中國的光伏產業(yè),從最初仿制國外產品開始,產品原材料進口銷售出口兩頭在外的模式;到成為世界光伏產業(yè)第一大國,自主研發(fā)掌握核心技術,每年都會有新產品出世。而逆變器作為光伏系統(tǒng)一個重要組成部分,根據(jù)時代的變化,功能也在不斷優(yōu)化和擴展中。
1.0 金太陽時代
時間段及特點:2008—2013年,光伏安裝初級階段,光伏發(fā)電在電網(wǎng)容量占比很少,以工商業(yè)電站的金太陽工程為主,逆變器以集中式逆變器為主,用電形式以自發(fā)自用為主。
逆變器關注點:關注逆變器本身,以安全可靠,性價比高為主要賣點,逆變器的轉換效率和PHOTON測評是主要賣點。
2.0 度電補貼時代
時間段及特點:2013-2016年,光伏系統(tǒng)各種應用方式是百花齊放,電站有集中式地面、山區(qū)領跑者、工商業(yè)和戶用光伏;逆變器有集中式和組串式以及微型逆變器;用電方式有整體上網(wǎng)、自發(fā)自用、自發(fā)自用余量上網(wǎng)三種,光伏發(fā)電在電網(wǎng)容量占比逐步上升。逆變器關注點:除了關注逆變器本身之外,還關注組件及直流電纜的安全及性能,如絕緣阻抗,漏電流,組件PID防護,組串檢測,直流電弧檢測,多路MPPT,防雷模塊。
3.0 智能電網(wǎng)時代
時間段及特點:2017年之后,分布式光伏全面爆發(fā),大型地面電站逐漸退出市場,用電方式以自發(fā)自用余量上網(wǎng)為主,逆變器以組串式逆變器為主,光伏發(fā)電在電網(wǎng)容量占比到達臨界值,逐漸飽和。
逆變器關注點:除1.0和2.0外,并網(wǎng)逆變器成為智能電網(wǎng)中的一部分,全面切入對電網(wǎng)的檢測、收集以及電能質量調節(jié),除了測量常規(guī)的電壓頻率,參與電網(wǎng)調節(jié),功率因素無功補償,還可以收集電網(wǎng)電壓諧波、閃變等信息,并對這些信息做出預判或補償,實現(xiàn)電能質量的優(yōu)化。
1、逆變器3.0時代讓電網(wǎng)更堅強
分布式光伏接入,出現(xiàn)潮流返送后,會引起并網(wǎng)點電壓升高。分布式光伏發(fā)電的接入增大了母線電壓波動幅度,雖未越限,但增加了配電網(wǎng)電壓調節(jié)難度;需采取措施控制母線電壓波動幅度,可以利用光伏逆變器的無功-電壓調節(jié)能力。
當光伏安裝容量大于負荷時,對用戶及配電網(wǎng)電壓質量帶來較大影響:中午時刻潮流大量到送,引起并網(wǎng)點電壓大幅升高;出力突變引起用戶電壓波動頻繁。
常見的整改措施:
(1)在變壓器側進行無功補償,SVC價格低,效果不明顯;SVG效果好,價格低。
SVC可以被看成是一個動態(tài)的無功源。根據(jù)接入電網(wǎng)的需求,它可以向電網(wǎng)提供容性無功,也可以吸收電網(wǎng)多余的感性無功,把電容器組通常是以濾波器組接入電網(wǎng),就可以向電網(wǎng)提供無功,當電網(wǎng)并不需要太多的無功時,這些多余的容性無功,就由一個并聯(lián)的電抗器來吸收。SVC功率因數(shù)補償自動投切裝置是根據(jù)常規(guī)用戶負荷性質穩(wěn)定的特性而制定的,且投切并非平滑變化,而是以投入電容器的數(shù)量決定補償容量,無功補償不能連續(xù)可調,而且只能輸出容性。
