太陽能光伏電站并網(wǎng)逆變器選型設(shè)計方案

太陽能光伏電站并網(wǎng)逆變器選型設(shè)計方案第一節(jié)逆變器容量的選型確定并網(wǎng)逆變器作為光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它的選擇直接關(guān)系到系統(tǒng)的效率、輸出電能質(zhì)量、電站的穩(wěn)定性以及最終的發(fā)電量，所以必須從多方面綜合考慮來進(jìn)行選擇。并網(wǎng)逆變器的功率通常跟光伏系統(tǒng)容量相等，但需要考慮以下幾種情況：工作情況應(yīng)考慮當(dāng)?shù)靥栞椛淝闆r、設(shè)備最大工作功率以及在該功率下工作的時間情況，即設(shè)備的日常工作平均時間、最大負(fù)荷情況；設(shè)備余量考慮選型并網(wǎng)逆變器的最大直流輸入功率，設(shè)計選擇的光伏系統(tǒng)功率不應(yīng)超過并網(wǎng)逆變器的最大直流輸入功率。如果項目建設(shè)地點(diǎn)輻射情況較好，設(shè)備在大多數(shù)時間中達(dá)到額定工作功率，那么設(shè)計理應(yīng)適當(dāng)留余量，范圍以不超過15%為宜；如果項目建設(shè)地點(diǎn)輻射情況一般，設(shè)備在大多數(shù)情況下無法以額定功率發(fā)電，那么能夠降低并網(wǎng)逆變器容量或者選擇相同容量，以選擇相同容量為宜。組串情況在確定系統(tǒng)容量時，需要考慮最大串聯(lián)組件數(shù)量問題，以確定最終總光伏系統(tǒng)功率。提高效率和發(fā)電量的選擇對于設(shè)計規(guī)范的光伏發(fā)電站而言，逆變器的功率理應(yīng)與所連接光伏組件的功率相適宜。兩個系統(tǒng)部分功率的關(guān)系能夠通過逆變器最大功率和光伏組件的峰值功率之間的比值進(jìn)行描述。獲得最大發(fā)電量對于旨在獲得最大發(fā)電量的發(fā)電站設(shè)計，理應(yīng)適當(dāng)提高并網(wǎng)逆變器負(fù)荷程度，即上述的逆變器最大功率和光伏組件的峰值功率之間的比值，理應(yīng)設(shè)置在大約110%比較合適。說明：本節(jié)僅從系統(tǒng)容量方面考慮發(fā)電量，實(shí)際發(fā)電量有很多考慮環(huán)節(jié)，對于以并網(wǎng)逆變器參數(shù)、規(guī)格的選擇來提高發(fā)電量的內(nèi)容在本章其他節(jié)敘述。經(jīng)濟(jì)型光伏電站如果要設(shè)計比較經(jīng)濟(jì)的發(fā)電站，應(yīng)避免使用過大容量的逆變器。大容量的集中型并網(wǎng)逆變器因為整體容量的增大，對于相關(guān)設(shè)備的耐壓、過電流有較高的要求，會造成設(shè)備造價增加。另外，對于在日照條件比較差的地區(qū)，應(yīng)選用相對容量較小的逆變器，而不以利用全部光照能量為標(biāo)準(zhǔn)選擇逆變器容量。另外，提高發(fā)電效率和縮短投資回收周期還要取決于日照條件、逆變器在部分負(fù)載下的效率和送入電網(wǎng)的電量價格。第二節(jié)并網(wǎng)逆變器類型的選型確定對于不同系統(tǒng)規(guī)模，考慮到系統(tǒng)整體效率、最大發(fā)電量等因素，可能會選擇不同方式的并網(wǎng)逆變器。1小功率光伏系統(tǒng)對于電源電壓為220V的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，一般直接選用與光伏組件峰值功率接近的單相逆變器；對于電源電壓為三相380V的小型光伏發(fā)電系統(tǒng)，當(dāng)無適合的三相逆變器時，一般直接選用單相并網(wǎng)逆變器，在這種情況下需要對光伏組件的總數(shù)量進(jìn)行三等分，相互獨(dú)立的每一組組件各自接入一臺單相逆變器上，三個相線上各接入一臺相對應(yīng)的并網(wǎng)逆變器，保證送入三個相線的發(fā)電量相等，當(dāng)每相的光伏組件功率遠(yuǎn)大于逆變器輸入峰值功率時，每一相上也可釆用多臺單相并網(wǎng)逆變器，此時接入到逆變器的組件數(shù)量也必須按照逆變器功率大小進(jìn)一步均分。2中型光伏系統(tǒng)對于功率在幾十個千瓦左右的中小型光伏系統(tǒng)，需要注意的是實(shí)際接入的電壓，因為對于這類容量系統(tǒng)通常接入功率不大，甚至能夠選擇單相接入，即單相并網(wǎng)逆變器，也能夠通過若干個組串逆變器的并聯(lián)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)接入電壓較高時，可考慮設(shè)置升壓變壓器。