太阳能发电 Ⅲ —— 三种逆变方案简介

集中式逆变方案

集中式逆变是光伏组串经过汇流箱汇流，能量输送到逆变器之后，再集中把电能从直流变为交流。

集中式逆变器通常采用单极两电平三相全桥的拓扑，大功率IGBT和SVPWM调制算法，通过LCL或LC滤波器滤波后来使输出达到要求。随着三电平的大功率IGBT的出现，目前很多都是以三电平的拓扑结构，或着运用两电平IGBT来搭建三电平的电路拓扑。

集中式逆变的功率等级一般都较高，目前主流的式额定功率500KW，当然，也有630KW和800KW的逆变器。一般以1MW为一个发电单元，即1MW的光伏组件功率分别输送到两台500KW的逆变器，再经过一个双分裂变压器把电能输送到主变压器，再进行升压并网。集中的MPPT，集中逆变。

集中式的主要优势在于：

➤逆变器数量较少，便于管理；

➤谐波含量和直流分量少，电能质量较高；

➤逆变器集成度高，功率密度较大，成本低；

➤逆变部分的各种保护齐全，可靠性高；

➤PFC功能和低电压穿越功能，电网的调节性好。

作为目前的主流方案，经过大规模的市场验证，从技术上来说，还存在着几点不足：

➤逆变器直流和交流侧的传输电压等级较低，造成较大的线损；

➤由于是在逆变器实现MPPT，所以，单台500KW的逆变器只有一路或者两路MPPT，也就是1MW有两路或者四路。而对于有200多串光伏组串的1MW单元来说，MPPT的数量少，很容易受到现场复杂环境的影响(如阴影遮挡、组件倾斜角不一致，温度和光照强度等)，导致无法跟踪到最大功率点，造成发电损失。

集中式逆变器的功率较大，一般用于日照资源丰富的大型区域，系统的总功率大，一般是兆瓦级以上。

组串式逆变方案

组串式逆变，可见其功率等级较集中式肯定小得多，即小功率得逆变。组串式是将光伏方阵中得每1~2个光伏组串连接至指定的逆变器的直流输入端，各自完成DC-AC的转变。组串式通常采用两级三电平三相半桥拓扑，选用小功率的IGBT和SVPWM调制算法，也是通过LCL或LC滤波器滤波后输出。

组串式常见的功率等级有20KW、28KW、33KW、40KW和50KW等。如50KW，其额定功率为47.5KW，每台逆变器具有四路MPPT，MPPT的电压范围正常为200~1000V，额定输出电压3x288/500V+PE。组串式具有多路MPPT功能，能够极大地提高抗外部复杂环境影响的能力，提高发电质量和效率。组串式是分散MPPT，分散逆变。

组串式逆变器适的主要优势在，采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有MPPT，交流端并联并网。不受组串间模块差异和阴影遮挡的影响，同时减少了光伏电池组件最佳工作点和逆变器不匹配的情况。

虽然组串式逆变器占地少，MPPT数量多，但是也存在不足的地方：

➤一个箱式变压器下并联40多台组串逆变器，存在着谐振的风险。并且总谐波也高，单台的THD可能很低，但是如果超过40台并联时，总谐波可能就比较大了，且较难抑制；

➤组串式逆变器是靠近光伏组件安装的，交流输出侧的交流电传输时长距离低压传输，传输损耗较大；

➤组串式逆变器箱体小，功率密度高，对散热的要求也就大。没有直流断路器、交流断路器和直流熔断器，当系统发生故障时，较难断开；

➤多机并联，零电压穿越功能、无功调节和有功调节等功能较难实现。

集散式逆变方案

集散式逆变器是将MPPT和DC/DC升压集成到光伏智能控制器中，然后集中将升压后的直流电转为交流电。采用单体1MW的逆变器，光伏智能控制器输出电压抬升至DC800V左右，对比于集中式降低了直流线损。同时提高了交流输出电压，从而降低了交流线损。

其主要特点是把MPPT功能前置到了汇流箱，并在汇流箱增加了DC/DC升压功能以及智能检测功能，这样的汇流箱我们称之为光伏智能控制器。输入为16路电池组串， 可做到每两个组串对应一路MPPT，每个汇流箱可具有８路MPPT功能，则每兆瓦对应112路MPPT，光伏控制器的输出为DC820V。集散式方案的逆变器不再是主流的500KW机型，而是1MW机型，逆变器的输出电压同时提升至AC520V， 这样使得箱式变压器只需双绕组变压器，而且省了一套箱式变压器低压侧电缆和开关。集散式逆变方案融合了组串式逆变器和集中式逆变器各自的优点：分散跟踪控制、集中并网。其在稳定性方面优于组串式，在发电收益方面大大超过集中式， 同时输出电能质量和并网性能方面保持了集中式的优点。这一改进主要有以下几点：节省初始投资、提升发电量和高智能易维护

理论上该方案融合了集中式和组串式的优势， 既有多路MPPT跟踪，又能进行大型集中逆变。但实际设计时光伏智能控制器的稳定性、多路MPPT协调工作及零电压穿越功能、无功调节和有功调节等核心技术问题是集散式逆变器制造厂家需要重点关注和解决的。