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逆变器：组串式VS集中式 孰优孰劣？
近年来组串式逆变器也开始应用在5MW以上的大型地面电站中，这引起了太阳能业界对这两个应用方案的争论，那么，组串式方案与集中式方案到底哪个更好呢？它们各自的优势是什么？
　　二、关于大型地面电站对设备功能的要求：　　（1）零电压穿越保护的问题　　根据GB/T中对低电压穿越故障的要求，必须具备零电压穿越能力，要求逆变器能够在电网电压跌至0时，保持0.15s并网运行，当电压跌至曲线1以下，允许逆变器从电网中切出。　　站的零电压穿越能力要求:　　组串式逆变器的劣势：组网方式限制&&其逆变器间无高频载波同步，无法解决逆变器间的并联环流问题；距离箱变远端的逆变器线路阻抗较大；多机并联模式&&多台逆变器在电网电业跌落时会无法统一输出电压及电流的相位。　　集中式并网逆变器：均可通过实验室和现场的低电压穿越测试。　　（2）防孤岛保护　　孤岛效应：是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。GB/T标准要求电站具有防孤岛保护设备，通常情况下逆变器采用主动+被动双重防孤岛保护，以保障在任何情况下逆变器能可靠地断开与电网的连接。主动保护通常采用向电网注入很小的干扰信号，通过检测回馈信号判断是否失电，而被动保护通常采用检测输出电压、频率和相位的方式来判定孤岛状态的发生。　　组串式逆变器：交流侧直接并联，因主动保护而采用注入失真信号的方式无法应用在多机并联的系统中，无法执行孤岛保护中的主动保护。　　&&应用风险：产生谐振孤岛将会对线路检修人员造成安全威胁，对用电设备造成损害，严重影响电站的运行安全等等。　　集中式逆变器：交流输出无需汇流，直接接入双分裂绕组变压器，同时执行主动和被主动孤岛保护。　　（3）支持电网调度　　两者共同点：均采用RS485作为通讯接口，回应速度均相应较慢。　　组串式逆变器：每兆瓦需对40台逆变器调度，不利于电站的远端调度管理；　　集中式逆变器：每兆瓦仅对2台逆变器调度，较为方便。　　（4）PID效应抑制策略　　目前公认的最为可靠抑制PID效应的解决方法：逆变器负极接地　　组串式逆变器：采用虚拟负极接地电路的方式来抑制PID效应，如虚拟电路发生故障组串式逆变器则无法保障对PID效应抑制，远比实体负极接地可靠性差。　　集中式逆变器：采用绝缘阻抗监测+GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter，由分断器件和传感器组成）方案，即逆变器即时监测PV+对地阻抗。当PV+对地阻抗低于阈值的时候，逆变器就会立刻报警停机。
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> 光伏逆变器并网问题详解
光伏逆变器并网问题详解
　　摘要：目前光伏、风电等新能源势头正足，乘坐着国家政策的顺风车一路高歌猛进，造就了一番百家争鸣的景象，甚至有人高喊新能源时代就要到来……可是冷静下来细想，光伏、风电这些新能源的发电量确实可观，但是它是否可以直接并入电网?并入电网之前或之后又有什么问题需要解决呢?本文引用地址：　　&&
&　　在文章开始小编先回答上面的问题：必须可以!现在国家推广新能源都到了“丧心病狂”的地步了，国家电网一直以来对新能源的公开态度就是八个字：“全额收购，优先调度”，妥妥的。　　但是话又说回来，是不是只要是新能源发的电就可以直接并入电网呢，那必然不是了，在并网前和并网后都有很多问题需要解决，需要提前告诉大家的是，那些小问题，可以解决的问题这里一概不提，比如哪条线路过了，哪台逆变器超额超限了等等，统统可以当成是国家电网给新能源的福利。　　这里仅说些目前不能很好解决的问题。在开始之前先科普一下知识：新能源并网现在主要分为两类：1.大规模集中式并网;2.分布式并网。　　1.什么是集中式并网?　　集中式并网就是充分利用荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷，相当于一个大型发电站。　　&&