SVG以大功率電力電子設備為核心,通過調節(jié)逆變器輸出電壓的幅值和相位,或者直接控制交流側電流的幅值和相位,迅速吸收或發(fā)出所需的無功功率,實現(xiàn)快速動態(tài)調節(jié)無功功率的目的。SVG無功補償裝置響應速度快、諧波含量少、無功調節(jié)能力強,目前已成為無功補償技術的發(fā)展方向。
(2)限制光伏出力-成本低,影響經(jīng)濟性
當光伏輸出功率比負載消耗的功率大時,電流出現(xiàn)反向,引起電網(wǎng)電壓升高,這時逆變器限制輸出功率,控制電流不出現(xiàn)反向。
(3)改變接入系統(tǒng)方案,匯集升壓后經(jīng)10k V并網(wǎng)-影響經(jīng)濟性
變壓器費用是0.2元/W,效率是95%,一個100kW的升壓變壓器要2萬元,損耗5%,100kW的如果每天發(fā)400度電,變壓器要消耗20度電,按照補貼加電費1塊錢度,一年要損失20*365=7300元。
(4) 每戶逆變器進行自適應無功電壓調節(jié)-技術復雜,成本低
? 逆變器的價格約增加5%,損耗不變,但對逆變器要求高。
方式 價格 損耗 技術難度
SVC/SVG 增加25% 1% 較高
限制逆變器功率 0 1-30% 較低
加升壓變 增加20% 5% 低
逆變器自調 增加5% 元 高
未接入3.0逆變器前:
? 影響用戶功率因數(shù)考核(力率考核),導致電費罰款
? 嚴重時出現(xiàn)電壓超出限值,導致逆變器脫網(wǎng),或者燒毀家用電器
接入3.0逆變器后:
? 提高用戶電壓合格率、功率因數(shù)合格率
? 治理農村電網(wǎng)低電壓問題
2、逆變器3.0時代需要更強的大腦
功率加大,MPPT路數(shù)擴充,帶來了功率器件增加;既要處理逆變器本身,又要處理組件,直流電纜和電網(wǎng)的各種信息,多種功能的加入,對逆變器的穩(wěn)定性,響應速度,多接口,準確性提出了嚴重的挑戰(zhàn),古瑞瓦特MAX系列新一代控制平臺,采用雙控制芯片DSP+可編程邏輯器件CPLD模式+ARM,擁有充足的控制資源,更高的運行速度,更好的穩(wěn)定性,更強的可擴展性,以及支持現(xiàn)場升級和遠程升級。
DSP,數(shù)字信號處理專家,側重于計算。國際最先進的國際品牌TI公司出品,一個負責控制PV側MPPT跟蹤和升壓,一個負責AC側逆變轉換,雙核各司其責,又協(xié)同作戰(zhàn),使系統(tǒng)更穩(wěn)定可靠。
CPLD,多任務處理專家,側重于響應和分析,擁有多個對外數(shù)字和模擬接口,不管外面發(fā)生多少事,也可以實時處理,快速反饋和控制。
ARM,通信處理專家,側重于事務管理,采用知名品牌ST的ARM芯片,實現(xiàn)與控制芯片間信息交互、運行監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲及外部通信,遠程更新數(shù)據(jù)頻率更快,軟件更新時間更短。
3、逆變器3.0時代讓電網(wǎng)監(jiān)控觸手可及
在傳統(tǒng)的配電室中,由于建造時間長,對于電網(wǎng)和設備的運行狀態(tài),一般沒有安裝遠程監(jiān)控,運行記錄也不方便查看。
智能時代逆變器可以偵測完整的電網(wǎng)信息,包含電網(wǎng)電壓、頻率等傳統(tǒng)參數(shù),還可以收集電網(wǎng)電壓諧波、閃變等信息,并對這些信息做出預判或補償,實現(xiàn)電能質量的優(yōu)化,通過實時錄波功能,可以傳遞現(xiàn)場任意時刻的電能質量信息給終端用戶。