集中式、组串式及集散式光伏电站对比分析.docx

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1、。 水 利 电 力 集中式、组串式及集散式光伏电站对比分析 刘 畅 中 国 电 力 工 程 顾 问 集 团 中 南 电 力 设 计 院 有 限 公 司 ， 湖 北 武 汉 4 3 0 0 7 1 摘要：随着国内光伏电站大规模建设，可开发的地势平坦的荒漠电站越来越少。通过对集中式、组串式、集散式三种逆变形 式的光伏电站在安全稳定性以及转化效率方面进行对比分析，得出适合山地电站的逆变器形式。 关 键词 ： 光伏电站；集中式 ； 组串式；集散式 ； MPPT 中图分类号： TP273.5 文献标识码： A 文章编号： 1671-5519(2016)12-0162-01 引 言 近年来 ， 随着化石类

2、能源的枯竭 ， 光伏产业发展迅 猛 1 要使用熔丝，减小了熔丝烧毁线缆及熔丝盒的风险；同时由 于每个逆变器仅接 7 8 个组串，直流电缆的长度较短，且 截 至 2016 年 11 月 ， 我国光伏发电累计并网容量已 达 74 GW， 按照目前情况推算，到今年年底累 计并 网 容量将超 过 75GW。 由于国内光伏电站的大规模开发，类似于荒漠的大块平 地越来越少，山丘和山地逐渐增多。光伏电站布臵在山地地 区，逆变器的形式对发电效率、电站投资回报比都有着一定 的影响。本文对目前行业内采用较多的三种逆变器形式进行 了对比分析。 1 集 中 式 集 中 式 逆 变 器 是 现 阶 段 大 型 光 伏

3、电 站 采 用 较 多 的 逆 变 器形式。以典型的 1MW 方阵 为 例，每个组件功率 为 310Wp， 一个光伏组串一般由 18 20 块光伏组件串联而成， 14 16 个组 串 并联接至直流汇流箱 ， 6 7 个汇流箱汇流至 500kW 逆 变单 元 ， 2 个逆变单元接 至 1MW箱变 ， 最后通 过 35kV 集电 线 路送出至升压站 35kV 配电装臵。 2 组 串 式 相比于集中式逆变器，组串式逆变器对光伏组串布臵的 要求更加灵活，同样以 1MW方 阵为例 ， 其中每个组串式逆 变 器可接 7 8 个光伏组串， 5 个逆变器接入一个交流汇流箱， 5 个交流汇流箱汇流接入箱变。 3

4、 集 散 式 集 散 式 方 案 与 集 中 式 最 大 的 区 别在 于 在 使 用 智 能 MPPT 控制 器 代替传统的直流汇流箱。智 能 MPPT 控制器带 有 MPPT 优化 功 能，每台控制器中配 臵 4 个 MPPT 优化器。 1MW 包 含 12 个 控制器，即 每 1MW方阵 包 含 48 路 MPPT。 4 安 全 性 与 稳 定 性 对 比 分 析 （ 1）首先，在集中式逆变方案中，直流汇流箱是一个 容易出现故障的部件。因为直流汇流箱中大量使用了熔丝这 一易损部件：熔丝盒对电缆的安装可靠性有较高的要求，现 场施工时容易出现接触不良的情况，会导致直流拉弧甚至烧 毁；由于光伏

5、组件的电流受光照强度影响，所以大小并不可 控制，在熔丝处于小电流过载的情况下，熔断时间会变得非 常长，这时熔丝会保持一个温度很高的热平衡状态。此时的 高温会烧毁线缆以及熔丝盒，进而引发火灾。 其次，由于交流系统存在过零点，交流开关器件可以利 用这一点进行灭弧。但直流电弧却不存在过零点，电弧一旦 2 电流一般都在 50A 以内，大大降低了火灾发生的可能性。也 就是说，相比于集中式、集散式逆变器直流侧与交流侧均可 3 能发生故障，组串式仅有交流侧可能发生故障 。 组串式逆变器防护等级通常可以达 到 I P65， 且采用自 然 对流散热，无外臵散热风机，有较高的系统可靠性。而集中 式方案逆变器有专门

