光伏逆变器-组串式

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1.方案介绍

   兆瓦级箱式逆变站解 决方案:1MW单元采用一台兆瓦级箱式逆变站,内部集成2500kW并网逆变器(集成直流配电柜)、交流配电箱等设备,该箱式逆变站箱体防护等级可达IP54,可直接室外安装,无需建造逆变器室土建房。

 

兆瓦级箱式逆变站解决方案


组串式解决方案:1MW单元采用4028kW组串式并网逆变器,组串式逆变器防护等级IP65,可安装在组件支架背后。

 

2.1解决方案:


兆瓦级箱式逆变站解决方案:


备注:以上价格来源于各设备厂商及系统集成商,此报价仅供参考。设备数量均按照1MW单元计算。

 

2.2 可靠性
1)元器件

   组串式解决方案:1MW配置40台组串式并网逆变器,单台设备采用双级拓扑设计,共用功率模块12个,40台并网逆变器共480个。功率器件电气间隙小, 不适合高海拔地区。组串式逆变器采用户外安装,风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化;且单兆瓦配置设备数量多、总器件数多,可靠性低;采用铝电解电 容,MTBF仅为数千个小时,且故障后无法现场更换。

    应用业绩

    2月的统计,容量在5MW以上的光伏电站中,全球约2%的电站采用了组串式方案接入。各代表区域市场里面,比例最高的 德国市场,采用组串式方案的比例为12%;近年市场容量排名第一第二的中国和美国市场,采用组串式方案很低,比例不到1%

3)谐波及环流问题

组串式解决方案:1MW多达40台组串式并网逆变器,单台设备在额定功率下的谐波含量远高于集中式逆变器,且40台逆变器并联后,会在并网点造成谐波叠加问题,而且较难抑制。另外,因交流输出侧采用双绕组变压器,多台设备间的环流问题严重。

4MPPT跟踪技术

     组串式解决方案:组串式并网逆变器采用多路MPPT跟踪技术,双级拓扑,配备BOOST升压电路,主要针对分布式及小型电站设计,而大型地面电站因其组件种类单一、朝向角度一致、无局部遮挡,无需配置多路MPPT逆变器。

5)故障设备数量

     假设组串式逆变器故障率为1%,集中式故障率2%,电站容量按照100MW计算。

    组串式解决方案:100MW共需4000台组串式并网逆变器,按照故障率1%计算,故障数量为40台,按照组串式整机更换的维护理念,共需人工更换逆变器40次,共需花费61.6万元。

2.3 设备性能
1)逆变器效率

    为什么组串式并网逆变器的效率相比集中式低呢?原因主要在于常见的组串式并网逆变器采用DC-DC-AC双级拓扑,而集中式逆变器采用DC-AC单级拓 扑,正是因为多一级直流升压电路从而导致逆变器整机效率下降,通常单级变换要比两级变换效率高0.4%以上,而组串式逆变器厂家对外宣称的效率通常是在高 直流输入电压下测得,相当于关闭DC-DC逆变电路,但实际应用中母线电压不可能时刻保持在高电压下,所以组串式逆变器宣称效率远低于实际效率。

      按照100MWp电站(以西北各省平均日照小时数均在3000小时以上,折算成峰值日照小时数约为1650小时),参考当前电网电价0.95/度,则25年可增加发电收入为1650(万元)。

    100MW×1650(小时)×25(年)×0.95(元/度)×0.4=1568(万元)

2)功能

    组串式并网逆变器因针对分布式电站和小型地面电站设计,其单体功率小,应用在大型地面电站中则需要的设备总数巨大,单台逆变器虽可以实现零电压穿越功 能,但多机并联时,零电压穿越、无功调节、有功调节等功能实现较难。多台设备是否能够同时应对电网的各种故障,还有待实践考验。

3)拓扑

    组串式并网逆变器采用两级拓扑,功率器件多、控制系统复杂、驱动繁琐,主要应用在中小功率逆变器中。

单级vs双级:


组串式拓扑vs集中式拓扑:


4)过载能力

    组串式并网逆变器过载能力仅为110%,因组串式逆变器受到防护等级的限制,在设计时需将散热部分和发热元件采用单独封装的方式分开,冷空气无法直接经过主要发热元件,造成散热效率较低,所以过载能力受限。

2.4 可维护性


     组串式并网逆变器采用直接更换的维护方式,因设备数量较多,现场故障定位较为繁琐,仍然要与逆变器厂家沟通确认;其次逆变器现场应用分散,更换困难,整 机更换维护成本高,且需要专门配置备件库房,尤其是在山丘或者站内路况较差的情况,需要人工搬运组串式逆变器,维护时间较长;再有因组串式没有一级汇流设 备,如在白天更换无法断开直流侧,存在高电压危险,为保障人员安全只能在夜间进行更换,影响维护效率。

3.结论

    组串型式并网逆变器解决方案目前广泛应用在分布式电站和小型电站小型地面电站中,此类电站容量多在5MW以下,常以家用、商用屋顶为组件载体,单个屋顶或 单个容量常小于100kW,系统能够直接并入低压配电网或供用户直接使用。分布式发电系统因受到屋顶角度、建筑物阴影、树木阴影等原因的影响,采用具备多 路MPPT功能逆变器可灵活配置组件功率和种类,所以组串型逆变器更加适用于5MW以下的小型地面电站和分布式电站中。