并网逆变器选型参考细则

2015-4-15

并网逆变器是将太阳能直流电转换为可接入交流市电的设备，是太阳能光伏发电站不可缺少的重要组成部分。以下对光伏电站设计过程中并网逆变器及其选型做比较详细的介绍和分析。

1．并网逆变器在光伏电站中的作用

光伏发电系统根据其应用模式一般可分为独立发电系统、并网发电系统以及混合系统，而并网发电系统的基本特点就是太阳电池组件产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入公共电网。

1.1 并网光伏电站的基本结构

1.2 并网逆变器功作用和功能

并网逆变器是电力、电子、自动控制、计算机及半导体等多种技术相互渗透与有机结合的综合体现，它是光伏并网发电系统中不可缺少的关键部分。并网逆变器的主要功能是：

◆最大功率跟踪
◆DC-AC转换
◆频率、相位追踪
◆相关保护

2．并网逆变器分类

并网逆变器按其电路拓扑结构可以分为变压器型和无变压器型逆变器，其中变压器型又分为高频变压器型和低频变压器型。变压器型和无变压器型逆变器的主要区别在于安全性和效率两个方面。以下对三种类型逆变器做简单介绍：

◆高频变压器型
采用DC-AC-DC-AC的电路结构，设计较为复杂，采用较多的功率开关器件，因此损耗较大。

◆低频变压器型
采用DC-AC-AC的电路结构，电路简单，采用普通工频变压器，具有较好的电气安全性，但效率较低。

◆无变压器型
采用DC-AC的电路结构，无电气隔离，电压范围较窄，但是损耗小、效率高。

3．并网逆变器主要技术指标

a. 使用环境条件
逆变器正常使用条件：包括工作温度、工作湿度以及逆变器的冷却方式等相关指标。

b. 直流输入最大电流

c. 直流输入最大电压

d. 直流输入MPP电压范围
逆变器对太阳能电池部分进行最大功率追踪（MPPT）的电压范围，一般小于逆变器允许的最大直流输入电压，设计电池组件的输出电压应当在MPP电压范围之内。

e. 直流输入最大功率
大于逆变器的额定输出功率，即通常所说的“逆变器功率”。为了充分利用逆变器的容量，设计接入并网逆变器的电池组件的标称功率可以等于直流侧输入最大功率。

f. 最大输入路数
指逆变器直流侧可接入的直流回路数目。

g. 额定输出电压
在规定的输入条件下，逆变器应输出的电压值。电压波动范围一般应：单相220V±5%，三相380±5%。

h. 额定输出功率
在规定的输出频率和负载功率因数下，逆变器应输出的额定电流值。

i. 额定输出频率
在并网系统中，额定输出频率要对应所并入的电网频率，而且当电网的频率和相位有微小波动时，逆变器输出的交流电应自动追踪电网的频率和相位。当检测到电网频率波动过大，逆变器将自动切离电网。我国的市电频率为50Hz，并网逆变器频率波动范围一般在±3%以内。

j. 最大谐波含量
正弦波逆变器，在阻性负载下，输出电压的最大谐波含量应≤10%。

k. 过载能力
在规定的条件下，在较短时间内，逆变器输出超过额定电流值的能力。逆变器的过载能力应在规定的负载功率因数下，满足一定的要求。

l. 效率
在额定输出电压、输出，电流和规定的负载功率因数下，逆变器输出有功功率与输入有功功率（或直流功率）之比。

目前很多厂家的逆变器效率标示了“效率”和“欧洲效率”两种。“效率”一般指一天内某时刻逆变器的最大效率，而欧洲效率是根据一天内日照强度的变化计算加权值，通过特定的公式计算一天内的“平均效率”，相对比较科学。很多公司的无变压器型逆变器的“效率”值很高很高，其实理论上不太可能，可能他们未考虑输出功率因素的影响，将无功功率也计算在内而得出的最大效率。

m. 负载功率因数
逆变器负载功率因数的允许变化范围，推荐值0.7—1.0。

n. 负载的非对称性
在10%的非对称负载下，固定频率的三相逆变器输出电压的非对称性应≤10%。

o. 防护等级
IP（INGRESS PROTECTION）防护等级系统是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。IP防护等级是由两个数字所组成，第1个数字表示灯具离尘、防止外物侵入的等级，第2个数字表示灯具防湿气、防水侵入的密闭程度，数字越大表示其防护等级越高。

p. 保护功能
逆变器应设置：短路保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护及缺相保护。

q. 干扰与抗干扰
逆变器应在规定的正常工作条件下，能承受一般环境下的电磁干扰。逆变器的抗干扰性能和电磁兼容性应符合有关标准的规定。

r. 噪声
不经常操作、监视和维护的逆变器，应小于95db。 经常操作、监视和维护的逆变器，应小于80db。

s. 显示
逆变器应设有交流输出电压、输出电流和输出频率等参数的数据显示，并有输入带电、通电和故障状态的信号显示。

t. 通信接口
主要用于系统运行监控，一般的逆变器通讯接口模式有RS-485、RS-232以及GPRS。

u. 机械参数
主要指逆变器的重量和尺寸。

4．并网逆变器选型分析

4.1 光伏逆变应用场合

光伏发电站是通过具有各种技术结构的逆变器连接到电网上的。由于建筑的多样性，势必导致太阳能电池板安装的多样性，为了使太阳能的转换效率最高同时又兼顾建筑的外形美观，这就要求我们的逆变器的多样化，来实现最佳方式的太阳能转换。现在世界上比较通行的太阳能逆变为：集中逆变、组串逆变和组件逆变，现将几种逆变器的特点和运用的场合加以分析。

