地面光伏电站逆变器选型 析及优化配置 周健１马永龙１陈茂兰２林伟１王礼伟１陈挺１ （１福建省电力勘测设计院福建福州 ３５０００３ ２福建永福电力设计股份有限公司 福建福州 ３５０１０ｏ） 摘要从光伏并网逆变器的原理及现状入手，着重对光伏电站逆变器选型进行研究，结合．Ｙ－程实际案例．得出不同条件 下的光伏电站并网逆变器的选型原则．供设计人员进行参考 关键词 地面光伏电站 逆变器 选型 中图分类号：ＴＭ６１５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７２—９０６４（２０１６）０３—０５０—０３ 在电压上同频、同相、幅值相同．且三相平衡的三相交流电 能。 光伏并网逆变器的基本功能．是将来自太阳能电池方阵 的直流电转换成交流电．并把电力输送给与交流系统连接的 负载设备．同时把剩余电力倒流人电网中。光伏并网逆变器 还具有最大限度地发挥太阳能电池方阵性能的功能和在异 主要优势有：①逆变器数量少，便于管理；②逆变器元器 件数量少，可靠性高；③谐波含量少，直流分量少电能质量 常或故障时起到保护功能 合理的逆变器配置方案对于提高 太阳能光伏发电系统效率．减少运行损耗．降低光伏并网电 站运营费用以及缩短电站建设周期和经济成本的回收期具 有重要的意义 高；④逆变器集成度高，功率密度大，成本低；⑤逆变器各种 保护功能齐全，电站安全性高：⑥有功率因素调节功能和低 电压穿越功能．电网调节性好 主要缺点有：①直流汇流箱故障率较高；②集中式逆变 器ＭＰＰＴ电压范围窄：③组件方阵经过两次汇流到达逆变 器．ＭＰＰＴ不能监控到每一路组件的运行情况．不可能使每 一１逆变器现状 目前，光伏电站的建设模式主要有地面电站、屋顶电站、 设施农业电站、多能互补电站及小型户用光伏电站等。根据 路组件都处于最佳工作点 光伏电站的应用形式．光伏逆变器发展较为迅速．出现了不 ３．２组串式逆变方案 同的逆变器解决方案：①集中式逆变器；②组串式逆变器；③ 集散式逆变器 光伏逆变器高度依赖于电力电子和微电子技术的发展． 如果没有新型的功率器件、新型的半导体器件、高速的性能 优越的微处理器．逆变器无法实现更高的性能 目前逆变器 组串式并网逆变器是基于模块化的概念．把光伏方阵中 每个光伏组串输入到１台小功率的逆变器中．多个光伏组串 和逆变器又模块化地组合在一起．所有逆变器在交流输出端 并联．然后通过交流并联电缆送人双绕组的变压器中就地升 压。 的转换效率可达到９７％～９９％．ＭＰＰＴ效率可达到９８％～ ９９．９％．单机最大功率可达２．５兆瓦：电路结构主要以两电平 为主，少量为三电平；冷却方式以风冷为主，少量为自冷，液 主要优势有：①每个光伏串对应１个逆变器。不受组串 间模块差异．和阴影遮挡的影响．减少光伏组件最佳工作点 与逆变器不匹配的情况．最大程度增加发电量：②组串式逆 变器ＭＰＦｒ电压范围宽 冷：功率器件以ＩＧＢＴ为主．少量的碳化硅器件 ２逆变器技术指标 作为光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设 主要缺点有：①电子元器件较多，可靠性稍差；②不带隔 离变压器设计，电气安全性稍差．直流分量大，对电网影响 备之一．逆变器的选型对于发电系统的转换效率和可靠性具 有重要作用 大；③逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大；④ 但多机并联时，零电压穿越功能、无功调节、有功调节等功能 实现较难 ３．３集散式逆变方案 逆变器的选型主要考虑以下技术指标：①转换效率；② 直流输入电压范围；③最大功率点跟踪；④输出电流谐波及 功率因数；⑤低电压耐受能力；⑥系统频率异常响应；⑦可靠 集散式逆变方案是采用的是集中逆变、分散式跟踪的并 性和可恢复性；⑧具有保护功能；⑨监控和数据采集；⑩抗 ＰＩＤ效应功能 网方案．