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待，因此對于電力能源的需求，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，在未來會成為電力供給的重要來源。而在新能源體系之下，光伏發(fā)電相對而言發(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現(xiàn)并網(wǎng)，以分布式的思想建立起電力能源池，并且實現(xiàn)整個電網(wǎng)環(huán)境中的整體供給優(yōu)化。隨著社會中各個方面對于電能需求的增加，如何實現(xiàn)多個電力能源的平穩(wěn)并網(wǎng)，成為光伏系統(tǒng)所要面對的核心問題之一。尤其是負(fù)荷環(huán)境中大量非線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，展開孤島運行，避免給更大范圍的電網(wǎng)帶來負(fù)面影響。

針對此種狀況，諸多學(xué)者展開了對應(yīng)的研究，并且對光伏發(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?？梢哉f，應(yīng)用的滯后為技術(shù)的發(fā)展贏得了一點時間，但是隨著技術(shù)和應(yīng)用的日漸成熟，光伏發(fā)電對于大電網(wǎng)的影響也會逐步增加，二者的故障都會影響到對方的穩(wěn)定運行，這種影響日漸增加，會達(dá)到隔離孤島運行也無法消除，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，是實現(xiàn)并網(wǎng)，并且決定并網(wǎng)穩(wěn)定性的重要環(huán)節(jié)。

實際應(yīng)用中對逆變器的選用，需要從實際情況出發(fā)，合理對不同種類逆變器進行選擇，綜合其工作特征妥善安排。光伏逆變器具有多種分類方式，但是在當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域中，以功率作為分類依據(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，主要形式為多個電池板的分組串聯(lián)，而后再進行并聯(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，實現(xiàn)并網(wǎng)。對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)電壓所帶來的波動，因此對于實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定有著積極價值。但是其本身缺乏必要的榮譽能力，對于逆變器的依賴會成為此種系統(tǒng)的瓶頸問題。

對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)前我國光伏失事業(yè)的重要支持，尤其是對于農(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)不過幾十塊電池板，并聯(lián)也不過幾塊至十幾塊居多。組串式逆變器可以實現(xiàn)多路MPPT跟蹤電路，保持每個光伏組串都工作在最大功率點上，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)相對簡單，在安裝和調(diào)試方面易于操作，有效實現(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)過濾波器后直接并入電網(wǎng)，沒有經(jīng)過隔離變壓器環(huán)節(jié)，易形成共模漏電流，安全性偏低也成為一個問題。

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現(xiàn)最大功率點保持的職能目標(biāo)，對于提升小型系統(tǒng)的發(fā)電效率有著不容忽視的積極意義，并且其運維相對簡單，支持熱插拔，并且能夠面向發(fā)展環(huán)境友好，安裝和擴展都便于展開。除此以外，型逆變器多利用高頻變壓器進行升壓，這使其具有較高功率密度和轉(zhuǎn)換效率，還能實現(xiàn)光伏組件與網(wǎng)測電壓的電氣隔離，有效地解決了共模漏電流的問題。

逆變器的發(fā)展，隨著光伏事業(yè)的一同展開，在未來必然會成為支持光伏事業(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)