北京昆蘭新能源技術(shù)有限公司研發(fā)部 韋安

光伏產(chǎn)業(yè)興起之前，逆變器或逆變技術(shù)主要應(yīng)用于如軌道交通、電源等行業(yè)。光伏產(chǎn)業(yè)興起之后，光伏逆變器變成了新能源發(fā)電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，隨之被大家所熟悉。尤其在歐美發(fā)達國家，節(jié)能環(huán)保觀念深入人心，光伏市場開展的較早，特別是家用光伏系統(tǒng)發(fā)展迅速，家用型逆變器已經(jīng)被當(dāng)做家用電器在使用，普及率較高。

光伏逆變器把光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換成交流電后接入電網(wǎng)，性能和可靠性決定了發(fā)電的電能質(zhì)量和效益，在整個光伏發(fā)電系統(tǒng)里處于核心地位。一般從逆變器和電網(wǎng)的關(guān)系來看，光伏逆變器分為以下幾個主要的類別:并網(wǎng)逆變器、離網(wǎng)逆變器、雙向逆變器、微網(wǎng)逆變器。其中，并網(wǎng)逆變器在所有類別中占據(jù)了主要的市場份額，也是所有逆變器技術(shù)發(fā)展的一個開始。相對于其他幾類逆變器，并網(wǎng)逆變器在技術(shù)上相對簡單，重點關(guān)注光伏輸入和電網(wǎng)輸出，能夠安全、可靠、高效、高質(zhì)量的輸出電能成為了這類逆變器重點衡量的技術(shù)指標(biāo)。在不同國家制定的光伏逆變器并網(wǎng)技術(shù)條件中，以上幾點成為了標(biāo)準(zhǔn)的共性衡量點，當(dāng)然細節(jié)的參數(shù)有所不同。針對并網(wǎng)型逆變器，所有的技術(shù)要求都是圍繞著滿足電網(wǎng)對分布式發(fā)電系統(tǒng)對逆變器的要求展開的，即自上而下的，如電壓、頻率規(guī)格、電能質(zhì)量、發(fā)生故障的控制，以及如何并網(wǎng)、并入什么電壓等級電網(wǎng)等要求。并網(wǎng)型逆變器只要滿足電網(wǎng)要求即可，沒有來自于發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部的要求。從技術(shù)上講，并網(wǎng)型逆變器是“并網(wǎng)發(fā)電”，即符合并網(wǎng)條件就發(fā)電，無需承擔(dān)電網(wǎng)本身的穩(wěn)定性、安全性等問題，也不涉及光伏系統(tǒng)內(nèi)的能源管理問題。據(jù)國外的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前已經(jīng)建設(shè)并運行的光伏系統(tǒng)中，大約90%以上是光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，采用的都是并網(wǎng)逆變器。系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 并網(wǎng)型光伏電站系統(tǒng)圖

和并網(wǎng)逆變器相對的一類逆變器就是離網(wǎng)逆變器。離網(wǎng)型逆變器指的是逆變器輸出不與電網(wǎng)相聯(lián)，而是和負載相聯(lián)，直接帶動負載供電。離網(wǎng)逆變器應(yīng)用較少，主要用于一些不具備并網(wǎng)條件、并網(wǎng)條件差，或者有自發(fā)電、自用電需求的場合。離網(wǎng)系統(tǒng)強調(diào)的是“自發(fā)自用”，由于應(yīng)用少，因此在技術(shù)上研究、發(fā)展的都很少，國際上關(guān)于離網(wǎng)逆變器的技術(shù)條件、標(biāo)準(zhǔn)也很少，這就導(dǎo)致了該類逆變器的研究、開發(fā)呈現(xiàn)萎縮的態(tài)勢。但離網(wǎng)逆變器所具有的功能、涉及到的技術(shù)卻并不簡單，特別是和儲能電池的配合，整個系統(tǒng)的控制和管理都比并網(wǎng)型逆變器要復(fù)雜。應(yīng)該說，由離網(wǎng)逆變器、光伏板、蓄電池、負載等其他設(shè)備組成的系統(tǒng)已經(jīng)是一個簡單的微電網(wǎng)系統(tǒng)，只不過該系統(tǒng)不和電網(wǎng)相聯(lián)，是一個“孤島系統(tǒng)”。