其在传统的光伏汇流箱内部增加ＤＣ／ＤＣ升压变换 硬件单元和ＭＰＰＴ控制软件单元．实现了每２～４串Ｐｖ组件 对应１路ＭＰＰＴ的分散跟踪功能 集散式逆变方案兼具了集中式逆变方案中集中式逆变 器和组串式逆变方案的优势 但是集散式逆变方案中汇流箱 升压单元及控制单元．汇流箱结构和功能较集中式逆变方案 中的直流ｔ［流箱和组串式逆变器中的交流汇流箱复杂的多． 汇流箱的散热、对恶劣环境的适应能力值得引起注意 ３逆变器选型比较 目前应用于国内大规模地面光伏电站的逆变方案主要 有３种，即集中式、组串式和集散式。 ３．１集中式逆变方案 集中型逆变方案指并网光伏发电系统通过集中型并网 逆变器将太阳电池方阵输出的直流电能转换为与低压电网 作者简介：周健（１９７２～），男，硕士，高级工程师，注册电气师，注册咨询师，研究方向为电力系统自动化及电气工程设计技术。 ２０１６．ＮＯ．３． 境 集散式逆变方案目前在国内领域的支持厂家不多。应用 案例也偏少．其设计上的优势在实际应用中还需进一步验 证。 以上３种逆变方案中．集中逆变方案和集散式逆变方案 采用的均为大型集中式逆变器．组串式逆变器与集中式逆变 器的主要技术经济指标对比如表１所示。 根据上述对比可以看出．集中式逆变器相对于组串式逆 ３．４逆变器的性能比较 表１ 集中式与组串式逆变器对比 对比项 ＭＰＰＴ跟踪 集中式 组串式 数量少，对组串失配的适应能力差 谐波含量少，直流分量少电能质量高 多路ＭＰＰＴ，适用于山地朝向不一及阴影遮挡的复杂环境 谐波含量控制难度较高，影响并网点电能质量 电能质量 环流 并联谐振 逆变器交流侧接人双变压器，交流侧无需 交流输出侧并联，多台设备间的环流问题严重 汇流设备，无需考虑环流问题 采用变压器隔离进行解耦，保证逆变器相互之 多逆变器并网系统间的各种相互关联耦合构成一个复杂的高阶电网 间无影响，从而避免逆变器之间产生谐振。 络，极易引起并网系统的谐振。 单兆瓦配置设备少、总器件数少，设备故障数量 单兆瓦配置设备数量多、总器件数多，设备故障数量多，可靠性低 少，发电单元更加可靠 集中式并网逆变器过载能力高达１２０％，能够 组串式并网逆变器过载能力仅为１１０％，过载能力受限 匹配更大容量的光伏阵列 当电网跌落到２０％Ｕｎ以下时，要求补偿无功电流不小于１．０５Ｉｎ，并 且每台并联机器都出力相同，几十台并联时很难做到如此高的一致 性。另外，电网跌落后及无功补偿期间，电网阻抗变换较大。逆变器 由于满发无功，电流波形ＴＨＤｉ比正常运行时差很多，谐波含量非常 丰富，极易引起并联逆变器之间、电网和逆变器之间的谐振，逆变器 稳定性大大下降。 具有直流开断功能，系统安全性高 故障设备数量 过载能力 低电压穿越 囊 妻鼻素调节功能和低电压穿越功能’电网 系统安全性 运维 转换效率 无直流断路器、故障时无法保护逆变器 设备数量少，运行维护简单 逆变器采用ＤＣ—ＡＣ单级拓扑，系统效率高 设备数量多，故障定位困难，运行维护工作量大 组串式并网逆变器采用ＤＣ—ＤＣ—ＡＣ双级拓扑，多一级直流升压电 路，从而导致逆变器整机效率下降 功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。组串式逆变器采用户外 安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化 大型地面电站应用案例及时问有限，技术成熟度有待考验 ０．５ 恶劣环境适应性 运行经验丰富，对恶劣环境的适应能力强 技术成熟度及业绩 技术成熟，在大型地面电站中应用广泛 成本／（元／ｗ） ０．