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逆变器选型:因地制宜是正道

日期: 2015-03-18
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【大比特导读】逆变器选型并不简单,不能一概而论,“因地制宜,科学设计”才是理性的方法。即根据光伏电站装机规模、所处环境和电网接入要求,合理选择逆变器类型,可使电站各参与方在安全、稳定和收益上实现共同利益最大化。


当前,对于光伏电站逆变器选型存在着这样一种认识:大型光伏电站用集中型逆变器,分布式光伏电站用组串式逆变器。笔者认为,这是一种外行的说法。


事实上,逆变器选型并不简单,不能一概而论,“因地制宜,科学设计”才是理性的方法。即根据光伏电站装机规模、所处环境和电网接入要求,合理选择逆变器类型,可使电站各参与方在安全、稳定和收益上实现共同利益最大化。


作为光伏发电系统两大主要部件之一,光伏逆变器的核心任务是跟踪光伏阵列的最大输出功率,并将其能量以最小的变换损耗、最佳的电能质量馈入电网。由于逆变器是串联在光伏方阵和电网之间,逆变器的选择将成为光伏电站能否长期可靠运行并实现预期回报的关键。


我国目前的光伏电站因安装环境不同,分荒漠电站、山丘电站、屋顶电站三类。光伏逆变器根据其功率等级、内部电路结构及应用场合不同,一般可分为集中型逆变器、组串型逆变器和微型逆变器三种类型。


其中,集中型逆变器的主要特点是单机功率大、最大功率跟踪(MPPT)数量少、每瓦成本低。目前国内的主流机型以500KW、630KW为主,欧洲及北美等地区主流机型单机功率800KW甚至更高,功率等级和集成度还在不断提高。集中型逆变器是目前大部分中大型光伏电站的首选,在全球5MW以上的光伏电站中,其选用比例超过98%。


组串型逆变器的单机功率在3-60KW之间。主流机型单机功率30-40KW,单个或多个MPPT,一般为6-15KW一路MPPT。该类逆变器每瓦成本较高,主要应用于中小型电站,在全球1MW以下容量的电站中选用率超过50%。


微型逆变器的单机功率在1KW以下,单MPPT,应用中多为0.25-1KW一路MPPT,其优点是可以对每块或几块电池板进行独立的MPPT控制,但该类逆变器每瓦成本很高。目前在北美地区10KW以下的家庭光伏电站中有较多应用。


荒漠电站选用集中型逆变器优势明显。 阳光电源技术专家表示,对于荒漠电站来说,集中型逆变器的优势明显。


首先,初始投资更低。根据对比分析,集中型方案较组串型逆变器方案在初投上每兆瓦节省投资约26万元。其次,其发电量与组串型持平。荒漠电站中集中型和组串型发电量基本持平,综合集中型在最高效率和过载能力等方面的优势,集中型发电量略高于组串型。第三,运维更方便更经济。通过对比集中型和组串型主流机型方案在100MW电站的运维数据,发电量损失二者相当;由于组串型设备是整机维护,而集中型设备是器件维护,设备维护成本上,集中型优势非常明显。同时,在占地几千亩的百MW级大规模电站中,对完全分散布置的组串逆变器进行更换,维护人员花在路途上的时间将远高于进行设备更换的时间,这也是组串型的大型电站应用不利因素之一 。


最重要的是,集中型方案更加符合电网接入要求。据了解,高压输电网对并网的光伏发电在调度响应、故障穿越、限发、超发、平滑、谐波限制、功率变化率、紧急启停等方面都有严格要求。故障穿越是指电网出现短路、浪涌、缺相情况下,逆变器必须能够在625毫秒到几秒的时间内依然输出一定容量的有功和无功功率,确保电力系统继电保护能够正常动作,由于集中型逆变器在电站中台数少,单机功能强大,通讯控制简单,故障期间能够穿越故障的概率远大于组串逆变器。


山丘电站: 多MPPT集中型方案为主。山丘电站可以看做地势并不平坦的荒漠电站,也是馈入输电网为主,规模多为5MW以上。在山丘电站项目中,通常一个坐标系下规划100多KW左右容量组件(如125KW的组件铺设成同一朝向),达到发电量和投资维护成本的最优比例。


阳光电源针对此应用开发的多MPPT模组模式的集中型逆变器,每路MPPT跟踪100多KW组件,将同一朝向组件的设计占地面积单位缩小到约1000平米,大大提升了施工便利性并有效解决朝向和遮挡问题,同时共交流母线输出,具备集中型逆变器电网友好性特点,是山丘电站的首选方案。


屋顶电站:推荐组串型,也可用集中型。屋顶电站的设计相对较为复杂,受屋顶大小、布局、材质承重、以及阴影遮挡等影响,需要通过组件铺设和逆变器选型规划来实现收益最大化。同时组件安装在屋顶,需要考虑火灾防范等安全问题。接入配电网,直接靠近用户负荷,需要考虑用户用电安全性,电能质量符合要求,及与原有配电之间的继电保护协调等。屋顶光伏系统方案的选用需要在安全、电网友好、投资回报、维护等多个因素中寻求平衡点。


阳光电源技术人员推荐选用组串型逆变器。屋顶结构复杂,为了简化设计,推荐使用组串型逆变器,并且根据实际屋顶和并网点的位置及并网点电压等级,选择逆变器。组串型逆变器需要具备拉弧监测和关断能力,以有效防止火灾的发生,具备PID消除功能,具备高精度漏电流保护功能和孤岛保护功能等。


但是针对大型厂房,考虑到屋顶承重和维护便利性,可选用集中型方案。工业厂房屋顶平坦、规模大、阴影遮挡少、朝向简单、多为10KV中压配电网并网。考虑到大多厂房为彩钢屋顶,承重有限无法安装组串型逆变器,以及日常维护便利、不影响正常生产运行等实际情况,可选用集中型逆变器。


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