&　　2.什么是分布式并网?　　主要基于建筑物表面，就近解决用户的用电问题，通过并网实现供电差额的补偿与外送，这种光伏电源处于用户侧，发电供给当地负荷，视作负载，可以有效减少对电网供电的依赖，减少线路损耗。　　&&
&　　我们还可以看看我国从2015年到2020年的太阳能发电的发展规划。可以看出集中式并网和分布式并网将来的发展趋势，还是非常可观的!由于分布式并网将来与我们的生活更加接近，所以本文主要针对分布式并网进行问题分析。　　&&
&　　分布式发电系统存在什么问题?　　一.谐波问题　　分布式发电系统主要是通过直接并网，这样的直接并网操作容易产生许多问题，比如：　　1.谐波、三相不平衡等问题;　　2.输出功率的随机性易造成电网电压波动、闪变;　　3.分布式发电系统直接在用户侧接入电网，电能质量问题将直接影响用户的电器设备安全。　　&&
&　　这些问题在新能源发达的德国早就遇到了，在没有发布整改措施前，由于的肆意并网，导致电网谐波含量超标，对居民的用电器造成了巨大影响。这也是为什么德国要发布最新的谐波测试标准VDE-AR-N4105(如上图)来限制直接并网了，该标准规定新能源逆变器并网之前一共需要测试178次谐波的数值，然后通过数值来判断是否超标，一旦发现超标绝对不允许并网。　　二.无功和电压问题　　集中供电的配电网一般呈辐射状。稳态运行状态下，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。接入光伏逆变器后，由于馈线上的传输功率减少，使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高，可能导致一些负荷节点电压偏移超标，其电压被抬高多少与接入光伏逆变器的位置及总容量大小密切相关。　　&&
&　　试想一下，在午间阳光充足时，光伏逆变器发电量通常较大，若线路轻载，光伏逆变器将明显抬高接入点的电压。如果接入点是在馈电线路的末端，接入点的电压很可能会越过上限，这时就必须合理设置光伏逆变器的运行方式。　　又比如，由于光伏逆变器发电量随入射的太阳辐照度而变，可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变，若跟负荷改变叠加在一起，将会引起更大的电压波动和闪变。　　&&
&　　三.孤岛问题　　孤岛效应是指当电网供电因故障或停电维修等情况发生电压异常而跳脱时，各个用户端的并网逆变器发电系统却未能即时检测出停电状态而将自身从市电网络切离，于是形成由光伏并网逆变发电系统和周围的负载组成的一个自给供电的孤岛状况。　　&&
&　　孤岛带来危害就很多了，比如：　　1、危及电网输电线路上维修人员的安全;　　2、影响传输电能质量，导致供电电压与频率不稳定;　　3、供电恢复时产生浪涌电流，烧毁供电设备与光伏逆变系统。　　对用户来说，供电的中断却给用户带来不便;对发电商来说，利益受到损害;对电网来说，如果分布式光伏逆变器在孤岛状态下退出，当电网重合成功或故障消除后恢复供电，原来由光伏逆变器提供电能的用户全部由电网供电，加重了电网的负担，在某些情况下可能造成电网的不稳定。　　&&
&　　除了上面提到的三点，还有很多，比如低电压穿越问题，谐振问题等。所以新能源的全面发展是任重而道远的任务，现在还远远达不到普及的目的。国内致远电子不断努力研发新技术，研发出一系列优秀的仪器去帮助国家推动新能源的发展做出一点点贡献。如功率分析仪，它可以针对光伏逆变器做一系列的测试，谐波，低电压穿越，防孤岛测试等等，可以助新能源行业的用户更好的解决并网问题。