３ 变器在大型地面光伏电站的应用中具有应用案例广、技术成 站应用广泛，技术成熟，对环境和电网的适应能力久经考验。 本工程属于山地丘陵环境．阵列朝向有可能带来一定的辐射 损失。导致阵列的并联失配。 集散式逆变方案：考虑到集散式逆变方案技术上存在部 分的问题，以及目前该逆变方案还未在大型地面电站广泛使 熟稳定、环境适应能力强、系统接人友好等一系列优势。但是 针对复杂山地环境由阵列朝向不一带来的组件并联失配、局 部遮挡等问题。由于集中式逆变器的ＭＰＰＴ跟踪路数有限． 不能最大限度的发挥系统的效能．组串式和集散式的逆变方 案均具有更好的适应能力 用．且目前国内提供集散式逆变解决方案的厂家仅有少数几 家．该工程暂不考虑采用集散式逆变方案。 通过进一步分析站址区域．该工程站址虽位于丘陵地 ４案例分析 南方ＸＸ市兴建１座光伏并网电站．地理区位属于丘陵 地貌及山间凹地，地形起伏较小。光伏电站的规划容量为 １０ＭＷｐ，１期全部建设完成，同时兴建１座１０ｋＶ汇流站。 针对该工程的场址条件并结合实测地形图．对工程光伏 场区的地形及光伏阵列布置进行深入分析．并分别对不同的 貌，但是地形起伏较小，场内高程约４５ｍ～５５ｍ。该工程光伏 组件布置倾角均一致，为１８￣，方位角仅有２种角度．其中正 南方位装机容量约８ＭＷ，南偏西５８￣装机容量约２ＭＷ。由此 可知，该工程光伏组件布置规整，光伏阵列几乎无角度偏差， 不存在地形畸变。结合工程站址实际情况及集中式、组串式 逆变方案的优缺点．同时考虑集中式与组串式逆变方案对于 造价的影响，该工程采用集中式逆变方案．能够最大限度为 投资方提高资本收益率 逆变方案进行适用性分析如下 组串式逆变方案：组串式逆变器在大中型地面光伏电站 的应用时间较短，对电网、环境的适应能力尚需要实践检验， 逆变器自身的环流、运维、安全可靠性等相关问题依然需要 引起电站投资者的关注 但考虑到该工程光伏阵列的安装场 所属于山地丘陵环境．组件的朝向差异和局部遮挡会造成一 定的组件并联失配．采用组串式逆变器可以有效的减少组件 并联失配带来的系统功率损失。一定程度的提高系统效率。 ５结束语 光伏发电系统中并网光伏逆变器的选型涉及到很多方 面．是一门综合性的学问．本文从光伏并网逆变器的原理及 现状人手，着重对光伏电站逆变器选型进行研究．结合工程 实际案例进行选型分析．得出不同条件下的光伏电站并网逆 （下转第５６页） 集中式逆变方案：集中式逆变方案在大中型地面光伏电 ２０１６．Ｎ０．３． 铐一 标。 源 （３）要结合城区实际情况，有针对的进行城区噪声污染 治理。在城区建设过程中要通过以下的方法进行噪声污染防 效的保护水资源．从而有效的达到保护城区环境的根本目 环境影响评价。要充分的理解环境保护规划的思路。对于具 体的规划内容要不断的完善和改进．有效的结合环境现状进 行分析．降低影响城区环境保护规划实施的因素，为城区环 境保护奠定一个夯实的基础。 第一，合理规划城区环境划分，要把噪声污染较大的工业 环 治：市绿色生态隔离带．通过绿化有效的减少噪声污染带来的影 拉 ３结语 在城区环境保护规划思路实施的过程中要始终贯彻长 期发展的战略思想．把为人民服务作为首要的目标。大力倡 导低碳环保环境理念．要把城区经济建设与环境的和谐发展 作为长期的发展宗旨．进行科学的合理的城区环境保护规 划．在落实的过程中要确保具体的工作人员的相关责权，提 高城区环境保护规划的有效性 只有这样才可以有效的促进 城区环境、城区经济发展符合社会的发展趋势，为我国实现 低碳型社会经济奠定良好的基础 参考文献 １ 乔立新．质量保证在环境监测工作中的地位和作用．科技信息（科学 教研），２０１２（３６） ２ 张国中．魏怀东，周兰萍，等．我国自然保护区与生态文明．甘肃科 技，２００８（２１） ３刘跃进．