光伏电站集中式、组串式和集散式逆变设计方案对比

光伏电站集中式、组串式和集散式逆变设计方案对比

韩文政

(中电投新疆能源化工集团有限责任公司南疆分公司新疆843000)

摘要：在光伏电站工程设计中，选择不同类型的逆变器，对于提高系统可靠性、减少系统损耗、降低系统成本意义重大。本文就对光伏电站集中式、组串式和集散式三种逆变设计方案进行对比研究，希望能给有关人士提供参考性意见。

关键词：光伏电站；集中式逆变设计；组串式逆变设计；集散式逆变设计

光伏逆变器是太阳能光伏发电系统的核心部件之一。过去大多数传统光伏电站设计都考虑使用集中式逆变器。这些年随着社会的发展与进步，其他的运行灵活、维护性强的逆变器也逐渐发展了起来，例如：组串式逆变器和集散式逆变器，在光伏电站工程设计中，我们必须根据光伏电站的规模、应用场合和照明条件等因素选择不同类型的逆变器。这对提高系统可靠性、减少系统损耗、降低系统成本具有重要意义。这也是目前光伏电站设计工作中分析和研究的重点。

1光伏电站集中式逆变设计方案

在光伏电站中使用集中式逆变器是一种传统的设计方案，即是电站的光伏组串通过汇流箱汇聚到一起，通常情况下，能量输送到逆变器以后，电能通过集中处理后，直流就可变换为交流。集中式逆变器功率的等级是相对较高的，目前最常用的逆变器功率为500kW，也有800kW和630kW的逆变器，在具体的使用过程中通常是以1MW作为一个发电单元，将1MW的光伏组件功率分别输送到两台500kW逆变器，最后通过一个双分裂的变压器逐渐把电能传输到主变压器，接着就是升压并网。集中式逆变系统的主要由以下几种构建组成，包括有:逆变器、直流电缆、双分裂式变压器、汇流箱、电网、光伏组件以及交流配电组成，在光伏电站使用集中式逆变方案主要有以下几种优势：（1）成本低且逆变器的功率大、集成度相对较高；（2）使用的逆变器较少、方便管理；（3）各种保护功能齐全、可靠性和安全性较高；（4）直流分量与谐波含量都少，电能质量髙；（5）具有低电压穿越和功率因数调节的功能，电网调节的性能良好。集中式逆变方案是目前使用最多的一种逆变设计方案，也是太阳能发电在我国发展初期的主流方案，虽然集中式逆变也经历了市场上大规模的考验，但是也存在以下几点不足之处：（1）因为该方案是要在逆变器中实现MPPT,通常情况下一台500kW逆变器只有一路或者最多两路MPPT,这就使得1MW只具有两路或者最多四路的MPPT,基本来说在1MW发电单元下的200多串光伏组串，也只有一路或者最多两路的MPPT进行跟踪，在这种情况下就很容易受到各种环境因素的影响，如：温度、光照角度以及恶劣天气等，也就很容易导致光照无法切实的反应出组件最大功率点，给发电造成一定的影响；（2）逆变器的交流侧和直流的传输电压的等级都相对较低，通常情况下交流输出的电压为270V或者315V，而直流的电压在满功率时，一般也只有600~700V，一旦传输电压等级低就造成线损大。由于集中式逆变器的功率大所以该设计方案通常都用于地面电站、荒漠电站以及大型厂房等发电系统中，而且系统的总功率大，通常都是兆瓦级以上。

