大型光伏电站中集中式逆变器与组串式逆变器的选择探究

梁昌盛

（广东水电二局股份有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

大型光伏电站设有光伏发电组件，使得光伏电站的发电运行过程具有良好的稳定性，且不易受到系统负载强度、外界光照强度与环境温度的影响[1]。大型光伏电站在发电运行中，系统输出电流与输出电压能够保持良好的平稳度，运用自动调节方式实现最大化的光伏发电运行效能。可见，大型光伏电站体现出发电节能的明显优势。技术人员通过正确搭配运用光伏电站中的逆变器系统，能够达到平稳的电能输出效果，同时可合理控制光伏电站系统的发电运行功率[2]。

1 大型光伏电站的并网逆变器系统运行原理

光伏并网逆变器的基本特征为电网装置并入转换后的交流电流，逆变器系统通过转换直流电的方式提供并网发电必需的能源，进而实现可持续的清洁并网发电目标。在光伏并网发电的实施环节，应当能够保证高效、可靠与安全的并网运行状态，确保实现稳定的电能输出效果。经过以上的电能转换处理后，大规模的光伏发电站相比于传统发电站能够提供更好的发电质量，保证平稳的系统运行状态[3]。

近年来，光伏发电领域的技术手段正在迅速转变，诞生了小规模的并网发电装置、组串式光伏逆变器、集中式光伏逆变器以及微网光伏逆变器。在转换系统发电功率的环节中，系统直流电由于受到晶体管的切换作用，因此重新设置了排序，最终达到交流电转换的目标。此外，并网逆变器设有电子电路和系统控制装置，其中电子电路属于系统保护装置。光伏发电系统如果突然出现运行故障，那么逆变器可以启用安全保护操作。

2 大型光伏电站中的组串式逆变器与集中式逆变器

2.1 组串式光伏并网逆变器

组串式光伏逆变器具有系统发电量较高的优势，并且能够保证实现良好的电压输入匹配性[4]。在多核发电的技术手段支撑下，运用组串式逆变器可以避免出现频繁中断系统发电的故障，也能明显缩小潜在的故障影响范围。这是由于组串式逆变器设计为多核发电运行模式，因此可以确保达到900 V的发电功率跟踪范围，并且有效避免系统发电量受到错误组件配置的影响。在智能化软件的全面控制下，技术人员能够实时监控组串式光伏并网逆变器，确保随时掌握目前的逆变器运行状态，妥善处理逆变器的安全运行故障。运用组串式系统逆变器还有助于实现全过程的系统运维控制，缩短维修各个系统组件消耗的时间。

2.2 集中式光伏并网逆变器

相比于系统自重较轻且体积较小的便携组串式逆变器，集中式光伏逆变器占据较多的空间位置，系统组成如图1所示。集中式逆变器呈现明显的单点故障现象，运用单一的系统设备控制各个功率馈电以及功率转换环节。但是不应忽视，集中式光伏逆变器具有较高的系统集成度，因而可以达到明显提升逆变器装置容量和系统运行功率的效果，遵循模块化的系统设计方式实现灵活的调节。

图1 集中式的大型光伏发电系统组成

3 合理选择集中式逆变器与组串式逆变器的要点

3.1 综合考虑系统运维成本和系统发电量

集中式逆变器与组串式逆变器具有各自的运行优势，因此技术人员需要合理选择以上两种类型的逆变器，综合考虑逆变器的投资建设成本、系统发电量以及系统组件的衰减性标准，确保选出安全性能良好的逆变器组件类型。例如，对于20 MW大型光伏发电系统而言，技术人员应当整体对比对于特定生命周期内的系统发电量，进而判断得出不同系统初始投资方案之间存在的差异[5]。从总体角度来讲，组串式系统逆变器可以维持良好的集中运行性能，但是系统组件会消耗较大的系统维护成本。因此，在实施逆变器组件的全面技术改造实践中，技术人员应当注重智能化与精细化的逆变器系统实施全面运行改造，充分发挥信息科技手段融入逆变器技术改造的重要作用。

降低损耗有助于逆变器保证良好的运行效率，因此目前针对组串式光伏逆变器与集中式光伏逆变器必须做到密切关注系统损耗，全面运用逆变器损耗降低的做法保证逆变器的良好运行功效。对于变压器、开关管与电感磁性部件，在实施优化设计时必须充分降低系统损耗。对于各种磁性部件，要保证运用节能材料进行设计，保证实现最大程度地降低系统损耗。例如，对于功率开关管（IGBT）来讲，此类元件可能会造成开关损耗或者导通损耗，因此务必保证直流电压处于控制范围内，同时要做到合理控制开关频率。对于铁导线与铜导线产生的电感损耗，在控制过程中需要充分保证流经电流的平稳性，进而达到节约逆变器运行功耗的效果，全面考虑系统运行中的功耗升高风险。

3.2 结合并网发电的稳定性标准

组串式并网逆变器和集中式并网逆变器都具备良好的并网运行性能，而且能够承受强度较高的外界光照作用，不会受到日照强度与系统运行负载大的影响。同时，并网逆变器可以达到良好的自生调节功能，运用跟踪系统发电功率的方式实现全过程的发电运行调节目标，从而保证平稳的系统电压与系统电流输出状态。对于光伏发电组件来讲，系统组件能够运用自我调节方式适应外界的负载强度和日照强度改变，从而做到迅速适应不断变化的外界环境温度。光伏逆变器对于正弦波的电流能够予以持续输出，确保电网能够随时接收回馈的电能。在此基础上，为了保持可靠的电网运行状态，需要做到严格避免产生直流分量或者高次谐波，严格限定逆变器的各项系统性能指标。

组串式大型光伏系统逆变器和集中式大型光伏系统逆变器具有各自的缺陷及优势，因而必须结合光伏发电系统当前的运行状况进行优化选择。多数情况下，对于具有分散性与小规模的光伏发电资源应当运用组串式系统，而对于具有较大规模的发电站则最好选择集中式系统。这是由于集中式逆变器具有转变直流电的性能，进而达到顺利实现并网处理与系统升压处理的目的。逆变器系统必须能够体现最佳的系统功耗与系统效率，因此应当致力于内阻与功率的全面降低，还要运用灵活的控制措施调整系统脉宽。目前，对于逆变器在提高系统转换效率的实践中，技术人员可以选择运用软开关技术或者电气拓扑技术完成系统转换的相关操作，进而达到开关频率明显降低的效果，并且做到合理控制功率器件的系统运行电压。

3.3 优化改造并网发电的运行方式

相关部门对于现阶段投资建成的大规模发电站，应当确保引进数字技术手段，还要做到充分重视后期的系统运维成本。在全面实施逆变器技术改造的前提下，确保明显提升系统发电量[6]。近年来，集中式逆变器已经被推广运用于某些人迹罕至的大型光伏电站建设区域，因而具备持续长期运行的优势。相关部门对于选择两种类型的光伏逆变器应当做到全面关注投资回报率和系统发电的安全性，以确保得出安全效能更好的光伏电站运行方案。

表1 影响逆变器功耗与运行效率的因素

4 结 论

经过分析可见，组串式逆变器和集中式逆变器是大型光伏电站中的重要组件。对于两种不同类型的逆变器，在进行优化配置时关键在于维持稳定的系统发电量，还要做到综合考虑现有的系统输出电流与输入电流强度，运用自生调节的运行模式实现对光伏电站运行组件的灵活调整。未来在技术改进实践中，对于大型光伏电站实施优化改造的侧重点在于优化配置，合理选择逆变器的型号与种类，确保并网运行的良好效果，从而为大型光伏电站提供安全运行保障。