事實上，離網(wǎng)逆變器是雙向逆變器發(fā)展的一個基礎(chǔ)。雙向逆變器綜合了并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器的技術(shù)特點，應(yīng)用在局部供電網(wǎng)絡(luò)或者發(fā)電系統(tǒng)和電網(wǎng)并聯(lián)使用的場合。這類應(yīng)用雖然目前不多，但因為該類系統(tǒng)是微電網(wǎng)發(fā)展的雛形，符合未來分布式發(fā)電的基礎(chǔ)架構(gòu)和商業(yè)運行模式，因此在技術(shù)上起到承前啟后的作用，是當(dāng)前并網(wǎng)型應(yīng)用和未來局部微電網(wǎng)應(yīng)用之間的橋梁。目前在一些光伏發(fā)展較快，較為成熟的國家和市場，以家庭、小型區(qū)域為單位的微電網(wǎng)應(yīng)用已開始慢慢發(fā)展。同時，當(dāng)?shù)卣膭钜约彝閱卧l(fā)展局部發(fā)電、儲電、用電的網(wǎng)絡(luò)，以新能源發(fā)電自用優(yōu)先，不足部分取自電網(wǎng)。因此雙向逆變器需要考慮更多的控制功能和能源管理功能，如蓄電池充放電控制，并網(wǎng)/離網(wǎng)運行策略，負載可靠供電策略等?？偠灾p向逆變器將更多的從整個系統(tǒng)的角度擔(dān)當(dāng)重要的控制和管理功能，而不單單考慮電網(wǎng)或者負載的要求。

作為電網(wǎng)發(fā)展方向之一，以新能源發(fā)電為核心構(gòu)建的局部發(fā)電、配電、用電網(wǎng)絡(luò)將是未來微電網(wǎng)主要發(fā)展的方式之一。在這種模式下，局部微電網(wǎng)將和大電網(wǎng)形成一種互動的關(guān)系，微電網(wǎng)將不再是緊密依靠大電網(wǎng)運行，而更多以獨立方式，即孤島方式在運行，只有在局部電力富裕或者需要從外部電網(wǎng)取電時，才形成并網(wǎng)運行的模式。目前，由于各方面的技術(shù)、政策等條件不成熟，微電網(wǎng)并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，只有少量的示范項目在運行，而且這些項目中，以并網(wǎng)運行的模式居多。微網(wǎng)逆變器是結(jié)合了雙向逆變器的技術(shù)特征，同時擔(dān)當(dāng)重要的電網(wǎng)管理功能，是典型的逆變、控制和管理為一體的綜合控制逆變一體機。它承擔(dān)著局部能量管理、負荷控制、電池管理、逆變、保護等功能，和微電網(wǎng)能源管理系統(tǒng)一起完成對整個微電網(wǎng)的管理功能，是構(gòu)建微網(wǎng)系統(tǒng)的核心設(shè)備。這和逆變器技術(shù)發(fā)展中最開始的并網(wǎng)逆變器相比，已經(jīng)脫離了單純的逆變功能，而承載了微電網(wǎng)管理和控制的功能，從系統(tǒng)層面關(guān)注和解決一些問題。圖2展示的是北京昆蘭新能源技術(shù)有限公司合作開發(fā)的微電網(wǎng)項目系統(tǒng)配置圖，該系統(tǒng)具有一定的典型性，是由柴油發(fā)電機擔(dān)當(dāng)基本供電單元，可再生能源發(fā)電作為補充。微電網(wǎng)管理系統(tǒng)可對整個微電網(wǎng)進行管理，接觸器A、B、C都是受控于微電網(wǎng)管理系統(tǒng)，能夠在孤島運行時根據(jù)電力供應(yīng)切斷非重要負荷，維持微電網(wǎng)的穩(wěn)定和重要負荷的安全運行。

圖2 一種微電網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)

目前各逆變器廠商主要供應(yīng)并網(wǎng)型逆變器、少量的離網(wǎng)逆變器和雙向逆變器。只有極少的國內(nèi)外大廠商推出了面向微電網(wǎng)應(yīng)用的微網(wǎng)逆變器，而且這類逆變器缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、認證標(biāo)準(zhǔn)，各家的產(chǎn)品功能、技術(shù)水平也存在差異。家用型微電網(wǎng)產(chǎn)品方面，只有歐洲幾個技術(shù)領(lǐng)先的廠商如德國的SMA，KACO等有少量的產(chǎn)品，國內(nèi)廠商還沒有推出相應(yīng)的產(chǎn)品。

北京昆蘭新能源技術(shù)有限公司在小型家用型、商用型逆變器技術(shù)上處于國內(nèi)領(lǐng)先的地位，其Sunteams1-5kW型號在國際市場上累計銷售了6萬多臺，產(chǎn)品質(zhì)量和性能得到了市場的廣泛驗證和客戶的高度認可。昆蘭已經(jīng)形成了功率等級從1.5kW～1MW完整的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品線，正在規(guī)劃和研發(fā)面向微電網(wǎng)應(yīng)用的儲能雙向逆變器。