梁昌盛

（廣東水電二局股份有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

大型光伏電站設(shè)有光伏發(fā)電組件，使得光伏電站的發(fā)電運(yùn)行過(guò)程具有良好的穩(wěn)定性，且不易受到系統(tǒng)負(fù)載強(qiáng)度、外界光照強(qiáng)度與環(huán)境溫度的影響[1]。大型光伏電站在發(fā)電運(yùn)行中，系統(tǒng)輸出電流與輸出電壓能夠保持良好的平穩(wěn)度，運(yùn)用自動(dòng)調(diào)節(jié)方式實(shí)現(xiàn)最大化的光伏發(fā)電運(yùn)行效能?？梢?jiàn)，大型光伏電站體現(xiàn)出發(fā)電節(jié)能的明顯優(yōu)勢(shì)。技術(shù)人員通過(guò)正確搭配運(yùn)用光伏電站中的逆變器系統(tǒng)，能夠達(dá)到平穩(wěn)的電能輸出效果，同時(shí)可合理控制光伏電站系統(tǒng)的發(fā)電運(yùn)行功率[2]。

1 大型光伏電站的并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)運(yùn)行原理

光伏并網(wǎng)逆變器的基本特征為電網(wǎng)裝置并入轉(zhuǎn)換后的交流電流，逆變器系統(tǒng)通過(guò)轉(zhuǎn)換直流電的方式提供并網(wǎng)發(fā)電必需的能源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的清潔并網(wǎng)發(fā)電目標(biāo)。在光伏并網(wǎng)發(fā)電的實(shí)施環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)能夠保證高效、可靠與安全的并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，確保實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電能輸出效果。經(jīng)過(guò)以上的電能轉(zhuǎn)換處理后，大規(guī)模的光伏發(fā)電站相比于傳統(tǒng)發(fā)電站能夠提供更好的發(fā)電質(zhì)量，保證平穩(wěn)的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)[3]。

近年來(lái)，光伏發(fā)電領(lǐng)域的技術(shù)手段正在迅速轉(zhuǎn)變，誕生了小規(guī)模的并網(wǎng)發(fā)電裝置、組串式光伏逆變器、集中式光伏逆變器以及微網(wǎng)光伏逆變器。在轉(zhuǎn)換系統(tǒng)發(fā)電功率的環(huán)節(jié)中，系統(tǒng)直流電由于受到晶體管的切換作用，因此重新設(shè)置了排序，最終達(dá)到交流電轉(zhuǎn)換的目標(biāo)。此外，并網(wǎng)逆變器設(shè)有電子電路和系統(tǒng)控制裝置，其中電子電路屬于系統(tǒng)保護(hù)裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)如果突然出現(xiàn)運(yùn)行故障，那么逆變器可以啟用安全保護(hù)操作。

2 大型光伏電站中的組串式逆變器與集中式逆變器

2.1 組串式光伏并網(wǎng)逆變器

組串式光伏逆變器具有系統(tǒng)發(fā)電量較高的優(yōu)勢(shì)，并且能夠保證實(shí)現(xiàn)良好的電壓輸入匹配性[4]。在多核發(fā)電的技術(shù)手段支撐下，運(yùn)用組串式逆變器可以避免出現(xiàn)頻繁中斷系統(tǒng)發(fā)電的故障，也能明顯縮小潛在的故障影響范圍。這是由于組串式逆變器設(shè)計(jì)為多核發(fā)電運(yùn)行模式，因此可以確保達(dá)到900 V的發(fā)電功率跟蹤范圍，并且有效避免系統(tǒng)發(fā)電量受到錯(cuò)誤組件配置的影響。在智能化軟件的全面控制下，技術(shù)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控組串式光伏并網(wǎng)逆變器，確保隨時(shí)掌握目前的逆變器運(yùn)行狀態(tài)，妥善處理逆變器的安全運(yùn)行故障。運(yùn)用組串式系統(tǒng)逆變器還有助于實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的系統(tǒng)運(yùn)維控制，縮短維修各個(gè)系統(tǒng)組件消耗的時(shí)間。

