多组串逆变器在大型并网电站中的应用

资源描述：

随着光伏行业的发展，光伏并网逆变器也在逐步发展，包括微网逆变器、集中式并网逆变器、小型并网逆变器、多组串式并网逆变器。目前广泛应用在大型并网电站的集中式并网逆变器由于受容量的限制，必须配备汇流箱、直流柜等汇流设备，两次的汇流导致组件的匹配性大大下降，每块组件的差异，在汇流过程中受木桶效应的影响，使系统效率大大降低，仅仅灰尘雨水的影响，即可达到８％的损失，同时串并联的损失也可达到２％之多，这就使逐渐成熟的光伏业者开始思考降低这二者效率的解决方案。目前常用的有直流功率调节器，它可以连接组件接线盒附近，但是仍然省不了汇流箱以及直流柜。同时应用而生的是微网逆变器，即在每块组件连接后，直接逆变为交流电，进行并接使用。这个解决方案可以达到最终解决以上二者问题的目的。但是微网逆变器效率低，同时价格昂贵。鉴于此，我们提出使用多组串式并网逆变器，在每个支架方阵上安装多组串式并网逆变器，一般采用两个组串接入并网逆变器，同时，几个并网逆变器输出并联后，通过升压变压器升压至高压电，至电网。这种解决方案省去了直流柜、汇流箱、分站房的使用，提升了施工的进度以及系统的效率。对于多组串式逆变器，目前国内生产逆变器的企业已经基本都在生产多组串式并网逆变器，可以说逆变器的技术已完全成熟。大型光伏并网电站系统设计也已经验丰富，完全具备可以实施条件。但是，多组串式并网逆变器在小型电站或者ＢＩＰＶ电站中广泛应用，目前国内多组串式并网逆变器在大型并网系统中的应用几乎为空缺，缺乏经验支持。根据多组串并网逆变器的参数及特性，其适用于大型并网电站中仍然有不少的优势。通过对目前常用的多组串式逆变器的了解，结合三款常用的逆变器的技术参数，对逆变器的参数说明如表１、表２所示。1 组串式逆变器适用于大型光伏电站的特点根据逆变器的参数，结合目前常用的光伏电站的参数，组串式逆变器适用于大型光伏电站有如下特点①逆变器最大直流输入电压的匹配性。文章所分析三款逆变器的最大直流输入电压为９００～１０００Ｖ，与大型集中式并网逆变器的参数相同。满足了电池组件串联后的电压。同时，组串式逆变器的最大功率跟踪电压范围为４００～８００Ｖ，较集中式并网逆变器的电压跟踪范围宽，能够更好的发挥出组件最大功率的特性。②逆变器的组串匹配性。目前来说，光伏电站的常用组件规格为２５０Ｗ。根据设计经验，目前组件的串联数为２０串左右，而一个支架单元一般安装两个电池组串（即４０块电池组件），也就是说一个支架单元上安装的组件功率为１００００Ｗ，而根据目前逆变器的最大直流输入功率为１０３００Ｗ，能够满足单元支架上组件的总功率。同时，对于逆变器的安装方式而言，参数中提到壁挂式安装，逆变器可以直接安装在支架单元的侧面，方便安装，同时也方便检修。③逆变器的效率。一般来说，小功率逆变器的效率较多组串逆变器在大型并网电站中的应用阎浩耘（特变电工新疆新能源股份有限公司，新疆乌鲁木齐 830011）摘要随着光伏行业的发展，光伏发电站的效率、施工进度成为广泛关注的问题。文章就如何提高效率、如何加快施工进度、提高系统的收益率，提出了利用多组串并网逆变器代替大型集中式并网逆变器的运行模式针对这种运行模式，进行了全方位的阐述，为大型光伏电站的运行模式提出了新的观点。关键词组串式逆变器；大型；光伏电站；效率中图分类号 TM76 文献标识码 A 文章编号 1006-8937（ 2013） 09-0026-02作者简介阎浩耘（ 1983- ），男，新疆人，大学本科，初级职称，研究方向机电。厂家１２３规格Ｔ１０ＫＰ１０ＫＥ１０Ｋ最大直流功率１０３００Ｗ１０３００Ｗ１０４００Ｗ最大交流功率１００００Ｗ１１０００Ｗ１００００Ｗ最大效率９８％９７．８％９８％欧洲效率≥ ９７％≥ ９７．１％≥ ９７．２％启动功率２０Ｗ３０Ｗ３０Ｗ“ 连接 ” 功率损失１０Ｗ１０Ｗ１０Ｗ夜间消耗＜５Ｗ＜５Ｗ＜５Ｗ最大直流电压１０００Ｖ９００Ｖ１０００Ｖ交流电压范围３２３０Ｖ ± ２０％３２０～４８０Ｖ３３１０Ｖ电网频率５０ ± ５Ｈｚ４７～５３Ｈｚ５０Ｈｚ最大直流电流２１２（２４）Ａ２１８（３６）Ａ２２０Ａ尺寸（长，宽，高）７００５２５２５０ｍｍ７１６６４５２２２ｍｍ５７０６４０２３０ｍｍＭＰＰＴ效率（静态）９９．９％９９．９％９９．９％ＭＰＰＴ效率（动态）９９．６％９９．６％９９．６％安装建议壁挂支架壁挂支架壁挂支架ＩＰＩＰ５４ＩＰ５４ＩＰ５４ＭＰＰ电压范围－标称功率２）４３０～８００Ｖ３８０～７５０Ｖ２５０～８００Ｖ启动直流电压２５０Ｖ２５０Ｖ２５０Ｖ厂家１２３表 1 逆变器的参数说明表 2 逆变器的规格说明企业技术开发TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE第３２卷第９期Ｖｏｌ．