光伏系统中逆变器拓扑形态分析

秦一伟 青海大学

当前社会环境中，生产生活都将电力能源作为重要的支持性能源对待，因此对于电力能源的需求，一直都处于上升状态。这种需求层面的增加，要求电力能源的供给能够保持同步的增加，并且实现稳定供给。而化石燃料本身的非可持续特征，决定着其本身在能源领域的淡出，以可持续发展为特征的核能和新能源，在未来会成为电力供给的重要来源。而在新能源体系之下，光伏发电相对而言发展历史最为悠久，技术也比较成熟，成为当前大电网的重要参与成分。

大电网的核心在于将诸多电力能源实现并网，以分布式的思想建立起电力能源池，并且实现整个电网环境中的整体供给优化。随着社会中各个方面对于电能需求的增加，如何实现多个电力能源的平稳并网，成为光伏系统所要面对的核心问题之一。尤其是负荷环境中大量非线性不平衡需求的存在，以及光伏发电框架之下，光能源本身的潮汐特征，都给平稳并网带来挑战。除此以外，考虑到光伏系统供电本身不稳定的特征，在并网环境之下，一旦发生电能供给异常，光伏系统应当能够实现自身的隔离，展开孤岛运行，避免给更大范围的电网带来负面影响。

针对此种状况，诸多学者展开了对应的研究，并且对光伏发电的并网离网做出了严格限定，其中包括并网时谐波畸变率的含量，以及孤岛情况下电压的不平衡状况等方面的具体衡量。就我国光伏发电的发展状况而言，光伏电站的整体容量仍然有待进一步提升，并且在大电网环境中，光伏电站的比例也有较有限。可以说，应用的滞后为技术的发展赢得了一点时间，但是随着技术和应用的日渐成熟，光伏发电对于大电网的影响也会逐步增加，二者的故障都会影响到对方的稳定运行，这种影响日渐增加，会达到隔离孤岛运行也无法消除，最终造成电网电压和频率崩溃。而逆变器作为将直流电能转换为交流电能的重要桥接组件，是实现并网，并且决定并网稳定性的重要环节。

实际应用中对逆变器的选用，需要从实际情况出发，合理对不同种类逆变器进行选择，综合其工作特征妥善安排。光伏逆变器具有多种分类方式，但是在当前应用领域中，以功率作为分类依据的方式，直接面向应用，因此有着较好的生命力。此种分类方式，将光伏逆变器划分为集中式逆变器、组串式逆变器以及微型逆变器三种。

集中式逆变器主要应用于大型并网工作环境，其功率范围为100-1000kW。此种逆变器应用于大型光伏电站，主要形式为多个电池板的分组串联，而后再进行并联，形成光伏阵列，最后利用汇流箱将光伏阵列与逆变器相连，实现并网。对于集中式逆变器而言，较高的集成度成为其突出特征，因此功率密度较大，输出功率因数比较稳定，而成本则相对低廉。除此以外，集中的形态还能够降低逆变器需要的元器件，提升系统整体可靠性，理想的情况下，此种系统的转换效率可以提升到98%水平，并且谐波畸变率能够控制在3%以下。集中式逆变器能够较好地抵抗电网电压所带来的波动，因此对于实现电网稳定有着积极价值。但是其本身缺乏必要的荣誉能力，对于逆变器的依赖会成为此种系统的瓶颈问题。

对于组串式逆变器而言，通常应用于大中型分布式光伏电站，是当前我国光伏失事业的重要支持，尤其是对于农村光伏并网环境而言至关重要。多应用于3-50kW功率环境。此种逆变器的应用环境中，从本质上也表现为光伏阵列，但是规模要比集中逆变器的工作环境规模要小很多，通常串联不过几十块电池板，并联也不过几块至十几块居多。组串式逆变器可以实现多路MPPT跟踪电路，保持每个光伏组串都工作在最大功率点上，可以有效减少因光伏组串间不匹配导致的发电损失。除此以外，此种逆变器结构相对简单，在安装和调试方面易于操作，有效实现了施工难度的控制。并且光伏组串能直接连接到逆变器，省去了汇流箱和直流柜，减少了直流回路线损，也提高了系统可靠性。但是组串式逆变器框架下元件较多，导致其设计和制造难度加大，可靠性也因此受到闲置。除此以外，由于组串式光伏发电系统经过滤波器后直接并入电网，没有经过隔离变压器环节，易形成共模漏电流，安全性偏低也成为一个问题。

最后，微型逆变器多用于200-500W功率环境之下，通常仅并联一块电池板，能够实现单独的转换和MPPT跟踪，适用于光照特征复杂的环境。微型逆变器能够有效实现最大功率点保持的职能目标，对于提升小型系统的发电效率有着不容忽视的积极意义，并且其运维相对简单，支持热插拔，并且能够面向发展环境友好，安装和扩展都便于展开。除此以外，型逆变器多利用高频变压器进行升压，这使其具有较高功率密度和转换效率，还能实现光伏组件与网测电压的电气隔离，有效地解决了共模漏电流的问题。

逆变器的发展，随着光伏事业的一同展开，在未来必然会成为支持光伏事业的重要力量。

[1]蹇芳,李志勇.光伏逆变器技术现状与发展[J].大功率变流技术,2014(4)