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山西电力勘测设计院王艳国:浅谈组串式逆变器的历史及认识的误区 ... ... ...

2014-7-21 10:49| 发布者: echo| 查看: 22682| 评论: 0|原作者: 王艳国|来自: 山西电力勘测设计院

摘要: 一、组串式逆变器的定义  早期的光伏电池板价格很高,光伏电站的功率都不大,几块电池板组成一个组串,功率为几百瓦到上千瓦,接入小功率单相逆变器,这种逆变器称为组串式逆变器。  经过多年的发展,现在的组串 ...
  1)误区一,地面电站中组串式逆变器机器数量多,维护比集中式更复杂更难
  这种观点其实是对集中式和组串式维护方式不了解导致。组串式逆变器的维护一般是由电站运维人员直接整机更换,对技能要求低;而集中式的维护则是必须由厂家技术人员到现场,对技能要求非常高。组串式的这种维护方式优势非常明显,特别是在偏远的地区或者海外。一个明显的事实可以证明:负责任的逆变器的厂商,很少敢把集中式逆变器卖到国外,但几乎所有厂商,都敢把组串式逆变器卖到国外。原因很清楚,国外的维护成本太高,维护人员出去费用昂贵。备件也是一个问题,放在当地不好保管,随身携带也不可行,到了现场发现备件不合适还得从国内重新发,不仅耽误时间,还可能引发电站业主的索赔,这都将成为逆变器厂商的噩梦。如果客户要跟逆变器厂商签20年的维保合同,那对逆变器厂商而言恐怕不是什么好事:长达20年维保周期里集中式逆变器出问题的概率是100%,出了问题维护几次就把卖设备挣的钱给赔进去了。这也解释了为什么各国集中式逆变器的供应商几乎全是本土厂商的原因,一方面是本土厂商更熟悉本国的市场,另一方面就是国外厂商服务难以保证。
  从故障对电站的影响看,组串式逆变器也占有明显优势:假设组串式逆变器和集中式逆变器的年故障率都是1%,1MW电站有2台集中式逆变器,40台组串式逆变器,按照组串式逆变器平均修复时间为2小时,集中式为12小时计算(考虑到各厂家响应时间不一样,集中式的实际修复时间可能还要长很多),组串式逆变器故障造成的发电量损失只有集中式的1/6,如下表所示,这其中的根本原因还是维护方式的差异。
  部件设计使用寿命(年)年故障率  (%)平均故障修复时间(分钟)单位功率 (W)1MW数量 (台)年故障导致的发电损失(kWh)
  组串式逆变器 201.000250004020
  集中式逆变器 201.00r05000002120
  从长时间看,组串式逆变器的维护优势更加明显。举个例子,用现在的组串小机去替换10年前组串式小机,直流侧和交流侧线缆相差不大,通信协议稍有差异,如果端子线缆不适配,完全可以通过外加线缆转接的方式实现,而现在的组串式逆变器远比10年前的产品便宜,替换起来更简单。如果用同一个厂家现在的集中式逆变器去替换10年前的机器,由于一般的产品生产时间不超过5年,会发现所有的电路板,电感等元器件均不适配,而元器件的库存也不可能超过5年,器件替换就非常昂贵且难找。用组串式逆变器实现相互替换更加现实且成本更低,而集中式逆变器替换的就跟重新建设电站没有差别,费时费力。国内的集中式电站都是2010年以后才开始建设,维护问题还不突出,后续维护问题将会逐渐暴露。
       2)误区二,组串式逆变器机器数量多,电站谐波将会变大
  谐波是指电中中所含有的频率为基波的整数倍的电压或者电流分量,一般是指对周期性的非正弦电流进行傅立叶分解,扣除基波以外其他频率点的电流分量。谐波电流会在电网短路阻抗上产生谐波电压降,影响电压输出波形(用户端电压=电网稳定电压-谐波电压降)。
  电网谐波的主要来源于三个方面:一是发电源质量不高产生谐波;二是输配电系统产生谐波;三是用电设备产生的谐波,其中用电设备产生的谐波最多。在用电设备中,由整流装置产生的谐波占所有谐波的近40%,这是最大的谐波源。
  逆变器属于发电设备,它本身对输出电压是不控的,依托于电网电压,只是把电流灌入电网,这种工作方式对电网电压谐波的影响较小(但如果逆变器引发了电网的谐振除外),所以在衡量光伏电站并网点电能质量时,在电网电压谐波能够达到5%要求的情况下,重点关注的是逆变器输出的电流谐波。逆变器的电流谐波主要和以下几个因素有关:
  (1)输出电压波形质量:逆变器的控制算法中输出电压为正弦波,当经过逆变器调制输出PWM波有畸变时,将影响逆变器的输出谐波与控制效果。 提高开关频率与输出PWM电平数有助于降低PWM波形的畸变率,高开关频率三电平的组串式逆变器比低开关频率两电平的集中式逆变器更有优势。
  (2)软件控制带宽:逆变器的开关频率越高,控制带宽越宽,对于宽范围的电流谐波抑制更充分,为保证稳定性,逆变器的控制带宽通常取开关频率的1/10左右;组串式逆变器的开关频率(16kHz左右)远高于集中式逆变器(两电平逆变器为3kHz,三电平可以做到8k左右),控制带宽更宽,对于低次谐波的控制能力更强。控制频率高,可以在控制环路中对电网谐波进行检测,加入对低频谐波的抑制程序,使得逆变器的输出电流谐波比电网的电压谐波做的更好。
  (3)并网滤波器性能:控制带宽以外输出电流高频成分,需要依赖滤波器来滤除,组串式逆变器一般采用LCL型滤波器,具有高频谐波衰减能力强、受并网阻抗影响小的优点。
  (4)并机谐波抵消能力:1个方阵多台组串式逆变器距离升压变压器距离不一样,线路阻抗会有差异。线路阻抗会等效改变并网LCL滤波器中L2的电感,不同的滤波器参数会改变谐波的相位。当多台组串式逆变器并联工作时,谐波成分将会由于相位的差异而部分相互低消,降低系统整体的谐波值。
  从以上四点可以看出,组串式逆变器的输出电流谐波原理上并不会比集中式的差,由于其工作频率更高,完全可以在算法中加入谐波抑制的算法,保证输出电流谐波不受电网谐波的干扰,这是比集中式更有优势的地方。
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