发布时间:2015年8月21日
国家能源局下放通知,2014年国内光伏新装总容量达14G,其中分布式8G,地面电站6G。分布式光伏电站将迎来一个前所未有的发展机会。国家电网对分布式光伏电站要求如下:单个并网点小于6MW,年自发自用电量大于50%;8KW以下可接入220V;8KW-400KW可接入380V;400KW-6MW可接入10KV。根据逆变器的特点,光伏电站逆变器选型方法:220V项目选用单相组串式逆变器,8KW-30KW选用三相组串式逆变器,50KW以上的项目,可以根据实际情况选用组串式逆变器和集中式逆变器。
武汉维尔仕新能源有限公司是国内最早研究太阳能、风能等新能源应用的企业,目前已研制出太阳能控制器、太阳能逆变器、磁悬浮风力发电机等85种高科技产品,出口112个国家和地区,畅销海内外。关于组串式逆变器与集中式逆变器的差别,维尔仕专家分析如下:
一、方案方面
集中式逆变器:设备功率在50KW到630KW之间,功率器件采用大电流IGBT,系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变,工频隔离变压器的方式,防护等级一般为IP20。体积较大,室内立式安装。
组串式逆变器:功率小于30KW,功率开关管采用小电流的MOSFET,拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换,防护等级一般为IP65。体积较小,可室外臂挂式安装。
二、设备功能方面
1、零电压穿越保护的问题
根据GB/T19964-2012中对低电压穿越故障的要求,逆变器必须具备零电压穿越能力,要求逆变器能够在电网电压跌至0时,保持0.15s并网运行,当电压跌至曲线1以下,允许逆变器从电网中切出。
组串式逆变器的劣势:组网方式限制——其逆变器间无高频载波同步,无法解决逆变器间的并联环流问题;距离箱变远端的逆变器线路阻抗较大;多机并联模式——多台逆变器在电网电业跌落时会无法统一输出电压及电流的相位。
集中式并网逆变器:均可通过实验室和现场的低电压穿越测试。
2、防孤岛保护
孤岛效应:是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时,停电线路由所连的并网发电装置继续供电,并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。GB/T19964-2012标准要求电站具有防孤岛保护设备,通常情况下逆变器采用主动+被动双重防孤岛保护,以保障在任何情况下逆变器能可靠地断开与电网的连接。主动保护通常采用向电网注入很小的干扰信号,通过检测回馈信号判断是否失电,而被动保护通常采用检测输出电压、频率和相位的方式来判定孤岛状态的发生。
组串式逆变器:交流侧直接并联,因主动保护而采用注入失真信号的方式无法应用在多机并联的系统中,无法执行孤岛保护中的主动保护。应用风险:产生谐振孤岛将会对线路检修人员造成安全威胁,对用电设备造成损害,严重影响电站的运行安全等等。
集中式逆变器:交流输出无需汇流,直接接入双分裂绕组变压器,同时执行主动和被主动孤岛保护。
3、支持电网调度
两者共同点:均采用RS485作为通讯接口,回应速度均相应较慢。
组串式逆变器:每兆瓦需对40台逆变器调度,不利于电站的远端调度管理;
集中式逆变器:每兆瓦仅对2台逆变器调度,较为方便。
4、PID效应抑制策略
目前公认的最为可靠抑制PID效应的解决方法:逆变器负极接地
组串式逆变器:采用虚拟负极接地电路的方式来抑制PID效应,如虚拟电路发生故障组串式逆变器则无法保障对PID效应抑制,远比实体负极接地可靠性差。
集中式逆变器:采用绝缘阻抗监测+GFDI(PV Ground-Fault Detector Interrupter,由分断器件和传感器组成)方案,即逆变器即时监测PV+对地阻抗。当PV+对地阻抗低于阈值的时候,逆变器就会立刻报警停机。
三、系统主要器件方面
组串式逆变器系统主要器件有组件、直流电缆、逆变器、升压变压器、交流配电、电网构成,集中式逆变器的系统主要器件有:组件——直流电缆——汇流箱——直流电缆——直流汇流配电——直流电缆——逆变器——隔离变压器——交流配电——电网。组串式逆变器省下了汇流箱,直流线缆少交流线缆多,但造价较集中式逆变器高3毛/瓦,最终成本高出约0.25元/瓦,以100MW地面光伏电站为例,初始投资增加2500万元。
四、发电量方面
与国内教先进的集中式逆变器对比,理论上,采用分布式逆变器可以更好的挽回组件失配、阴影遮挡、与汇流箱等配套设备消耗和直流电缆电压差等损失。但集中式逆变器在转换效率、电缆损耗等方面占优势,同时在高海拔地区,组串式逆变器须降额运行。
一份光伏企业的内部资料显示,某些地面电站中小机发电量高0.3%左右,某些地面电站,大机发电量会高约0.2%。
组串式逆变器与集中式逆变器发电量差异表现为:新型大机≈小机>旧式大机。
五、维护成本方面
以20MW电站为例,应用500kW的集中式逆变器40台,30kW组串式则需要680台,同等质量下故障率提高17倍。但同样要指出,虽然组串式逆变器的故障较多,但每台故障机器电站带来的损失也远小于集中式逆变器。
集中式逆变器是器件及维护,组串式维护则一般都是整机更换,质保期外集中式逆变器每年维护费用20MW*0.3元/W*5%=30万元,组串式为20MW*06*10%=120万元。
从目前的技术发展来看,地面光伏电站的主流仍然是大机,适用于日照均匀的大荒漠电站,地面电站等大型发电系统中,系统总功率大,一般是兆瓦级以上。组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统、小型地面电站。但随着逆变器技术日新月异的发展,不排除小机突破技术壁垒和成本瓶颈的可能。