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【胡博讲光伏】集中式逆变器已在江湖很多年
1.&&风流总被风吹雨打去&&20世纪末欧美开始启动光伏产业，起初主要专注集中式光伏并网发电系统和集中式光伏逆变器，大约20年前由国外传入国内，构成国内集中式逆变器三巨头，如图1所示：合肥工大光伏所、中科院电工所及光伏黄埔军校---咱们可敬可爱的艾默生。套用流行的武功流派，合肥工大光伏所就象华山派的乾坤大挪移，作为国内高校第一所光伏发电研究机构，一直紧密跟踪国外集中式光伏逆变器的最新发展趋势，诞生出国内光伏逆变器的上市龙头企业阳光电源，还有南京冠亚、安徽颐和；中科院电工所则神似姑苏慕容氏，按道理名门世家、贵为帝胄，应该早就练就降龙十八掌，但多年来主要研究轻功，产生了科诺、能高等企业；而艾默生光伏好比全真教的天罡北斗阵，积极贡献外企长期的技术积累、产品优势及大团队运作方式，敞开胸怀向各大门徒开放本门的武功秘籍，孵化出众多电力电子专业公司，如汇川、禾望、盛弘等。图1国内集中式逆变器企业历史溯源&站在巨人肩膀上摘苹果更容易，所以诞生出很多新生力量，如华为技术、上能电气、特变西科、茂硕电气等。更多的传统企业转型做起了组串式逆变器，甚至有的做了EPC或者干脆退出光伏行业。风流总被风吹雨打去，一代新人换旧人，不胜唏嘘。无论怎样，这些企业都在光伏逆变器历史上留下了痕迹，让咱们记住这些企业吧，如图2所示。图2全球主要集中式逆变器企业2.&集中式光伏并网发电系统&大型荒漠地面太阳能光伏电站一般采用集中式光伏并网发电系统，如图3所示，主要由太阳能光伏电池组件、直流汇流箱、交直流配电柜、光伏逆变器、升压变压器组成，从而构成1MW光伏发电系统，可以方便实现10kV/35kV中压并网。集中式光伏并网发电系统中除了交直流功率流外，还有监控系统组成的信号流。图3集中式光伏并网发电系统多个光伏组件串联构成光伏组串，再由多个光伏组串并联构成光伏阵列，从而得到较高的直流电压与直流功率，多个光伏阵列进入直流汇流箱进行汇流，再由多个直流汇流箱进入直流配电柜，一般两台直流配电柜共用一台集中式逆变器，同时两台集中式逆变器共用一个升压变压器后实现并网发电，如图4所示。集中式是第一代光伏发电架构，一般只具有单路MPPT，从而MW系统就有两路MPPT。图4集中式光伏并网发电示意图3.&那些年屹立江湖的集中式逆变器&集中式逆变器出现江湖已接近20年，最近10年来各种技术方案风起云涌、各派高手纷纷出场，有主打交直流配电高度集成的、有猛攻更小体积提高功率密度的、也有想破脑壳如何做到防水防尘同时改进散热性能的。但是万变不离其宗，后浪们不能忘记了如下集中式逆变器的开创者或中坚力量。1&少林派---SMA SC500TL少林寺有天下第一的内功——易筋经和外功——少林七十二绝技，少林寺在鼎盛时有僧众上千人，可以说是人多势众，何况少林寺自古就被称为中原武林的领袖，而且寺内人才辈出，像金庸武侠中正式出场的第一高手——《天龙八部》中的无名扫地老僧就出在少林寺，因此把少林寺排名第一无可厚非。而在集中式逆变器行业，来自光伏发源地德国的SMA是当之无愧的开山鼻组少林派。曾记得当年在我厂孜孜不倦攻读的情形，那些激情燃烧的岁月深入研习SMA的各种文章，甚至连每年新出的产品手册也不放过，从而懂得了为什么软件控制不好时MPPT的爬山法反而不如恒定电压法、散热方案的改进与优化大有讲究、怎样实现电网调度的无功补偿等。曾记得多少个日夜与兄弟们研究SMA的CP系列集中式逆变器如何做到IP65等级，布局、配电方面借鉴学习的地方实在太多，如图5所示。SMA是逆变器人当之无愧的启蒙老师，尤其是中国的工程师，谢谢您老师！但是老师多年来太过追求小富即安，除了H5以外拓扑创新较少了。