禾望集散式智能光伏并网解决方案——向用户提供性价比最优的光伏并网系统

人类早已意识到化石能源日益枯竭的问题，所以加快了对可再生能源利用的脚步。这几年全球的光伏电站如雨后春笋般崛起，呈爆炸性增长。而逆变器作为光伏电站中电流变换（DC->AC）的关键设备，除了稳定性，其转换效率也受到了高度关注。而现在普遍逆变器厂家的逆变器转换效率已经做得很高了，由于电子器件的限制，逆变器的转换效率想再往上提高已经变得非常困难，那么，能否换一种思路，在解决方案上提升电站的效率？禾望集散式智能逆变系统正解决了这一难题。

一、传统方案的局限 — 单路MPPT，传输电压低

电站采用传统方案，一般是以1MW为一个发电单元，即1MW功率的光伏组件，经过汇流，连接到2台500kW功率的逆变器，最后接1台1000kVA的箱式变压器升压，把电能送到升压站并入电网。


传统方案存在着一定的局限性。

1、传统的500kW逆变器只有1路或2路MPPT，易受现场各种复杂情况的影响，导致MPPT跟踪曲线出现多个波峰，逆变器工作在哪个波峰的电压下都会造成发电量的损失。

阴影遮挡便是其中一个范例。因为光伏组件在地面大面积的铺开，难免会受到天空云朵的遮挡形成阴影，而这一遮挡造成在此发电单元的逆变器跟踪的MPPT曲线不能真正跟踪到光伏组件的最大功率点电压，从而使得光伏组件无法最大程度地出力发电，造成发电损失（美国能源局实验结果显示：3%的阴影遮挡都可能导致25%的发电效率损失）。

地形复杂的电站项目，如在西南的云南等地，光伏电站项目地点多为山地，1MW发电单元所布置的光伏组件其朝向、倾角等很可能参差不齐，这时也会由于单路MPPT跟踪导致光伏组件发力不全。

电站使用光伏组件特性不一样，单路MPPT也会由于组件失配导致发电量损失。

2、传统的500kW逆变器的输出电压一般270Vac/315Vac。众所周知，低压传输会产生较大的线损，如果直接提高输出电压，则会导致新的问题，即：逆变过程中，输入电压和输出电压存在着一定的倍数关系，输出电压提高则会直接导致MPPT的范围缩窄，导致发电量损失。

二、方案简介 

禾望集散式智能光伏并网解决方案是将逆变器、光伏控制器、监控系统集于一体的整体光伏并网解决方案，可实现节省系统初始投资，提高系统发电效率，增加投资回报率的多重目的。


集散式智能光伏并网解决方案有效结合了传统集中式大机及组串式小机两种方案的优势，具有独特设计理念：

（1）多路MPPT；

（2）提升交直流侧端口电压，降低传输损耗；

（3）实现集中逆变并网。

多路MPPT：禾望集散式智能光伏并网解决方案，将传统集中式逆变器单路MPPT分散至其前端的光伏控制器，实现每2~4路PV组串对应1路MPPT，模块化设计，独立跟踪，高精度、高可靠，从而降低遮挡、灰尘、组串失配的影响，提高系统发电量2%。详见表1：

表1：传统集中式方案与禾望集散式方案MPPT对比



提升交直流侧端口电压，降低传输损耗：集散式方案逆变器输入输出电压均实现提升，交流输出侧，从传统的270/315V提高到520V，直流输入侧，由传统的400~800V波动电压提高到稳定的820V。因此在同等运行条件下，集散式方案对应的传输损耗比集中式的大幅下降。

另外，就逆变器自身损耗而言，集散式方案1MW逆变器的输出电流与传统集中式的500kW逆变器近似，其损耗也与一台传统500kW逆变器近似。从而总体1MW逆变器的损耗大幅下降，对比详见表2：

表2：传统集中式方案与禾望集散式方案损耗对比




注：损耗对比以传统方案作为参照。

小结：相比传统集中式方案，集散式方案在交直流电缆传输损耗、逆变器发热损耗环节降低了1%以上。

实现集中逆变并网：除了对初始投资和发电量的关注，随着电站存量规模的增加，光伏电站对电网的影响越来越大，如何较好的适应电网、满足电网的调度、夜间无功补偿、减小谐波污染、实现低（零）电压穿越等也是需要充分考虑的，禾望集散式智能光伏系统采用单机容量1MW逆变器实现集中逆变并网，完全满足电网相关要求，实现电网友好性目标。



结论：综合上述分析，集散式方案通过系统优化及合理的软硬件设计，可提高系统整体发电效率3%，约合每年多发5万度/MW。

三、方案技术优势与价值

相比传统集中式的光伏电站，禾望集散式智能光伏方案具有减少系统投资，提高系统发电量等一系列优势，具体表现在以下几个方面：

1、减少系统投资

集散式方案从整个光伏系统的角度，通过合理设计，相比传统集中式方案，从直流电缆至35kV箱变及土建等环节均实现了节省投资的目的。

表3：传统集中式方案与禾望集散式方案系统投资对比



另外，集散式方案可提高发电量3%，在同等发电量的情况下，集散式比集中式节省系统投资0.24元/W（此处按照电站目前EPC造价8元/W计算）。即同等发电量情况下初始投资更低。

小结：相比集中式方案，集散式方案在箱变、交直流电缆及土建方面的初始投资成本，可节省5~7万元/MW.

2、高投资回报率

采用集散式方案，相比传统集中式方案，可显著增加电站运行收益，从而大大提高投资回报率（下图以50MW电站为例分析）。即实现高效率=高投资回报率的目的。



小结：相比传统集中式方案，集散式方案具有更高的投资回报率。

3、高智能易维护

集散式方案采用更强的处理器，增加动态MPPT学习与优化功能， PV组件短路、开路和衰减预报功能，以及内部电弧检测功能，更易进行故障精确定位和维护。同时采用模块化、归一化设计理念，从而实现电站的智能化检测，达到易于安装维护的目的。



4、高可靠性

具有专利技术的逆变器防尘设计，采用离心风机，通过独立风道将逆变器热量带走，并对IGBT功率驱动等核心部件进行单独防尘设计。另外，直流母线电容采用纯薄膜电容，完全满足25年设计使用寿命要求。

5、良好的电网适应性

优化的控制算法，确保逆变器在谐波、三相不平衡、多机并联谐振等均满足电网要求，同时满足电网无功调度、零电压穿越等并网要求。

6、防PID效应。

具有专利技术的防PID效应，极大地降低PV组件因PID问题带来的发电效率衰减，从而提高系统发电量。

7、环境友好性。

光伏控制器无风扇，纯薄膜电容设计，IP65防护等级，满足环境友好性要求。

结论：禾望集散式智能光伏并网方案通过提升系统交直流端口电压、降低线损等传输损耗、采用多路MPPT技术，减小组件各种失配损失，提高发电量3%对应每MW给客户每年多收益5万元，同时在箱变、交直流电缆及土建方面每MW为客户节省初始投资5~7万元，最终为用户提供性价比最优的光伏并网解决方案。