變器設計為多核發電運行模式，因此可以確保達到900 V的發電功率跟蹤范圍，并且有效避免系統發電量受到錯誤組件配置的影響。在智能化軟件的全面控制下，技術人員能夠實時監控組串式光伏并網逆變器，確保隨時掌握目前的逆變器運行狀態，妥善處理逆變器的安全運行故障。運用組串式系統逆變器還有助于實現全過程的系統運維控制，縮短維修各個系統組件消耗的時間。

2.2 集中式光伏并網逆變器

相比于系統自重較輕且體積較小的便攜組串式逆變器，集中式光伏逆變器占據較多的空間位置，系統組成如圖1所示。集中式逆變器呈現明顯的單點故障現象，運用單一的系統設備控制各個功率饋電以及功率轉換環節。但是不應忽視，集中式光伏逆變器具有較高的系統集成度，因而可以達到明顯提升逆變器裝置容量和系統運行功率的效果，遵循模塊化的系統設計方式實現靈活的調節。

圖1 集中式的大型光伏發電系統組成

3 合理選擇集中式逆變器與組串式逆變器的要點

3.1 綜合考慮系統運維成本和系統發電量

集中式逆變器與組串式逆變器具有各自的運行優勢，因此技術人員需要合理選擇以上兩種類型的逆變器，綜合考慮逆變器的投資建設成本、系統發電量以及系統組件的衰減性標準，確保選出安全性能良好的逆變器組件類型。例如，對于20 MW大型光伏發電系統而言，技術人員應當整體對比對于特定生命周期內的系統發電量，進而判斷得出不同系統初始投資方案之間存在的差異[5]。從總體角度來講，組串式系統逆變器可以維持良好的集中運行性能，但是系統組件會消耗較大的系統維護成本。因此，在實施逆變器組件的全面技術改造實踐中，技術人員應當注重智能化與精細化的逆變器系統實施全面運行改造，充分發揮信息科技手段融入逆變器技術改造的重要作用。

降低損耗有助于逆變器保證良好的運行效率，因此目前針對組串式光伏逆變器與集中式光伏逆變器必須做到密切關注系統損耗，全面運用逆變器損耗降低的做法保證逆變器的良好運行功效。對于變壓器、開關管與電感磁性部件，在實施優化設計時必須充分降低系統損耗。對于各種磁性部件，要保證運用節能材料進行設計，保證實現最大程度地降低系統損耗。例如，對于功率開關管（IGBT）來講，此類元件可能會造成開關損耗或者導通損耗，因此務必保證直流電壓處于控制范圍內，同時要做到合理控制開關頻率。對于鐵導線與銅導線產生的電感損耗，在控制過程中需要充分保證流經電流的平穩性，進而達到節約逆變器運行功耗的效果，全面考慮系統運行中的功耗升高風險。

3.2 結合并網發電的穩定性標準

組串式并網逆變器和集中式并網逆變器都具備良好的并網運行性能，而且能夠承受強度較高的外界光照作用，不會受到日照強度與系統運行負載大的影響。同時，并網逆變器可以達到良好的自生調節功能，運用跟蹤系統發電功率的方式實現全過程的發電運行調節目標，從而保證平穩的系統電壓與系統電流輸出狀態。對于光伏發電組件來講，系統組件能夠運用自我調節方式適應外界的負載強度和日照強度改變，從而做到迅速適應不斷變化的外界環境溫度。光伏逆變器對于正弦波的電流能夠予以持續輸出，確保電網能夠隨時接收回饋的電能。在此基礎上，為了保持可靠的電網運行狀態，需要做到嚴格避免產生直流分量或者高次諧波，嚴格限定逆變器的各項系統性能指標。

組串式大型光伏系統逆變器和集中式大型光伏系統逆變器具有各自的缺陷及優勢，因而必須結合光伏發電系統當前的運行狀況進行優化選擇。多數情況下，對于具有分散性與小規模的光伏發電資源應當運用組串式系統，而對于具有較大規模的發電站則最好選擇集中式系統。這是由于集中式逆變器具有轉變直流電的性能，進而達到順利實現并網處理與系統升壓處理的目的。逆變器系統必須能夠體現最佳的系統功耗與系統效率，因此應當致力于內阻與功率的全面降低，還要運用靈活的控制措施調整系統脈寬。目前，對于逆變器在提高系統轉換效率的實踐中，技術人員可以選擇運用軟開關技術或者電氣拓撲技術完成系統轉換的相關操作，進而達到開關頻率明顯降低的效果，并且做到合理控制功率器件的系統運行電壓。

3.3 優化改造并網發電的運行方式

相關部門對于現階段投資建成的大規模發電站，應當確保引進數字技術手段，還要做到充分重視后期的系統運維成本。在全面實施逆變器技術改造的前提下，確保明顯提升系統發電量[6]。近年來，集中式逆變器已經被推廣運用于某些人跡罕至的大型光伏電站建設區域，因而具備持續長期運行的優勢。相關部門對于選擇兩種類型的光伏逆變器應當做到全面關注投資回報率和系統發電的安全性，以確保得出安全效能更好的光伏電站運行方案。

表1 影響逆變器功耗與運行效率的因素

4 結 論

經過分析可見，組串式逆變器和集中式逆變器是大型光伏電站中的重要組件。對于兩種不同類型的逆變器，在進行優化配置時關鍵在于維持穩定的系統發電量，還要做到綜合考慮現有的系統輸出電流與輸入電流強度，運用自生調節的運行模式實現對光伏電站運行組件的靈活調整。未來在技術改進實踐中，對于大型光伏電站實施優化改造的側重點在于優化配置，合理選擇逆變器的型號與種類，確保并網運行的良好效果，從而為大型光伏電站提供安全運行保障。