光伏逆变器种类及选型分析

光伏逆变器种类及选型分析

宋洪珠孟晨

山东电力工程咨询院有限公司(SDEPCI）山东济南250013

一、概述

逆变器选型不仅会直接影响电站的初始投资和发电量，而且很大程度决定了后期电站的运维费用。因此必须因地制宜，科学规划，既要充分考虑经济的合理性，又要结合技术的先进性，充分实现资源的最优化配置。

二、光伏逆变系统分类

1、组串式

组串式逆变器基于模块化的概念，将光伏方阵中的每个光伏组串连接至指定逆变器的直流输入端，直流端具有最大功率跟踪功能，各自完成将直流电转换为交流电。由于多路MPPT跟踪的设计，失配组串仅会影响并接入同一路MPPT的相邻组串，对其他正常组串没有任何影响；这一优点有效避免阴影遮挡的影响，减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了系统发电量。组串式逆变器通常使用两级三电平三相全桥拓扑结构，选用中小功率IGBT和SVPWM调制算法，通过DSP控制IGBT发出三电平方波，通过LCL或LC滤波器滤波后输出满足标准的正弦波。

组串式逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装十分方便，可直接固定在支架上，能有效简化施工、减少占地。

2、集中式

集中式光伏逆变系统是当前大型光伏电站普遍采用的电能变换装置，也是目前最为成熟的技术方案之一。采用单级式控制方式，控制相对简洁，相关技术成熟，单位系统造价低；采用集中式逆变升压一体化装置集成度更高，有效减小了占地面积，同时一体化装置的预装配优势也能够节省工期和人力。由于集中式光伏逆变器采用集中放置，因此，其安装相对简单，更方便维护。

集中式逆变器是将很多光伏组串经过汇流后连接到逆变器直流输入端，集中完成将直流电转换为交流电的设备。集中式逆变器通常使用单级两电平三相全桥拓扑结构，大功率IGBT和SVPWM调制算法，通过DSP控制IGBT发出两电平方波，通过LCL或LC滤波器滤波后输出满足标准要求的正弦波。

集中式光伏逆变系统采用一路最大功率点跟踪（MPPT）输入，集中MPPT寻优、集中逆变输出。

3、集散式逆变器

集散式光伏逆变器是光伏发电技术发展的创新技术方案，与集中式光伏逆变器和组串式光伏逆变器相比，做到了将“分散式MPPT跟踪”和“集中逆变并网”完美的统一，既解决了集中式光伏逆变器存在的组件并联“失配”损失问题，又避免了组串式光伏逆变器面临的系统成本高、组件容配比有限和交流并联导致的电网振荡等风险。

集散式逆变器是将MPPT和DC/DC升压功能集成到光伏控制器，然后集中将升压后直流电转换为交流电的设备。采用集散式的光伏逆变系统与组串式光伏逆变系统类似，可以实现对每一光伏电池组件子方阵的分散寻优，以解决电池板可能出现的MPPT“失配”损失，但与组串式光伏逆变系统不同的是，集散式光伏逆变系统每一光伏电池组件子方阵通过MPPT优化单元进行变换处理，其输出为直流，并通过直流母线并联在一起，由一台集中式逆变器统一进行“直流－交流”转换后升压并入电网。因此，从系统结构上来看，集散式光伏逆变系统与传统的集中式光伏逆变系统非常相似，只是方阵前端的传统汇流箱变成了具备支路最大功率寻优功能的MPPT优化器单元。集散式光伏逆变系统具备集中式逆变系统的所有优点，同时其前端的MPPT优化单元也解决了集中式光伏逆变系统存在组件功率“失配”的问题。已并网的工程实践显示，在丘陵地形条件下，集散式比同场地集中式平均发电量高出3%以上。2MW集散式逆变箱变一体化装置，它的逆变器模块由两组1MW的逆变器组成；同时配套2000kVA箱变，逆变器交流侧和箱变低压侧采用铜母排连接方式。

三、逆变器优劣势对比

1、集中/集散式方案适应于坡度平缓、朝向基本一致，并且方阵布局相对集中的区域。

方案优势：

（1）便于方阵容量规划、施工维护简便；

（2）降低初始投资成本，集中式数量较少，后期运维成本更低；

（3）电网友好性优越，便于实现电网的快速调度；

（4）技术成熟，产品稳定可靠，转换效率高；

（5）采用箱式中压逆变器，逆变器与变压器一体化高度集成化设计，进一步提升逆变侧转换效率（逆变器最大效率超过99%，深度定制化变压器效率99%，整机效率98%）。

2、组串式方案适应于坡度较大，朝向具有一定差异，水面等布局相对零散，子区域容量差异较大的区域。

方案优势：

（1）组串单机功率适中、对于地形零散区域方阵容量规划方便，便于系统的变压器选型及高压配电设计；

（2）单机重量较轻，便于安装施工；

（3）组串逆变器的多路MPPT特点适应现场的朝向不一致或组件前后遮挡造成的组串工作电压差异。

依据光伏领跑技术基地的评分标准，采用竞价上网机制，系统方案设计时密切关注的系统成本。

集中式、组串式方案选取确认应根据投资成本、收益率指标、现场地勘、施工运维等多个维度分析评估确认。

四、土地合理性利用对比

1、土地承载力需求与方案

集中/集散式方案：

组串式方案：

从以上比较可以看到，组串式方案相比集中式/集散式方案在土地承载方面优势明显，组串式解决方案重量轻，体积小，安装简单，不额外占用土地。电站长生命周期内的运维简单，更换维修容易。

2、土地节约设计

光伏项目建设在提高土地综合应用效率方面，应遵循节约优先的原则，在综合考虑光能资源、场址、环境等建设条件的同时，应进行优化配置，合理利用土地。尽量利用未利用地，不占或少占农用地。

采用组串式逆变器，可规避大型施工设备进场，解决工期问题，解决地质问题，解决土地性质问题；选用小型设备，组件间距更加合理，组件间距根据不同地形，设计不同的间距；减少集装箱的占地面积，提高土地利用率。

五、结论

依据逆变器选型依据和对比分析，集中/集散式和组串式逆变器都能满足电网接入的指标要求。集中式/集散式逆变器由于成本低，维护量少，电网调节性好等特点，有利于全寿命周期的光伏发电效益及运行安全保障，适用于日照均匀的大型厂房，荒漠电站，地面电站，大型屋顶电站等大型发电系统中。组串式逆变器可有效提升系统效率，在土地节约利用上有绝对的优势，一般适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面，山地、丘陵电站等。