2.2 集中式光伏并網(wǎng)逆變器

相比于系統(tǒng)自重較輕且體積較小的便攜組串式逆變器，集中式光伏逆變器占據(jù)較多的空間位置，系統(tǒng)組成如圖1所示。集中式逆變器呈現(xiàn)明顯的單點(diǎn)故障現(xiàn)象，運(yùn)用單一的系統(tǒng)設(shè)備控制各個(gè)功率饋電以及功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。但是不應(yīng)忽視，集中式光伏逆變器具有較高的系統(tǒng)集成度，因而可以達(dá)到明顯提升逆變器裝置容量和系統(tǒng)運(yùn)行功率的效果，遵循模塊化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)節(jié)。

圖1 集中式的大型光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

3 合理選擇集中式逆變器與組串式逆變器的要點(diǎn)

3.1 綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)維成本和系統(tǒng)發(fā)電量

集中式逆變器與組串式逆變器具有各自的運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，因此技術(shù)人員需要合理選擇以上兩種類型的逆變器，綜合考慮逆變器的投資建設(shè)成本、系統(tǒng)發(fā)電量以及系統(tǒng)組件的衰減性標(biāo)準(zhǔn)，確保選出安全性能良好的逆變器組件類型。例如，對(duì)于20 MW大型光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)整體對(duì)比對(duì)于特定生命周期內(nèi)的系統(tǒng)發(fā)電量，進(jìn)而判斷得出不同系統(tǒng)初始投資方案之間存在的差異[5]。從總體角度來(lái)講，組串式系統(tǒng)逆變器可以維持良好的集中運(yùn)行性能，但是系統(tǒng)組件會(huì)消耗較大的系統(tǒng)維護(hù)成本。因此，在實(shí)施逆變器組件的全面技術(shù)改造實(shí)踐中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)注重智能化與精細(xì)化的逆變器系統(tǒng)實(shí)施全面運(yùn)行改造，充分發(fā)揮信息科技手段融入逆變器技術(shù)改造的重要作用。

降低損耗有助于逆變器保證良好的運(yùn)行效率，因此目前針對(duì)組串式光伏逆變器與集中式光伏逆變器必須做到密切關(guān)注系統(tǒng)損耗，全面運(yùn)用逆變器損耗降低的做法保證逆變器的良好運(yùn)行功效。對(duì)于變壓器、開(kāi)關(guān)管與電感磁性部件，在實(shí)施優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)必須充分降低系統(tǒng)損耗。對(duì)于各種磁性部件，要保證運(yùn)用節(jié)能材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證實(shí)現(xiàn)最大程度地降低系統(tǒng)損耗。例如，對(duì)于功率開(kāi)關(guān)管（IGBT）來(lái)講，此類元件可能會(huì)造成開(kāi)關(guān)損耗或者導(dǎo)通損耗，因此務(wù)必保證直流電壓處于控制范圍內(nèi)，同時(shí)要做到合理控制開(kāi)關(guān)頻率。對(duì)于鐵導(dǎo)線與銅導(dǎo)線產(chǎn)生的電感損耗，在控制過(guò)程中需要充分保證流經(jīng)電流的平穩(wěn)性，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約逆變器運(yùn)行功耗的效果，全面考慮系統(tǒng)運(yùn)行中的功耗升高風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 結(jié)合并網(wǎng)發(fā)電的穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)

組串式并網(wǎng)逆變器和集中式并網(wǎng)逆變器都具備良好的并網(wǎng)運(yùn)行性能，而且能夠承受強(qiáng)度較高的外界光照作用，不會(huì)受到日照強(qiáng)度與系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載大的影響。同時(shí)，并網(wǎng)逆變器可以達(dá)到良好的自生調(diào)節(jié)功能，運(yùn)用跟蹤系統(tǒng)發(fā)電功率的方式實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的發(fā)電運(yùn)行調(diào)節(jié)目標(biāo)，從而保證平穩(wěn)的系統(tǒng)電壓與系統(tǒng)電流輸出狀態(tài)。對(duì)于光伏發(fā)電組件來(lái)講，系統(tǒng)組件能夠運(yùn)用自我調(diào)節(jié)方式適應(yīng)外界的負(fù)載強(qiáng)度和日照強(qiáng)度改變，從而做到迅速適應(yīng)不斷變化的外界環(huán)境溫度。光伏逆變器對(duì)于正弦波的電流能夠予以持續(xù)輸出，確保電網(wǎng)能夠隨時(shí)接收回饋的電能。在此基礎(chǔ)上，為了保持可靠的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，需要做到嚴(yán)格避免產(chǎn)生直流分量或者高次諧波，嚴(yán)格限定逆變器的各項(xiàng)系統(tǒng)性能指標(biāo)。

