光伏电站逆变器选型方法

光伏电站逆变器选型方法

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/weixin_43015338/article/details/140354400

光伏逆变器是光伏发电系统中的核心部件，其选型直接影响到电站的运行效率和经济效益。本文将从光伏电站的分类特点出发，详细探讨不同类型逆变器的技术优势和应用场景，为光伏电站的建设方、投资方和运营方提供科学的选型指南。

光伏电站分类及电站特点

按照光伏电站安装环境的不同，光伏电站一般分为荒漠电站、屋顶电站及山丘电站三种。

荒漠电站

利用广阔平坦的荒漠地面资源开发的光伏电站。该类型电站规模大，一般大于5MW，目前单个50MW以上规模的电站已十分常见；电站逆变输出经过升压后直接馈入110KV、330KV或者更高电压等级的高压输电网；所处环境地势平坦，光伏组件朝向一致，无遮挡。该类电站是我国光伏电站的主力，主要集中在西部地区。

山丘电站

利用山地、丘陵等资源开发的光伏电站。该类电站规模大小不一，从几MW到上百MW不等；发电以并入高压输电网为主；受地形影响，多有组件朝向不一致或早晚遮挡问题。这类电站主要应用于山区，矿山以及大量不能种植的荒地。

屋顶电站

利用厂房、公共建筑、住宅等屋顶资源开发的光伏电站。该类型电站规模受有效屋顶面积限制，装机规模一般在几千瓦到几十兆瓦；电站发电鼓励就地消纳，直接馈入低压配电网或35KV及以下中高压电网；组件朝向、倾角及阴影遮挡情况多样化。该类电站是当前分布式光伏应用的主要形式，主要集中在我国中东部和南方地区。

逆变器分类及特点

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。

集中型逆变器

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，德国SMA公司今年推出了单机功率2.5MW的逆变器。按照逆变器主电路结构，集中型逆变器又可以分为以下两种类型：

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

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

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。

几种逆变器的典型应用如图所示。

如图所示，光伏组件通过串联形成组串，多个组串之间并联形成方阵，集中型将一个方阵的所有组串直流侧接入1台或2台逆变器，MPPT数量相对较少；组串型将一路或几路组串接入到一台逆变器，一个方阵中有多路MPPT，微型逆变器则对每块电池板进行MPPT跟踪。当各组件由于阴影遮挡或朝向不一致时，则会出现串联和并联失配。组串型方案多路MPPT可以解决组串之间并联失配问题，微型逆变器既可以解决组串之间的并联失配，也可以解决组件之间的串联失配。因此，从技术方面看，几种逆变器的本质区别在于对组件失配问题的处理。

以逆变器为核心的设计选型，需要在光伏系统生命周期内寻找总发电量和总成本的平衡点，还要考虑电网接入，如故障穿越能力、电能质量、电网适应性等方面的要求。依据各种逆变器的特点，结合所应用的光伏电站实际情况，从电网友好、高投资回报、方便建设维护等方面进行科学合理的选用。

不同电站的逆变器选型指南

荒漠电站 —— 集中型优势明显

集中型逆变器有以下几方面的优势，是荒漠电站的首选。

更低的初始投资。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。

1MW光伏电站初投建设成本（光伏组件除外）

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。少数电站出现的早晚前后排的遮挡，使用组串型无法克服，需要通过优化组件布局进行规避。

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。

集中型和组串型运维费用对比（100MW电站，假设2%的逆变器故障率计算）

集中型方案更加符合电网接入要求。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。2013年6月中旬国网组织的实地低电压穿越检验，多个型号集中逆变器也不同程度出现脱网情况，设想如果有上千台小型逆变器在大型电站中运行，一旦电网出现故障，由于设备众多控制复杂，电网耦合、谐振概率陡增，组串型逆变器必然会出现大量脱网、甚至设备自身损坏的情况，危及电网安全运行。另外由于逆变器数量太多，无法确保30ms内响应无功调度指令的电网要求。

山丘电站 —— 多MPPT集中型方案为主，也可考虑组串型方案

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。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。

如果所选的山丘电站地形非常复杂，实现100多KW组件同一朝向铺设施工难度很大，可以考虑组串型逆变器作为补充。

屋顶电站 —— 推荐组串型，也可选用集中型方案

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。接入用户配电网后，对用户的功率因数影响十分明显，逆变器除了输出有功外，还需要快速的根据光伏系统实时发电情况、用户实时负荷数据以及用户配电房原有的SVC、SVG投入情况综合计算以确定逆变器的实时无功输出容量。因此，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。

屋顶结构复杂，存在遮挡或朝向不一致，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。

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。

总结

逆变器作为组件和电网之间的桥梁，是光伏系统的核心部件。根据电站规模、以及不同的应用场合，选择合适的逆变器，对系统成本和发电量都大有益处。在规模大、地势平坦的荒漠、滩涂，适合选用集中型逆变器；在规模较大、地势起伏的山丘电站，适合选用多MPPT的集中型逆变器；在规模相对较小、布局多样化的屋顶电站，适合选用组串型逆变器。因地制宜，科学选择光伏电站逆变器，可以确保光伏电站在投资决策阶段少走弯路，在后期运行维护阶段更加可靠高效运行。