图5 SMA 500kW集中式逆变器2&武当派---Power-One（ABB）AURORA500武当和少林齐名，和少林并称武林中的泰山北斗，因此武当派的排名肯定靠前。也许有人会问：“既然武当和少林齐名，和少林并称武林中的泰山北斗，那为什么不把武当排名第一呢？”这是因为逍遥派，丐帮和大理段氏这三大门派实在太强，确实在武当之上，而且武当派在出场时，大理段氏都已经不复存在，丐帮也已经衰退，因此才让武当派抢了名头。还记得2011年在我厂研发集中式逆变器那段岁月，当时我们系统与设计团队没有看上太过传统的两电平拓扑技术，某天看到Power-One的AURORA时眼前不由一亮，这个就是我们想学习的对象啊，见图6所示。这款500kW集中式逆变器在业界第一个使用I型三电平技术方案，当时还没有600A的I3 IGBT功率模块，可是天才的Power-One研发团队竟然采用了传统650V的IGBT功率模块自行搭建构成了三电平方案，当时我们做了详细的白盒测试，由于精细的环路布局，IGBT模块的电压尖峰并不高。除此之外，AURORA500还有另一个创新，就是使用两个250kW大模块并联，后来我厂部分借鉴了这种前沿技术的架构方案。在这里向Power-One的意大利初始研发团队致敬！可惜后来Power-One命运多舛，卖给了美国投资公司、现在又在芬兰重新继续研发。技术与产品其实是有灵魂的，相信Power-One在ABB这棵大树下会继续雄起！图6 Power-One 500kW集中式逆变器3&丐帮---Satcon PVS-500丐帮在鼎盛时有数十万帮众，乃是江湖上人数最多的门派，而且丐帮有两大武功绝技——降龙十八掌和打狗棒法。称Satcon PVS-500为丐帮流派主要基于这款产品实在是真才实料，内功修炼得炉火纯青，反正当时空地多也不在乎占地面积大，如图7所示。印象很深的是3年前参观江苏盐城大丰电站，全部一色使用PVS-500，运行超过8年虽说外观有点锈迹，但还是老当益壮发光发热，据现场运维人员讲很少发生故障。打开机柜看过所有配电器件都出自名门，不象国内产品大部分使用棒子的。Satcon早已不在江湖，可江湖却流传着哥的传说！向Satcon的Solstice系列致敬，当年他们在全球第一个提出了集散式逆变器的创新方案，当时由于价格太高从而实际推广难度巨大，可惜他们没看到在中国大型电站市场集散式逆变器崭露头角的这一天，惜哉！图7 Satcon 500kW集中式逆变器4&全真教---艾默生SSL500全真教出了王重阳和周伯通这两位绝世高手，而且全真教还曾先后教过郭靖和杨过两位大侠武功，全真教的“天罡北斗阵”威力巨大，就连东邪西毒这样的一流高手都对其忌惮三分，可见全真教的武功非凡。把艾默生SSL500比作全真教是因为内在含义相似，业界第一个50kW逆变模块架构如同当年全真七子独步江湖，并且王重阳和周伯通带出的全真七子个个获得真传、都能开山立派，象极了如今国内逆变器企业同宗同源、而又能百花齐放。SSL500的构思精巧，10个50kW逆变模块组成500kW集中式逆变器，如图8所示，实现较高效率的同时，通过智能休眠提高弱光发电量。只是这个技术来自于艾默生模块式UPS架构，应用于光伏发电时有些技术细节还需要进一步提高，后续艾默生推出的CT系列同样一脉相承，只是逆变模块的功率更大、横插变为了竖插。图8艾默生500kW集中式逆变器5&华山派---xx电源500kW逆变器华山派出了风清扬和令狐冲两位绝世高手，风清扬和令狐冲的绝技都是独孤九剑，华山派拥有两个绝世神功:独孤九剑和乾坤大挪移，虽然独孤九剑的创始人并不属于华山派，不过独孤九剑却也只有在风清扬和令狐冲手上才得以流传，倒也勉强算是华山派的武功。如同xx电源的500kW集中式逆变器虽然源自SMA，但出货量反而超越开山鼻祖如今已经占据到全球第一。xx电源作为国内光伏逆变器的第一家上市公司，技术积累与研发力量雄厚，这款产品一直也是业界的标杆，也是当年学习的对象，如图9所示。