6、的集装箱式机房 ， 防护等 级 为 I P54，设 臵专门的通风口进行散热。由于通风口的存在，风沙、盐雾 都可能进入逆变器集装箱，影响其正常工作。 在数据采集方面，组串式逆变器可以检测每个组串的电 压、电流、功率，通过每个组串的工作状态对比，判断出其 是否出现被遮挡、短路、断路或接反等故障，告知升压站运 行人员相关情况，保证电站稳定运行。而集中式方案中，组 串和直流汇流箱之间并无数据通讯，仅通过汇流箱与逆变器 之间的通讯来判断组串运行状态，无法高效的诊断故障。 综上可知，在安全性和稳定性方面，组串式要高于集中 式和集散式。 5 转 化 效 率 对 比 分 析 （ 1） 集中式方案中 ， 1MW

7、逆 变 器分为两 个 500kW 逆变单 元 ， 每 个 500kW逆变单元设 臵 2 4 路 MPPT 跟踪 。 按超 装 10% 的 比 例来计算 ， 1MW可以 接 200 个组串，也就是说每 25 50 个 组 串设臵一 路 MPPT 跟踪 。 在高低起伏的山地电站，同 一 路 MPPT 下 的 25 50 个组串 的 光照强度可能有很大差异 ， 因 此一些输入功率高的组串会受到低功率输入组串的影响，工 作在低功率输入状态。受这种 “ 木桶效应 ” 的影响，系统整 体的转化效率 “ 被迫 ” 降低。 （ 2）为了有效解决组件失配带来的发电损失，集散式 方 案 中每 个 MPPT 智能控

8、制器 含 有 4 路 MPPT， 1MW 方阵包 含 48 路 MPPT， 平 均 4 6 个组 串 一 路 MPPT。 这样的设臵对发 电 量的有至少 2%的提升 ， 在非 平 原地区 ， 发电量提升比例将 会 更 高 。 （ 3）组串式方案中每个逆变器中 含 有 4 路 MPPT，平 均 2 个组串一路 MPPT， 可以最 大 限度的保证组串工作在最大 功 率状态。 终上所述，在转化效率方面，三种方案从优到劣依次为 组串式、集散式、集中式。 产生，必须将弧长拉至足够长度才能将其熄灭 。电缆头接 6 结 论 线时接触不良，电缆绝缘外皮破损都可能会引起电弧产生， 进而留下火灾隐患。从直流汇流箱

9、至集中式逆变器的这段直 流电缆，电压最高可达 800V， 电流高 达 120A 左右，这段电 缆也容易发生火灾的部件之一。 最后 ， 大部分业主采用的逆变器与直流汇 流 箱都是不 同 厂家生产的，且汇流箱至逆变器的 485 通讯线长度较长。这 样就会产生通讯匹配度低，通讯数据部分丢失等问题，从而 导致无法及时发现组串的异常工作，也就无法保证电站长期 安全稳定运行。 （ 2） 与集中式类似 ， 集散式方案中智 能 MPPT 控 制器 依 旧使用了熔丝，同时智能控制器与逆变器的距离通常也较远， 直流电缆长度很长，存在火灾威胁。 （ 3）组串式方案中，光伏组串直接连至逆变器，不需 本文通过对集中式、

10、组串式、集散式三种逆变方案的对 比分析可以发现，无论是在安全稳定性还是转化效率方面， 组串式都要优于其他两种方案，其系统可靠性更高，可以保 证山地光伏电站长期稳定运行。在组件转化效率方面，集散 式要明显优于集中式。 参考文献 1 De s i de r i U, Ca mpa na PE. Ana l y s i s a nd c ompa r i s on be t we e n a c onc e nt r a t i ng s ol a r a nd a phot ovol t a i c powe r pl a nt J . Appl i e d Ene r gy , 2014, 113( 113) ： 422- 433. 2 孙 庆 . 组 串 式 与 集 中 式 光 伏 电 站 安 全 对 比 分 析 J . 太 阳能 , 2015( 8) ： 70- 75. 3 徐颖川 . 集中式与组串式逆变器方案在大型并网光伏电 站中的应用 J . 科技传播 , 2015, 7( 18) ： 52. 162 2016 年 12 月 07