3大型光伏系統(tǒng)對于大規(guī)模太陽能發(fā)電系統(tǒng)，理應(yīng)盡可能采用大功率的集中型并網(wǎng)逆變器，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)電功率遠(yuǎn)大于并網(wǎng)逆變器功率時，可將整個光伏系統(tǒng)按照逆變器的容量大小進(jìn)行分割，釆用模塊化并網(wǎng)方式。每一個模塊可釆用單臺逆變器，也可釆用多臺并聯(lián)運(yùn)行。第三節(jié)影響逆變器選型的其他因素1設(shè)備電壓等級當(dāng)前市場上的大功率并網(wǎng)逆變器電壓等級大致有2種，一種為低電壓類型，其輸出電壓在400V以下，另一種為高電壓型，其輸出電壓為lOKVo輸出電壓在400V以下的逆變器又因生產(chǎn)廠家所采用的技術(shù)不同，逆變器的輸出電壓各異，主要的輸出電壓類別有：270V、300V、315V、328V、380V、400V等，其內(nèi)部一般設(shè)計無隔離變壓器，當(dāng)釆用低壓并網(wǎng)接入方案時，對于和電網(wǎng)電壓等級不同的逆變器應(yīng)在逆變器輸出端設(shè)置隔離變壓器，高壓型并網(wǎng)逆變器其內(nèi)部一般設(shè)計了升壓隔離變壓器，當(dāng)釆用高壓并網(wǎng)接入方案時，除非電網(wǎng)電壓與逆變器輸出電壓為同一等級，一般應(yīng)選用無隔離變壓器的并網(wǎng)逆變器，在逆變器輸出端單獨(dú)設(shè)置隔離型升壓變壓器。對于不同制造商生產(chǎn)的并網(wǎng)逆變器，逆變器的最高直流輸入電壓會有所不同，小功率逆變器的電壓比大功率逆變器要低很多，不同電壓制式的國家所推出的并網(wǎng)逆變器其最高輸入電壓也是不同的，例如日本的TMAIC公司，產(chǎn)品最高輸入電壓為：610V,而歐洲和我國主要產(chǎn)品最高電壓一般在850V-1000V范圍。低輸入電壓的并網(wǎng)逆變器必然電池組串的并聯(lián)數(shù)會比較多，相對應(yīng)工作電流會比較大，但是設(shè)備耐壓降了下來；高輸入電壓的并網(wǎng)逆變器串聯(lián)數(shù)增大，但并聯(lián)數(shù)將會減少，匯流箱的使用數(shù)量也會減少，主電路電流相對應(yīng)會降低，但是設(shè)備耐壓要求比較高，對于控制回路中常規(guī)的開關(guān)器件的需壓要求也相對應(yīng)提高，一般必須釆用串極使用。2隔離并網(wǎng)要求逆變器一般釆用隔離變壓器來實(shí)現(xiàn)隔離并網(wǎng)，隔離變壓器有2個作用，一是進(jìn)行電氣隔離，二是實(shí)現(xiàn)升壓，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的電氣隔離主要目的是防止逆變前級的直流分量直接進(jìn)入交流電網(wǎng)從而危害交流電網(wǎng)中的電氣設(shè)備正常運(yùn)行，同時增強(qiáng)整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行安全性。升壓的目的則是并網(wǎng)接入。3輸入極限參數(shù)3.1輸入最高電壓設(shè)計需要考慮并網(wǎng)逆變器跟光伏電池組串的安全配合問題，要求光伏組串最高電壓（開路電壓）不超過并網(wǎng)逆變器最高輸入直流電壓，理應(yīng)考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度對組件電壓的影響（需要結(jié)合開路電壓溫度系數(shù)進(jìn)行計算）。一般情況下應(yīng)選用最高輸入電壓大于900V的產(chǎn)品。3.2最大輸入電流及接入端品數(shù)量當(dāng)前的并網(wǎng)逆變器分為2類，一類為集中型，一類為組串型。對于集中型，輸入端口數(shù)大多數(shù)按照MPPT數(shù)量來定，如果設(shè)備僅有1路MPPT,那么通常會僅有1路端口輸入，如果是2個MPPT（比如某些廠家的500KW并網(wǎng)逆變器由2臺250KW并網(wǎng)逆變器組成）即有2路輸入，對于主從結(jié)構(gòu)的設(shè)備，通常會只有1路（銅排），系統(tǒng)按照實(shí)時容量來自行分配工作設(shè)備模塊，但是大多數(shù)廠商能夠提供選件，就是說增加路數(shù)，前提是增加控制開關(guān)的數(shù)量、或者使用銅排方式，直接在銅排上匯流。所以，輸入端口數(shù)需要仔細(xì)向廠商相關(guān)工程師了解，這樣才能確定設(shè)備的最大輸入電流在設(shè)備輸入端得分配情況。對于組串型，一般會有多路輸入，但是每路都有最大輸入電流限制,1比如SMA公司的SB5000TL型組串型并網(wǎng)逆變器,輸入為3X7.5A,就是說3路輸入，每路最大電流為7.5A,就是說我們在選擇組件時電流不能夠超過7.5A,還需要考慮一定余量。4系統(tǒng)效率作為光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，并網(wǎng)逆變器每降低一個百分點(diǎn)，就意味著1%的發(fā)電量的損失，所以，在其他條件符合需求時，在設(shè)計時優(yōu)先選擇高效率并網(wǎng)逆變器，但是對于效率并不是單純看最高效率、歐洲效率，而是需要看效率曲線，以以下幾款并網(wǎng)逆變器的效率曲線來舉例說明。