一直追求更高的功率密度及更好的集装箱散热性能，同时不断改进水面光伏等特殊场合的适应性，并且产品每年持续迭代优化，越来越适用于国内大型光伏电站。图9 xx电源500kW集中式逆变器6&日月神教---xx技术500kW逆变器日月神教出了东方不败和任我行两位绝世高手，其葵花宝典神功和吸星大法更是厉害无比，虽然葵花宝典神功的创始人不属于日月神教，但是这门神功却只有在东方不败手上发扬光大，因此可以算是日月神教的武功。xx技术当年组建光伏逆变器研发团队时，充分采用吸星大法而大量吸收了电力电子业内技术精英。通过技术与产品的多轮架构研讨、软硬件技术细节的闭关打怪、及各大专业团队的分工合作，再经太上老君炼丹炉的千锤百炼，最终获得了日月精华、练就了葵花宝典。比如第一款500kW集中式逆变器，一经推出立即夺人眼球，如图10所示，当时引得业内友商竟相现场拆机分析。这是业内第一个三机柜大模块式系统架构，第一个大功率T型三电平拓扑结构，第一个实现了直流风扇无级调速，同时电控单板插拔式安装维护，集成化配电单元等等，这些独特亮点至今仍然是集中式逆变器企业的借鉴对象和学习楷模。我厂在通信行业坚持长期艰苦奋斗、一直擅长高举高打，事实证明技术 资本是致胜的王道。例如这个重金投向的逆变器业务，有了高层领导的大力支持，重量级配备资源、资金和人员就不是问题，所以xx技术逆变器的成功不是偶然。图10 xx技术500kW集中式逆变器7&逍遥派---茂硕电气SC500KTL逍遥派的神奇武功非常多，像北冥神功，天山六阳掌，小无相功等等绝世神功。而且除了武功之外，逍遥派对琴棋书画，诗词歌赋，医药毒药，星相占卜，奇门遁甲等等也都十分在行。茂硕电气自成立之初，就定下“科技创新能源”的发展方向，以产品差异化为市场卖点，短短两年多时间就已完成全系列产品的量产，并已拥有20多项国内外专利，从而把多种烂熟于心的武功秘籍成功应用于多个系列光伏逆变器中。比如这款大功率SC500KTL集成了直流配电柜功能，内部采用了大功率单元架构，同时做到了更小的体积，实现了靠墙安装、前维护，如图11所示。这款逆变器采用了自主知识产权的耦合电感多电平技术，使用成熟可靠的IGBT模块及自主设计的驱动电路。这种新型技术最大的特点是输出滤波电感使用了耦合电感结构，一方面降低了输出电流谐波，另一方面减小了输出滤波电感的体积与尺寸，从而提高了逆变器性能及降低了电感成本。茂硕电气作为一家专注新能源技术的国家高新技术企业，始终坚持以用户为中心、以“不断提升发电收益”为导向、以“更稳定的逆变器”为根本、以“拓扑创新与智能控制”为两个基本点、以成为光伏电控的“苹果和特斯拉”为目标，长期构建光伏发电的“智能硬件”研发平台及制造体系。茂硕电气在成功推出面向光伏扶贫市场的SF3/5KTL金钻系列、及面向中大型分布式光伏电站的SF50/60KTL金刚系列的基础上，2017年将向分布式市场推出发电量更高、度电成本（LCOE）更低的差异化产品，如“发电神器”技术和“日光宝盒”产品，相信会再一次让光伏用户兴奋得眼前一亮。图11茂硕500kW集中式逆变器4.&&&廉颇老矣尚有余热&&&伴随着主流光伏并网发电系统的兴起和发展，集中式逆变器已诞生20年，技术成熟可靠、应用案例较多，最大的优点是初装成本低。同时大部分EPC、设计院、施工企业都熟悉这种系统结构，从而供应链、设计与施工成本较低。但是，集中式逆变器这个廉颇毕竟已日渐衰老，需要做进一步的优化改进才能更好地发挥余热。就象xx电源提出的概念，要因地制宜选用逆变器。当前国内市场过度追求低初装成本而不重视LCOE的情况下，在没有坡度的平坦地面、或角度一致的大型厂房屋顶中仍然可以使用集中式逆变器，只是存在一定的发电量损失。而朝向不同的分布式屋顶或地势起伏的山地电站中，由于逆变器的MPPT路数较少会极大降低发电量。