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?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)地點輻射情況較好，設(shè)備在大多數(shù)時間中達到額定工作功率，那么設(shè)計理應(yīng)適當留余量，范圍以不超過15%為宜；如果項目建設(shè)地點輻射情況一般，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)適當提高并網(wǎng)逆變器負荷程度，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)濟型光伏電站如果要設(shè)計比較經(jīng)濟的發(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準選擇逆變器容量。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)量進行三等分，相互獨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，當每相的光伏組件功率遠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)實現(xiàn)，當接入電壓較高時，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)復雜程度。當系統(tǒng)發(fā)電功率遠大于并網(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現(xiàn)隔離并網(wǎng)，隔離變壓器有2個作用，一是進行電氣隔離，二是實現(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)備正常運行，同時增強整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的運行安全性。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?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，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%左右達到最大值，在3%左右的功率即可達到80%以上的效率。相對在低負荷時效率比前款產(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到了最大值，在3%左右的功率即可達到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，而把其他模塊的負荷都加到單個模塊上，使單個模塊達到高效率的高負荷，所以能夠使總體效率比較高?？偨Y(jié)，對于并網(wǎng)逆變器，因為光伏系統(tǒng)相當一部分時間內(nèi)沒有工作在滿負荷，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%運行自耗電<1500W待機自耗電<100W噪聲<