次生林对生态环境的作用及经营措施．黑龙江科技信息． ２００７（１８） 集中工业园区内，降低噪声对群众的影响；第二，构建一个城 响：第三。要通过各种有效的措施对于交通污染进行治理，在 主要交通线路与建筑中设置噪声安全体系．在城区居民居住 路段要通过隔声屏障、降噪路面以及其他方式进行控制；第 四．构建合理的城区布局，制定工业园区，提高对工业、商业 以及运输业的噪声污染控制。减少噪声污染 （４）要结合城区实际情况，有针对的进行城区固体废物 污染治理 在城区环境保护的过程中要加强对固体污染物的 综合利用，整合资源利用，倡导固体资源废物回收利用，要做 到物尽其用：加强相关的固体废物处理设施的建设。要把传 统的焚烧处理以及现代高科技处理模式进行有效的结合．在 城区环境保护过程中采用专业化集中处理的方式．对于电子 电器废物要构建一个科学的完善的电子废物处理中心。集中 处理。 （５）城区环境保护规划思路实施的过程中要全面的进行 ４王鹤．加强城市环境保护规划的措施探讨．黑龙江科技信息，２０１１ （２５） （上接第４９页） 灰岩的赋存、分布情况有了一定的了解。分析了岩溶水对本 矿井及周边矿井的影响程度．划定“三线”并制定了矿井岩溶 水防范措施 探水工作。 参考文献 １福建省龙永煤田龙潭中井田详查最终地质报告．福建省１２１地质 （２１建议矿井采购能打ｌＯｒｅ以上深度的探水专用钻和 钻杆．以便当采掘工作面进入探采线时．能更好的做好超前 队，１９８６，１２ ２福建省龙永煤田龙潭西井田详查最终地质报告·福建省１２１地质 队．１９９０，０７ （上接第５１页） 变器的选型原则．设计人员在设计时应充分考虑到各种因 素，因地制宜，结合工程的具体情况进行。 参考文献 ｔ沈辉，曾祖勤，太阳能光伏发电技术．化学工业出版社，２００５ 一·…¨Ｉ－－…¨ｌ－一 ．１Ｉ… …＿。 “Ｉ·ＩＩＩＩ· － ●Ｉ． ·。…Ｉ＿．一· ●。Ｉ．一一＊１１１１ｌ ·，。…●Ｉ－ ·＿ｌＩ…·－‘．１＿ｌｌ －●Ｉ· ·。…●Ｉ·一。 ｌｌ－一。……··。 ０…·＊ ·’‘ “ｌ¨…‘…ｌ ２崔容强，赵春江，吴达成．并网型太阳能光伏发电系统．化学．ｘ－，３ｋ出 版社，２００７ ３张兴，曹仁贤．太阳能光伏并网发电厦其逆变控制．机械工业出版 社，２０１１ （上接第５４页） ３．３加强人才培养和队伍建设的建议 测工作 监测部门的能力建设说到底就是人才的建设。人才的重 视程度直接影响到监测能力的整体效果．监测部门要根据各 自发展的长远目标、任务，从为管理服务需要出发，吸引人 才、培训人才。建立适合人才发展的机制。要设立人才培训的 机制，开拓人才培训的途径。人才培养与高等院校相结合、与 ４结语 我国环境监测系统为保护环境发挥了巨大的作用．也吸 取了不少经验教训。我们要积极探索环境监测发展新模式， 开拓环境监测新思路．依托环境监测数据来进行环境管理． 发挥环境监测的基础作用．抓好环境监测“三项建设”．向环 境质量监测仪器设备的大型化、自动化、连续化，实验室分析 测试自动化，应急监测的简易快速化，信息化方向不断发展， 深入开展遥感监测和生物监测 参考文献 １刘卫先．我国现行环境监测述评．北京：中国环境监测。２００９，３ 科研单位相结合。健全完善运行机制、竞争激励机制、定期考 核机制，三大机制之间相互联系、相互渗透、相互依存。 ３４加强应急监测对策 为了提高各类事故应急处理能力，全力、及时、迅速、高 效地控制各类事故．最大限度地减少事故损失和事故造成的 负面影响。保障国家财产和人员的安全，制定应急监测对策， 强化应急监测的指导思想．做好应急准备．应急演练，应急监 ２徐广华．陈静．加强环境监测管理的几点思考．北京：中国环境监测。 ２００９。５ ２０１６．Ｎ０．３．
