太阳能光伏电站并网逆变器选型设计方案

太阳能光伏电站并网逆变器选型设计方案第一节逆变器容量的选型确定并网逆变器作为光伏并网系统的关键设备，它的选择直接关系到系统的效率、输出电能质量、电站的稳定性以及最终的发电量，所以必须从多方面综合考虑来进行选择。并网逆变器的功率通常跟光伏系统容量相等，但需要考虑以下几种情况：工作情况应考虑当地太阳辐射情况、设备最大工作功率以及在该功率下工作的时间情况，即设备的日常工作平均时间、最大负荷情况；设备余量考虑选型并网逆变器的最大直流输入功率，设计选择的光伏系统功率不应超过并网逆变器的最大直流输入功率。如果项目建设地点辐射情况较好，设备在大多数时间中达到额定工作功率，那么设计理应适当留余量，范围以不超过15%为宜；如果项目建设地点辐射情况一般，设备在大多数情况下无法以额定功率发电，那么能够降低并网逆变器容量或者选择相同容量，以选择相同容量为宜。组串情况在确定系统容量时，需要考虑最大串联组件数量问题，以确定最终总光伏系统功率。提高效率和发电量的选择对于设计规范的光伏发电站而言，逆变器的功率理应与所连接光伏组件的功率相适宜。两个系统部分功率的关系能够通过逆变器最大功率和光伏组件的峰值功率之间的比值进行描述。获得最大发电量对于旨在获得最大发电量的发电站设计，理应适当提高并网逆变器负荷程度，即上述的逆变器最大功率和光伏组件的峰值功率之间的比值，理应设置在大约110%比较合适。说明：本节仅从系统容量方面考虑发电量，实际发电量有很多考虑环节，对于以并网逆变器参数、规格的选择来提高发电量的内容在本章其他节叙述。经济型光伏电站如果要设计比较经济的发电站，应避免使用过大容量的逆变器。大容量的集中型并网逆变器因为整体容量的增大，对于相关设备的耐压、过电流有较高的要求，会造成设备造价增加。另外，对于在日照条件比较差的地区，应选用相对容量较小的逆变器，而不以利用全部光照能量为标准选择逆变器容量。另外，提高发电效率和缩短投资回收周期还要取决于日照条件、逆变器在部分负载下的效率和送入电网的电量价格。第二节并网逆变器类型的选型确定对于不同系统规模，考虑到系统整体效率、最大发电量等因素，可能会选择不同方式的并网逆变器。1小功率光伏系统对于电源电压为220V的小型光伏发电系统，一般直接选用与光伏组件峰值功率接近的单相逆变器；对于电源电压为三相380V的小型光伏发电系统，当无适合的三相逆变器时，一般直接选用单相并网逆变器，在这种情况下需要对光伏组件的总数量进行三等分，相互独立的每一组组件各自接入一台单相逆变器上，三个相线上各接入一台相对应的并网逆变器，保证送入三个相线的发电量相等，当每相的光伏组件功率远大于逆变器输入峰值功率时，每一相上也可釆用多台单相并网逆变器，此时接入到逆变器的组件数量也必须按照逆变器功率大小进一步均分。2中型光伏系统对于功率在几十个千瓦左右的中小型光伏系统，需要注意的是实际接入的电压，因为对于这类容量系统通常接入功率不大，甚至能够选择单相接入，即单相并网逆变器，也能够通过若干个组串逆变器的并联实现，当接入电压较高时，可考虑设置升压变压器。3大型光伏系统对于大规模太阳能发电系统，理应尽可能采用大功率的集中型并网逆变器，降低系统复杂程度。当系统发电功率远大于并网逆变器功率时，可将整个光伏系统按照逆变器的容量大小进行分割，釆用模块化并网方式。每一个模块可釆用单台逆变器，也可釆用多台并联运行。第三节影响逆变器选型的其他因素1设备电压等级当前市场上的大功率并网逆变器电压等级大致有2种，一种为低电压类型，其输出电压在400V以下，另一种为高电压型，其输出电压为lOKVo输出电压在400V以下的逆变器又因生产厂家所采用的技术不同，逆变器的输出电压各异，主要的输出电压类别有：270V、300V、315V、328V、380V、400V等，其内部一般设计无隔离变压器，当釆用低压并网接入方案时，对于和电网电压等级不同的逆变器应在逆变器输出端设置隔离变压器，高压型并网逆变器其内部一般设计了升压隔离变压器，当釆用高压并网接入方案时，除非电网电压与逆变器输出电压为同一等级，一般应选用无隔离变压器的并网逆变器，在逆变器输出端单独设置隔离型升压变压器。对于不同制造商生产的并网逆变器，逆变器的最高直流输入电压会有所不同，小功率逆变器的电压比大功率逆变器要低很多，不同电压制式的国家所推出的并网逆变器其最高输入电压也是不同的，例如日本的TMAIC公司，产品最高输入电压为：610V,而欧洲和我国主要产品最高电压一般在850V-1000V范围。低输入电压的并网逆变器必然电池组串的并联数会比较多，相对应工作电流会比较大，但是设备耐压降了下来；高输入电压的并网逆变器串联数增大，但并联数将会减少，汇流箱的使用数量也会减少，主电路电流相对应会降低，但是设备耐压要求比较高，对于控制回路中常规的开关器件的需压要求也相对应提高，一般必须釆用串极使用。2隔离并网要求逆变器一般釆用隔离变压器来实现隔离并网，隔离变压器有2个作用，一是进行电气隔离，二是实现升压，光伏并网发电系统的电气隔离主要目的是防止逆变前级的直流分量直接进入交流电网从而危害交流电网中的电气设备正常运行，同时增强整个光伏发电系统的运行安全性。升压的目的则是并网接入。3输入极限参数3.1输入最高电压设计需要考虑并网逆变器跟光伏电池组串的安全配合问题，要求光伏组串最高电压（开路电压）不超过并网逆变器最高输入直流电压，理应考虑当地环境温度对组件电压的影响（需要结合开路电压温度系数进行计算）。一般情况下应选用最高输入电压大于900V的产品。3.2最大输入电流及接入端品数量当前的并网逆变器分为2类，一类为集中型，一类为组串型。对于集中型，输入端口数大多数按照MPPT数量来定，如果设备仅有1路MPPT,那么通常会仅有1路端口输入，如果是2个MPPT（比如某些厂家的500KW并网逆变器由2台250KW并网逆变器组成）即有2路输入，对于主从结构的设备，通常会只有1路（铜排），系统按照实时容量来自行分配工作设备模块，但是大多数厂商能够提供选件，就是说增加路数，前提是增加控制开关的数量、或者使用铜排方式，直接在铜排上汇流。所以，输入端口数需要仔细向厂商相关工程师了解，这样才能确定设备的最大输入电流在设备输入端得分配情况。对于组串型，一般会有多路输入，但是每路都有最大输入电流限制,1比如SMA公司的SB5000TL型组串型并网逆变器,输入为3X7.5A,就是说3路输入，每路最大电流为7.5A,就是说我们在选择组件时电流不能够超过7.5A,还需要考虑一定余量。4系统效率作为光伏系统的关键部件，并网逆变器每降低一个百分点，就意味着1%的发电量的损失，所以，在其他条件符合需求时，在设计时优先选择高效率并网逆变器，但是对于效率并不是单纯看最高效率、欧洲效率，而是需要看效率曲线，以以下几款并网逆变器的效率曲线来举例说明。

