基于光伏区组串式逆变器布置方案优化研究

华电陕西能源有限公司 李 焱

1 分析方法

组串式逆变器分散式和虚拟集中式两种布置方案在设计中的差别主要体现在交、直流电缆的选型和敷设方面[1]。方案的差别分别对初期投资成本和每年发电量产生影响，进而影响项目最终的收益率。因此，需要对两种方案在投资成本和发电量收益方面产生的影响进行量化分析，以此判别两种方案的优劣势。本文以3.15MW 方阵为研究对象，以某项目为例，分别对不同超配比时两种布置方案进行研究，对比不同电价条件下投资成本变化和发电量收益变化之间的关系，最终以经济指标为依据判定两种方案之间的优劣。

2 边界条件

以某光伏发电项目为例，当地水平总辐射量为1463.8kWh/m2，各月气象信息见表1。方阵交流侧容量为3120kW，直流侧容量随着接入路数的不同而不同，见表2。项目采用540W 单晶双面组件，208kW 组串式逆变器，固定支架倾角为35°，2×26上下两排竖向布置，支架前后排间距为14.6m，组串布置形式为2×13上下串接，每组支架安装2串组件。选择光伏电缆型号为PFG1169-1×4，交流电缆分别选择YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150铝合金电缆，交流电缆截面根据实际交流线损确定。上网电价暂按0.25元/kWh 计算。

表1 光伏发电项目当地气象情况

表2 项目集中与分散布置组串式逆变器接入容量情况

3 分析流程

针对表2中给出的不同超配比，分析过程主要分为以下6个步骤，如图1所示。

图1 超配比确定时分析流程图

总图布置：针对组串式虚拟集中式与分散式两种方案进行总图布置设计，分散式方案将各逆变器分散地布置在各组串中间位置，虚拟集中式方案将各逆变器集中布置在箱变周围；电缆量统计：根据各方案的总平面设计图选择电缆型号及统计长度；成本分析:根据统计电缆清册及各电缆近期单价分析成本变化情况；损耗计算：根据电缆清册对光伏方阵的交直流线损进行计算；发电量仿真：根据方阵布置情况，在仿真软件中选择相应的电气设备，布置三维模型，进行全年发电量仿真，计算全生命周期的发电量；经济性分析：根据方阵全生命周期的发电量和电价，计算相应的发电量收益并折算到第一年的净现值，比较净现值差异和投资成本差异，判断经济性优劣。

4 投资成本分析

组串式分散式和虚拟集中式总图布置方案分别如图2、图3所示。

图2 分散式布置平面图

图3 虚拟集中式布置平面图

由图3可以发现，虚拟集中式布置与分散式布置两种方案主要的区别就是电缆用量的不同。目前，国内光伏发电项目中，在电缆选型时，组件至组串式逆变器的电缆通常为1×4光伏专用铜芯电缆，而组串逆变器至箱变的电缆因铝合金电缆成本较低，目前已普遍使用。根据线损控制要求，组串逆变器输出侧至箱变的电缆分别选择YJLHY23-0.6/1kV-3×95/120/150三种规格的铝合金电缆，每种电缆的长度、设备及建安总费用见表3。

表3 项目集中与分散布置组串式逆变器不同方案电缆长度及费用统计表

由表3可以看出，当组串式逆变器输出侧的交流电缆使用铝合金电缆时，集中式布置方案成本普遍高于分散式方案成本。

5 发电量分析

分别计算组串式逆变器的发电量[2]，从而得到虚拟集中式和分散式两种布置形式对应的发电量，结果见表4。由表4数据可以看出，随着容配比的逐渐增加，两种方案可利用小时数差异逐步增加，STC 直流及交流线损也在逐步增加。其中，除集中式方案1可利用小时数＜分散式方案1外，其余方案虚拟集中式可利用小时数≥分散式布置。

表4 不同方案发电量及可利用小时数统计表

由表4可知，集中式布置方案直流线损高于分散式方案0.9%左右，集中布置方案交流线损低于分散式方案0%～1.24%。相同装机容量下，集中式布置交流线损减小的幅度大于直流线损增加的量，因此集中式布置发电量高于分散式布置。

6 经济评价

因集中式和分散布置方案电缆及建安费用均发生在项目建设初期，但是发电量增发却发生在未来25年的不同时期，为科学地对比两种方案的经济性，本文把光伏电站未来25年不同时期内发生的发电量收益都折算为投资起点的现值，然后与初期的投资比较，据此进行方案的经济性评价和比较。下文以方案4容配比为1.21的计算结果举例说明。

当电价为0.25元/kWh 时，将25年的发电量按照8%的贴现率折算到第一年，得到发电量差异的净现值为2.53万元。虚拟集中式布置比分散式布置多投入了16.485万元，但是只带来了2.53万元的增益，虚拟集中式布置相比于分散式布置多出的投资和增加的收益总净现值为-13.955万元＜0，因此分散式布置经济性更好，见表5。

表5 电价0.25元/kWh 方案4两种布置的电量收益差（集中-分散）

按照类似的方法对不同容配比的6种方案进行分析，虚拟集中式布置相比于分散式布置多出的投资和增加的收益总净现值变化曲线如图4所示。

图4 不同容配比下总净现值变化曲线（集中-分散，单位：万元）

由图4可知，在电价为0.25元/kWh 的条件下，组串式逆变器虚拟集中式布置方案不具有经济性优势。方案1到方案6容量从3.26MW 增加至4.12MW，从曲线可以看出方阵容量越大分散式布置优势越大。

7 电价敏感性分析

不同上网电价对于两种布置方案经济性也有影响。上网电价分别选择0.25元/kWh、0.322元/kWh、0.4207元/kWh，从数据可以看出，随着上网电价逐渐增高，多发电量价值越大折现到首年净现值与电价成正比，但是远远低于净现值平衡点（净现值为0），即净现值=未来报酬总现值-新增建设投资总额。当上网电价为1.2元/kWh 时，净现值才有可能＞0，即未来报酬总现值大于新增建设投资总额，如图5所示。

图5 不同容配比时不同电价条件下的净现值

8 研究结果

通过对不同容配比，不同电价，组串式逆变器常规分散布置和虚拟集中布置的投资成本和发电量收益方面产生的影响进行量化分析，对光伏项目优先推荐采用交流铝合金电缆+组串式逆变器分散布置方案。