（1）集中逆变

主要用在大型光伏发电站（大于10KW）的系统中，先是光伏组件连接成串，每串加上二极管，再是将这些组串并行连接，然后正负直接连接到同一台集中逆变器的直流输入侧。一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。 集中型逆变的最大特点是效率高，成本低，工作状态不稳定。不稳定原因主要是光伏组串与逆变器匹配不当，以及部分光伏组件的阴影会导致整个发电站的发电量下降。某一光伏单元组的工作状态不良会造成整个发电站的不良运行。

（2）组串逆变

a.普通组串逆变
组串逆变器已成为现在国际市场上最流行的逆变器，光伏组件连接成串，每个组串（1—5KW）都连接到一台指定的逆变器上，每个组串并网逆变器都有独立的最大功率跟踪单元（MPPT）。许多大型光伏电厂使用组串逆变器。优点是不受组串间模块差异和遮影的影响，同时减少了光伏组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，从而增加了发电量。技术上的这些优势不仅降低了系统成本，也增加了系统的可靠性。同时，在组串间引入“主—从”的概念，使得在系统在单串电能不能使单个逆变器工作的情况下，将几组光伏组串联系在一起，让其中一个或几个工作，从而产出更多的电能。最新的概念为几个逆变器相互组成一个“团队”来代替“主—从”的概念，使得系统的可靠性又进了一步。目前，无变压器式组串逆变器已占了主导地位。

总的来说组串逆变器的特点是减少了光伏组件之间的匹配错误、部分阴影带来的电量损失，以及组串连接二极管和大量直流电缆带来的电量损耗。不仅大大降低了系统的成本，也增加了发电量和系统的可靠性。

b.多组串逆变
多组串逆变技术在保留了组串逆变技术的优点上，通过一个共同的逆变桥将多个组串通过直流升压器连接起来，并实现最大功率跟踪，是有效且成本低的解决方案。

多组串技术可以有效连接安装不同朝向（南方、东方、西方）的组件，也可以根据不同的发电时间实现最优化的转换效率。多组串逆变适用于安装在3至10KW的中等规模电站系统中。

（3）组件逆变器

每个组件都连接一台逆变器。组件逆变器的转换效率比组串低。使用组件逆变器的系统中，每个组件都必须连接到230V电网上，因此会造成交流侧的电网连接比较复杂，这种技术一般只应用在50至400W的光伏发电站中。

4.2 逆变器选型设计的基本方法

(1) 逆变器类型选择

并网逆变器主要分高频变压器型、低频变压器型和无变压器型三大类。根据所设计电站以及业主的具体要求，主要从安全性和效率两个层面来考虑变压器类型。以下是它们之间的对照表：

(2) 容量匹配设计

并网系统设计中要求电池阵列与所接逆变器的功率容量相匹配，一般的设计思路是：

组件标称功率×组件串联数×组件并联数＝电池阵列功率

在容量设计中，并网逆变器的最大输入功率应近似等于电池阵列功率，已实现逆变器资源的最大化利用。

(3) MPP电压范围与电池组电压匹配

根据太阳能电池的输出特性，电池组件存在功率最大输出点，并网逆变器具有在特点输入电压范围内自动追踪最大功率点的功能，因此电池阵列的输出电压应处于逆变器MPP电压范围以内。

电池组件电压×组件串联数＝电池阵列电压

一般的设计思路是电池阵列的标称电压近似等于并网逆变器MPP电压的中间值，这样可以达到MPPT的最佳效果。

(4) 最大输入电流与电池组电流匹配 电池组阵列的最大输出电流应小于逆变器最大输入电流。为了减少组件到逆变器过程中的直流损耗，以及防止电流过大对逆变器造成过热或电气损坏，逆变器最大输入电流值与电池阵列的电流值的差值应尽量大一些。

电池组件短路电流×组件并联数＝电池阵列最大输出电流

(5) 转换效率

并网逆变器的效率标示一般分最大效率和欧洲效率，通过加权系数修正的欧洲效率更为科学。

逆变器在其它条件满足的情况下，转换效率应越高越好。

(6) 配套设备

并网发电系统是完整的体系，逆变器是重要的组成部分，与之配套相关的设备主要是配电柜和监控系统。

并网电站的监控系统包括硬件和软件，根据自身特点而需要量身定做，一般大型的逆变器厂家都针对自己的逆变器而专门开发了一套监控系统，因此在逆变器选型过程中，应考虑相关的配套设备是否齐全。

(7) 品牌与质量

(8) 价格与服务