以下是合肥阳光电源公司生产的SG500KTL功率为500KW并网逆变器效率曲线SG500KTL效率曲线10% 20% 30% 40% 50%SG500KTL效率曲线10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%（功率百分比）0%8%6%4%0999%%)%%%%086420988888从曲线图能够看出该产品欧洲效率并没有达到98%,同时我们能够看到，逆变器效率在25%左右功率下才接近98%线，也就是说在低负荷时逆变效率比较低。下图是德国西门子公司生产的几款SINVERT系列并网逆变器效率曲线。

10090807085040302010£Aaue-oyjeco^e«>courelativepower[%]10090807085040302010£Aaue-oyjeco^e«>courelativepower[%]从曲线图能够看出，对于500KW的逆变器在16%左右的额定功率下接近最大值，在18%左右达到最大值，在3%左右的功率即可达到80%以上的效率。相对在低负荷时效率比前款产品要高。而对于西门子1000KW的逆变器，因为其内部是由两台500KW的逆变器按照主从工作方式构成的，在8%左右的额定功率下就己达到了最大值，在3%左右的功率即可达到90%的效率，对于2000KW的逆变器，因为其内部是由四台500KW的逆变器按照主从工作方式构成的，其效率更高。下面的曲线图是艾默生公司生产的SSL500功率为500KW并网逆变器效率曲线。11合肥阳光电源公司产品4.28.416.724.832.94149.457.665.673.88290.2102.5从曲线图能够看到设备在2%的功率时即可达到95%以上的效率，并且效率就高于95.5%,在8.4%额定功率即可达到效率高于97%,该款产品内部也是由若干个模块釆用主从结构设计，这种设计在低功率时仅启动部分模块工作，而把其他模块的负荷都加到单个模块上，使单个模块达到高效率的高负荷，所以能够使总体效率比较高。总结，对于并网逆变器，因为光伏系统相当一部分时间内没有工作在满负荷，所以我们需要优先选择能够在大多数符合比例段内都能达到较高效率的设备。第三节并网逆变器参数对照以下例举几款不同厂商生产的逆变器主要技术参数供设计参考。逆变器型号SG500KTL最大输入功率550KWp最大输入直流电压900V最大直流电流1200A最大功率点跟踪（MPPT）范围450V-820V额定父流输出功率500KW总电流波形畸变率（额定功率时）<3%功率因数（额定功率时）>0.99最大效率98.5%欧洲效率98.3%允许电网电压范围（二相）230-310VAC允许电网频率范围47-51.5Hz（可设置）夜间自耗电<100W通讯接口RS485/以太网（可选）/GPRS（可选）使用环境温度-25°C~+55°C使用环境湿度0-95%,无凝露2艾默生公司产品产品型号SSL500额定直流功率500KW最大直流输入功率510KW最大直流输入电压1000V直流电压范围MPPT300-880V最大直流输入电流1200A额定父流输出功率500KW最大交流输出功率550KW电网工作电压范围380V±10%电网频率50Hz(±4.5Hz)输出电流谐波<3%功率因数>0.99最大效率98.3%欧洲效率97.7%运行自耗电<1500W待机自耗电<100W噪声<