更关键的是这种系统存在大量的组件串联、组串并联，不可避免存在“木桶效应”，这个缺陷一方面造成光伏组件的热斑问题，影响了系统长期工作的稳定性和安全性；更为严重的是“木桶效应”导致失配损耗，进一步降低了光伏电站的长期发电收益。近两年1500Vdc系统俨然成了“新概念”，主流组件、逆变器企业号称都有产品，但无他耳，无非进一步增加了组件串联数量，提高组串电压以降低线损、有可能降低初装成本而已。其实这种技术并没有炼就葵花宝典，可别闭门狂练走火入魔也，要知道1500Vdc系统的“木桶效应”比传统集中式更加严重，比集中式还要集中式。当年Satcon首次提出的Solstice集散式逆变器技术部分改进了“组串并联”失配损耗，虽然当前国内有几家企业已在跟进这种方案，如x望、x车、上x、茂硕电气等，但还是未能根本性消除组件串联的“木桶效应”。因此，集中式光伏并网发电系统急需彻底解决“木桶效应”的创新技术，以降低度电成本、持续提升光伏发电收益。现在风起云涌的光伏领跑者基地都是建在荒山荒坡荒地、或采煤沉陷区、及滩涂水面等，绝大部分采用了集中式技术方案，虽然初装成本够低，但是25年发电收益需要更多人为措施来保证，这些将不可避免增加后期运维成本、降低发电收益。过去火力发电一般运行5年就需要更换、淘汰过时的技术和发电机组，希望光伏领跑者项目不会重蹈覆辙、真正起到“领跑者”这个词所对应的技术和收益领先意义。 &&长江后浪推前浪，前浪拍在沙滩上，这是历史规律。集中式最好还是逐渐归隐江湖、退居幕后，毕竟立派已久功底还在、未来可广收门徒，再由门徒来发展创新技术吧。动动手 - 关注“胡博讲光伏” &&关注更多行业技术、政策资讯 &&第一步
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● 直流汇流箱故障率较高，影响整个系统。
● 集中式逆变器MPPT 电压范围窄，一般为450-820V ，组件配置不灵活。在阴
雨天，雾气多的部区，发电时间短。
● 逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。
● 逆变器自身耗电以及机房通风散热耗电，系统维护相对复杂。
● 集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功
率跟踪功能（MPPT ）不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率。
● 集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发
（2）组串式逆变器适用于中小型屋顶光伏发电系统，小型地面电站。 主要优势有：
● 组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最
大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度增加了发电量。
● 组串式逆变器MPPT 电压范围宽，一般为250-800V ，组件配置更为灵活。在
阴雨天，雾气多的部区，发电时间长。
● 组串式并网逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，不需要专业
工具和设备，也不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。
主要缺点有：
● 电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一块板上，设计和制造的难度大，
可靠性稍差。
● 功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。户外型安装，风吹日晒很容易导
致外壳和散热片老化。
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