３２Ｎｏ．９２０１３年３月Ｍａｒ．２０１３低，特别是与大型集中式并网逆变器比较。但是，根据上述参数表中，可以看出，逆变器的最大效率一般均在９８％左右，几乎可以和大型并网逆变器的最大效率（一般在９８．５％左右）媲美。０．５％的差距可以通过提高组串的不匹配性来弥补。通过以上分析可以看出，多组串式并网逆变器适用于大型并网光伏电站，现在以２０ＭＷ项目为例，按照多组串式逆变器预期所能达到系统效率提升１．６９％。按照一般２０ＭＷ光伏电站项目年平均发电量２６００万ｋＷ · ｈ计算，利用多组串式并网逆变器后，按照能够提升的系统效率计算，２０ＭＷ项目２５ａ平均发电量为２６４３．９４万ｋＷ · ｈ。根据上述条件，２０ＭＷ光伏并网电站的效益如表３所示。2 多组串并网逆变器在大型并网电站中的其他优点虽然通过以上对比可以看出，多组串式并网逆变器具备优势，但是，以上的测算均是保守估计，且表中体现的仅仅是多组串式并网逆变器的经济特性，下面简单介绍一下多组串并网逆变器在大型并网电站中的其他优点①减少直流并联数量，减少组件并联导致的匹配失衡的损失。众所周知，一般大型光伏电站中均采用了二次汇流，即汇流箱汇流后，再次通过直流柜汇流，这使本来输出就不稳定的电池组件经过多次汇流后，由于木桶效应的影响，输出功率损失更加大。使用多组串式并网逆变器后，一个逆变器仅仅接入两个组串，组串并联数少，自然木桶效应影响的较小，这和直流功率优化器的效果基本一致。大大提升了系统的效率。②通过小功率逆变器启动功率低，大大提高了弱光条件下，组件的输出功率。大型并网光伏逆变器一般启动功率为其额定功率的１％左右，按照５００ｋＷ逆变器来计算，当组件功率达到５ｋＷ时，逆变器启动。而按照上述表中显示，１０ｋＷ逆变器启动功率为２０Ｗ，可以计算，５００ｋＷ的逆变器启动功率为５０２０＝１０００Ｗ。因此，远远小于我们的启动功率。大大提高了弱光条件下，组件的输出功率。③减少光伏电站故障发生面积。大型并网逆变器一般单体容量大，因此，如果一台逆变器发生故障，则大面积光伏组件停止发电，造成大的损失。但是，采用组串式逆变器后，如果一台逆变器发生故障，则仅仅只有几ｋＷ的组件停止发电，对于发电企业来说，损失较小。提高系统整体的发电量。④项目省去了汇流箱、直流柜，减少了两个故障环节，使系统的可靠性大大提高。大型集中式并网逆变器的设置，需要配置汇流箱及直流柜进行二次汇流后，进入逆变器，在这个过程中，增加了光伏电站的故障发生率，如果汇流箱或者直流柜发生问题，同样会导致大面积的光伏组件停止发电，造成发电企业的损失。采用多组串式逆变器，可以省去汇流箱及直流柜的配置，减少故障点，提高系统的可靠性。⑤打破常规分站房－升压站模式，省去分站房，加快施工进度。一般来说，大型集中式并网逆变器均要设置逆变器室，如果配置一体化机房，仍需要做基础，因此，在施工中，减少了土建的施工量，节省了施工的时间，这对于工期紧张的光伏电站建设工程而言，可谓提高了效率。3 结语通过以上论述，可以看出，多组串式逆变器在大型并网光伏电站中的应用符合相关设计要求，同时其具备的优势可以在大型并网光伏电站中推广，在后期的建设工程项目中，结合项目的特点，适时采用多组串逆变器，提高系统的整体效率，增加业主的收益率，较大程度的发挥系统的可利用率。参考文献［１］杨秀媛，刘小河，张芳，等．大型太阳能并网发电模型及应用［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１１，（ｚ１）．［２］陈维，沈辉，邓幼俊，等．光伏发电系统中逆变器技术应用及展望［Ｊ］．电力电子技术，２００６，（４）．序号１２３４５６７８９１０项目集中式并网逆变器项目多组串式并网逆变器项目设备名称汇流箱（直流）直流柜５００ｋＷ逆变器２０ｍ２分站房２５年平均发电量汇流箱（交流）直流柜１０ｋＷ逆变器２０ｍ２分站房２５ａ平均发电量单价（元）４５００２００００３５００００５００００２６００万度／年４５００２００００１００００５００００２６４３万度／ａ数量２８０４０４０１２５４００１９０００２５核价（万元）１２６８０１４００５６５０００１８０１９０００６６０７５６３３８９（万元）收益合计收益合计二者比较６４１５７（万元）多组串式较集中式２５年多收益７６８万表 3 20 MW光伏并网电站的效益阎浩耘多组串逆变器在大型并网电站中的应用第３２卷第９期２７