組串式大型光伏系統(tǒng)逆變器和集中式大型光伏系統(tǒng)逆變器具有各自的缺陷及優(yōu)勢(shì)，因而必須結(jié)合光伏發(fā)電系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀況進(jìn)行優(yōu)化選擇。多數(shù)情況下，對(duì)于具有分散性與小規(guī)模的光伏發(fā)電資源應(yīng)當(dāng)運(yùn)用組串式系統(tǒng)，而對(duì)于具有較大規(guī)模的發(fā)電站則最好選擇集中式系統(tǒng)。這是由于集中式逆變器具有轉(zhuǎn)變直流電的性能，進(jìn)而達(dá)到順利實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)處理與系統(tǒng)升壓處理的目的。逆變器系統(tǒng)必須能夠體現(xiàn)最佳的系統(tǒng)功耗與系統(tǒng)效率，因此應(yīng)當(dāng)致力于內(nèi)阻與功率的全面降低，還要運(yùn)用靈活的控制措施調(diào)整系統(tǒng)脈寬。目前，對(duì)于逆變器在提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率的實(shí)踐中，技術(shù)人員可以選擇運(yùn)用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或者電氣拓?fù)浼夹g(shù)完成系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的相關(guān)操作，進(jìn)而達(dá)到開(kāi)關(guān)頻率明顯降低的效果，并且做到合理控制功率器件的系統(tǒng)運(yùn)行電壓。

3.3 優(yōu)化改造并網(wǎng)發(fā)電的運(yùn)行方式

相關(guān)部門對(duì)于現(xiàn)階段投資建成的大規(guī)模發(fā)電站，應(yīng)當(dāng)確保引進(jìn)數(shù)字技術(shù)手段，還要做到充分重視后期的系統(tǒng)運(yùn)維成本。在全面實(shí)施逆變器技術(shù)改造的前提下，確保明顯提升系統(tǒng)發(fā)電量[6]。近年來(lái)，集中式逆變器已經(jīng)被推廣運(yùn)用于某些人跡罕至的大型光伏電站建設(shè)區(qū)域，因而具備持續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)。相關(guān)部門對(duì)于選擇兩種類型的光伏逆變器應(yīng)當(dāng)做到全面關(guān)注投資回報(bào)率和系統(tǒng)發(fā)電的安全性，以確保得出安全效能更好的光伏電站運(yùn)行方案。

表1 影響逆變器功耗與運(yùn)行效率的因素

4 結(jié) 論

經(jīng)過(guò)分析可見(jiàn)，組串式逆變器和集中式逆變器是大型光伏電站中的重要組件。對(duì)于兩種不同類型的逆變器，在進(jìn)行優(yōu)化配置時(shí)關(guān)鍵在于維持穩(wěn)定的系統(tǒng)發(fā)電量，還要做到綜合考慮現(xiàn)有的系統(tǒng)輸出電流與輸入電流強(qiáng)度，運(yùn)用自生調(diào)節(jié)的運(yùn)行模式實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站運(yùn)行組件的靈活調(diào)整。未來(lái)在技術(shù)改進(jìn)實(shí)踐中，對(duì)于大型光伏電站實(shí)施優(yōu)化改造的側(cè)重點(diǎn)在于優(yōu)化配置，合理選擇逆變器的型號(hào)與種類，確保并網(wǎng)運(yùn)行的良好效果，從而為大型光伏電站提供安全運(yùn)行保障。