以下是合肥陽光電源公司生產(chǎn)的SG500KTL功率為500KW并網(wǎng)逆變器效率曲線SG500KTL效率曲線10% 20% 30% 40% 50%SG500KTL效率曲線10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%（功率百分比）0%8%6%4%0999%%)%%%%086420988888從曲線圖能夠看出該產(chǎn)品歐洲效率并沒有達(dá)到98%,同時我們能夠看到，逆變器效率在25%左右功率下才接近98%線，也就是說在低負(fù)荷時逆變效率比較低。下圖是德國西門子公司生產(chǎn)的幾款SINVERT系列并網(wǎng)逆變器效率曲線。

10090807085040302010￡Aaue-oyjeco^e?>courelativepower[%]10090807085040302010￡Aaue-oyjeco^e?>courelativepower[%]從曲線圖能夠看出，對于500KW的逆變器在16%左右的額定功率下接近最大值，在18%左右達(dá)到最大值，在3%左右的功率即可達(dá)到80%以上的效率。相對在低負(fù)荷時效率比前款產(chǎn)品要高。而對于西門子1000KW的逆變器，因為其內(nèi)部是由兩臺500KW的逆變器按照主從工作方式構(gòu)成的，在8%左右的額定功率下就己達(dá)到了最大值，在3%左右的功率即可達(dá)到90%的效率，對于2000KW的逆變器，因為其內(nèi)部是由四臺500KW的逆變器按照主從工作方式構(gòu)成的，其效率更高。下面的曲線圖是艾默生公司生產(chǎn)的SSL500功率為500KW并網(wǎng)逆變器效率曲線。11合肥陽光電源公司產(chǎn)品4.28.416.724.832.94149.457.665.673.88290.2102.5從曲線圖能夠看到設(shè)備在2%的功率時即可達(dá)到95%以上的效率，并且效率就高于95.5%,在8.4%額定功率即可達(dá)到效率高于97%,該款產(chǎn)品內(nèi)部也是由若干個模塊釆用主從結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種設(shè)計在低功率時僅啟動部分模塊工作，而把其他模塊的負(fù)荷都加到單個模塊上，使單個模塊達(dá)到高效率的高負(fù)荷，所以能夠使總體效率比較高。總結(jié)，對于并網(wǎng)逆變器，因為光伏系統(tǒng)相當(dāng)一部分時間內(nèi)沒有工作在滿負(fù)荷，所以我們需要優(yōu)先選擇能夠在大多數(shù)符合比例段內(nèi)都能達(dá)到較高效率的設(shè)備。第三節(jié)并網(wǎng)逆變器參數(shù)對照以下例舉幾款不同廠商生產(chǎn)的逆變器主要技術(shù)參數(shù)供設(shè)計參考。逆變器型號SG500KTL最大輸入功率550KWp最大輸入直流電壓900V最大直流電流1200A最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）范圍450V-820V額定父流輸出功率500KW總電流波形畸變率（額定功率時）<3%功率因數(shù)（額定功率時）>0.99最大效率98.5%歐洲效率98.3%允許電網(wǎng)電壓范圍（二相）230-310VAC允許電網(wǎng)頻率范圍47-51.5Hz（可設(shè)置）夜間自耗電<100W通訊接口RS485/以太網(wǎng)（可選）/GPRS（可選）使用環(huán)境溫度-25°C~+55°C使用環(huán)境濕度0-95%,無凝露2艾默生公司產(chǎn)品產(chǎn)品型號SSL500額定直流功率500KW最大直流輸入功率510KW最大直流輸入電壓1000V直流電壓范圍MPPT300-880V最大直流輸入電流1200A額定父流輸出功率500KW最大交流輸出功率550KW電網(wǎng)工作電壓范圍380V±10%電網(wǎng)頻率50Hz(±4.5Hz)輸出電流諧波<3%功率因數(shù)>0.99最大效率98.3%歐洲效率97.7%運(yùn)行自耗電<1500W待機(jī)自耗電<100W噪聲<