光伏发电并网逆变器综述

李少帅

摘 要： 现如今地球能源日渐紧缺，环境污染的日益严重，清洁能源的利用开发成为各国关注的焦点。其中，太阳能因其资源丰富、来源广泛、清洁环保而被人们广泛关注。光伏并网发电是未来太阳能应用的发展趋势，光伏并网逆变器是光伏并网发电的关键部件， 其性能的优劣直接影响到输出功率的大小及电能质量的好坏。通过对逆变器的选型方案、发电量、核心器件、安全可靠性及经济性等指标进行对比与分析，得出不同的应用场合中，选择合适的逆变器。

关键词： 光伏发电; 并网; 逆变器;光伏电站

0  引言

我国光伏发电起步于 20 世纪 70 年代，在 “送电到乡” 工程和“光明工程”先导项目等国家项目的引导下，以及 “金太阳” 工程和 “太阳能屋顶计划”等优惠政策的推动下，光伏并网发电得以迅猛地发展。据国家能源局统计，2015 年我国新增光伏装机容量达 17.6 GW，稳居世界第一位;美国新增光伏装机容量为 8.2 GW，位居第二位;德国、日本等国的新增光伏装机容量却有所下降，中国继续领跑全球光伏应用市场[1]。

本文主要研究了光伏电站的集中、组串式和微逆变器三种逆变方案的技术经济性、安全可靠性、運维便利性。

1  集中式逆变器

大型地面光伏电站广泛采用以1MW为模块单元的“模块式发电，集中并网”方案.集中式方案中，每个1MW 集中式光伏发电单元的光伏组件通过直流汇流箱分别连接至2台500KW 集中式逆变器，经逆变器逆变后连接至1台箱式变压器，然后通过两条汇集线路连接至110KV 升压站，升压后并入公用电网[2]，电站内采用集中式无功补偿装置SVG，安装于110KV升压站。

集中式逆变器的优点是输出功率可达到兆瓦级，单位发电成本低，主要用于光伏电站等功率等级较大的场合。缺点是同一阵列中光伏器件不仅受串联模块特性的相互影响，也受并联模块之间特性的相互影响，会影响输出功率;光伏阵列中某个组件被遮挡时，该组件不仅不输出功率而且会成为负载，引起该组件的发热[3]。

2  组串式逆变器

组串式方案中，每个1MW光伏发电单元，每8串光伏组件通过电缆连接至1台50KW 组串式逆变器，每4台组串式逆变器连接1台（4进1出）交流汇流箱，共采用5台交流汇流箱后并入1台（1000KVA）双绕组升压变，通过升压变升压后接入110KV升压站，电站内采用集中式无功补偿装置SVG，安装于110KV升压站。

组串式逆变器的优点是不受组串间模块差异和阴影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。

3  微逆变器

微逆变器实际上是组件和逆变器作为一个整体单元。逆变器直接与光伏组件相连，将光伏组件发出的电能直接传输到电网或供本地负载使用，多个逆变器直接并联接入电网，各个逆变器和光伏组件之间相互没有任何影响，单个模块失效也不会对整个系统产生影响。

微逆变器的主要优点是能保证每个组件均运行在最大功率点，具有很强的抗局部阴影能力;可以实现模块化设计，实现即插即用和热插拔，系统拓展简单方便;分布式安装便于配置;单个模块失效不会对整个系统造成影响。同时可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等优点[4]。据统计在PVMI微型逆变器的年发电量比集中式最多高14%。

4  集中式逆变器与组串式逆变器在实际工程中的对比

1） 发电量对比：在大型地面电站，地势平坦不考虑遮挡的情况下，经过理论分析计算以及西北多个电站发电量数据的对比验证，集中式和组串式逆变器在发电量上持平，甚至集中式发电量略高[5]。

2） 发电损耗对比：逆变器的损耗和效率指标一样。组串式逆变器，当 MPPT 电路工作时转换效率偏低，损耗变大。集中式逆变器，为单级逆变器，系统转换效率偏高，系统损耗较低。

3） 逆变器效率对比：集中式 PV 电压越高，效率越低;组串式和集散式类似，电压越接近输入额定电压，效率越高。380Vac 并网的逆变器，直流电压越接近 600Vdc，效率越高;500Vac 并网的逆变器，直流电压越接近750Vdc，效率越高。

4） 安全可靠性对比：组串式逆变器设备数量多，同样故障比率的情况下故障次数也较多，因此人工的运维成本会大于集中式逆变器;但集中式逆变器一次故障造成的发电损失则大于组串式逆变器，因此组串式逆变器需维修及时。

5） 环境适应性方面：集中式逆变器采用集装箱式机房，需要通过通风式散热方案，并且防护等级为IP54，无法适应风沙、灰尘、雨水、烟雾等恶略环境;组串式逆变器防护等级达到IP65，大幅度降低了风沙、灰尘、雨水、烟雾等恶劣环境对其运行稳定性的影响。

5  结束语

并网逆变器是光伏发电系统中最关键的部分，决定着整个系统的成本、运行效率以及电能质量，有着广阔的发展前景。

由于各厂家的组串式逆变器、集中式逆变器和微型逆变器在性能、质量上有所差别;通过分析，在整体电站建设投资上，组串式逆变器、微型逆变器方案略有优势，整体价格水平相差不大;微型逆变器 MPPT方案相对于集中式逆变器、组串式逆变器 能更精确地实现能量收集，发电量损失较低，且弱光效应更好;组串式方案较集中式方案发电量可以提高6%。从运维角度分析，组串式逆变器简单灵活的组网方式和精细化的管理可以给电站运维人员带来诸多方便，同时可以适应不同地形，如地面起伏不平、局部遮挡、朝向不一致，在建设条件多样性来说组串式逆变器具有较大优势。

参考文献：

[1] 马红利.光伏并网微逆变器技术研究[D].陕西西安.西安工业大学.2015

[2] 贺霞1，张敏2，朱永灿1，王一各1.集中式与组串式逆变器在光伏电站的应用分析[J].西安工程大学学报，2018，32：443-448

[3] 李英姿.太阳能光伏并网发电系统设计与应用[M].北京：机械工业出版社，2013.8：116-119

[4] 傅智河1 ，范宜标1 ，赖炜敏2 ，李志宽2 ，薛家祥2.光伏微型逆变器并网控制系统分析[J].龙岩学院学报，2017（4），35：8-12

[5] 胡义华，陈浩，徐瑞东，等.阴影影响下最大功率点跟踪控制[J] .中国电机工程学报，2012，32（9）：14-26