2光伏电站组串式逆变设计方案

组串式逆变模块设计可实现每个光伏串对应一个逆变器，其中每一组串光伏组件都可实现最大功率的点跟踪，相比集中式逆变设计方案要具有一定的优势，因为该方案设计的应用是不受阴影遮挡和光伏组串差异的影响，与此同时还可以降低逆变器与光伏组件工作不相匹配的情况发生。组串式逆变器通常是指连接光伏组串的三相或者单相输出逆变器。组串式逆变器被常用于海拔较高、温度高、灰层多以及烟雾重的一些恶劣环境下，即使环境非常恶劣，但是也不会影响到光伏电站的安全运营。组串式逆变器有以下几个优点：（1）模块化设计，有多路的MPPT,能够有效解决组件遮挡时的不良反应，也能够解决组串并联失配等问题；（2）组串式逆变器的MPPT的范围相对较宽，相比传统的集中式逆变器来说，其电压跟踪范围更宽，并网时间更长。（3）使用组串式逆变器在系统发生故障时对发电量的影响并不大，集中式逆变器设备相对较大、笨重，当设备发生故障时，都需要设备厂商派人来维修，耗费的时间较长，会造成一定的经济损失；而组串式逆变器则大不相同，该设备的体积相对较小，跟换也很方便，一旦设备出现故障，管理维修人员可以在第一时间对设备进行跟换，对发电量的影响并不大，也不会造成损失。组串式逆变器虽然具有的优势非常的多，但是也存在着一些不足之处：（1）组串式逆变箱的体积相对较小，功率的密度非常的高，因此对散热的要求也是非常高的，没有直流熔断器、交流断路器和直流断路器，一旦系统发生故障，就很难断开；（2）组串式逆变器由于是多机并联，因此在这种情况下，有功调节和无功调节以及零电压穿越功能都很难实现。（3）组串式逆变器是不带隔离变压设计的，所以电气安全性会稍微差一些，对于薄膜组件负极接地系统是不太适合的。

3光伏电站集散式逆变设计方案

较为传统的集中式逆变器MPPT优化方案中，每500kW的逆变器通常情况下只对1路或者2路的MPPT单元进行优化，且会受各种因素的影响，若将组件劣化、阴影遮挡以及灰尘遮挡等造成不同特性的组件直接并联在一起，无法保障每个组件能够相互配合、发挥出最优效果，还可能会出现组件不匹配的现象发生。如果在丘陵地区使用集中式逆变器，当斜角和朝向不一致的时候，对于发电量造成的损失就会更加的明显。对于功率较小的组串式光伏逆变器可以解决光伏组件MPPT的失配所造成的发电量损失的问题，但同时又有另外的问题出现，例如：轻载情况下的并网电能质量劣化以及在轻载情况下转换效率变差等问题，使得系统的成本造价提高了很多，因此对于组串式逆变器通常用于并网规模较小的一些光伏发电系统中。这些年随着我国社会的不断发展，集散式逆变器逐渐发展了起来，集散式逆变器每22kW就可对应一路的MPPT优化单元，1MW就可具备四十八路的独立MPPT优化单元，集散式逆变器相对集中式逆变器和组串式逆变器来说都更具有优势，可以最大程度的减少因为阴影遮挡、灰尘遮挡以及组件劣化等不同特性导致的组件失配所带来的发电损失问题，同时也不会出现在轻载情况下转换效率变差以及轻载情况下的并网电能质量劣化等情况发生。集散式逆变器可用于大型的地面站上，合理的利用集散式逆变器可提升2%~3%的电量，而在屋顶和山地等复杂的运行环境中发电量可提升3%到5%。集散式逆变器融合了集中式逆变器和组串式逆变器的优点，可以用于集中并网，分散跟踪控制，其中在收益发电方面比集中式要高出很多，在稳定性和可靠性方面是要由优于组串式的，但是在实际的工作中，集散式逆变器也有不足之处，其在零电压穿越功能、有功调节和无功调节以及多路MPPT协调工作方面均还存在着不完善的地方，需要集散式逆变器制造厂重点关注和调节。

结束语：

本文通过分析对比集中式、组串式和集散式这三种应用较为广泛的光伏电站系统方案，通过理论上的对比分析，切实分析它们之间存在的优点和缺点，希望能为同行人员提供一定的参考和借鉴性作用。

参考文献：

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