淺析光伏逆變器的技術(shù)發(fā)展路線(xiàn)

在光伏產(chǎn)業(yè)興起之前，逆變器或者逆變技術(shù)主要被應用到了如軌道交通，電源等行業(yè)。當光伏產(chǎn)業(yè)興起之后，光伏逆變器變成了新能源發(fā)電系統中的核心設 備，隨之被大家所熟悉。尤其在歐美發(fā)達國家，由于節能環(huán)保觀(guān)念深入人心，光伏市場(chǎng)開(kāi)展的較早，特別是家用光伏系統發(fā)展迅速，在很多的國家，家用型逆變器已 經(jīng)被當做家用電器在使用，普及率較高。

　　光伏逆變器把光伏組件產(chǎn)生的直流電轉換成交流電后饋入電網(wǎng)，逆變器的性能和可靠性決定著(zhù)發(fā)電的電能質(zhì)量和發(fā)電效益，因此光伏逆變器在整個(gè)光伏發(fā)電系統里處于一個(gè)核心地位。

　　一般而言，從逆變器和電網(wǎng)的關(guān)系來(lái)進(jìn)行分類(lèi)，光伏逆變器會(huì )分為以下幾個(gè)主要的類(lèi)別：并網(wǎng)（Grid-connected）逆變器；離網(wǎng)（Solo）逆變器；雙向（Bi-direction）逆變器；微網(wǎng)（Smart grid）逆變器。

　　其中，并網(wǎng)逆變器在所有類(lèi)別中占據了主要的市場(chǎng)份額，也是所有逆變器技術(shù)發(fā)展的一個(gè)開(kāi)始。相對于其它幾類(lèi)逆變器，并網(wǎng)逆變器從技術(shù)上相對簡(jiǎn)單，重點(diǎn)關(guān) 注光伏輸入和電網(wǎng)輸出，能夠安全、可靠、高效、高質(zhì)量的輸出電能成為了這類(lèi)逆變器重點(diǎn)衡量的技術(shù)指標。在不同國家制定的光伏逆變器并網(wǎng)技術(shù)條件中，以上幾 點(diǎn)成為了標準的共性衡量點(diǎn)，當然細節的參數有所不同。針對并網(wǎng)型逆變器，所有的技術(shù)要求都是圍繞著(zhù)滿(mǎn)足電網(wǎng)對分布式發(fā)電系統的要求展開(kāi)的，更多的要求來(lái)自 于電網(wǎng)對逆變器的要求，即自上而下的要求，如電壓，頻率規格，電能質(zhì)量要求，發(fā)生安全，故障時(shí)候的控制要求。以及如何并網(wǎng)，并入什么電壓等級的電網(wǎng)等等要 求，因此并網(wǎng)型逆變器總歸是要滿(mǎn)足電網(wǎng)的要求即可，它沒(méi)有來(lái)自于發(fā)電系統內部的要求。而且從技術(shù)上而言，非常重要的一點(diǎn)是并網(wǎng)型逆變器是“并網(wǎng)發(fā)電”，即 符合并網(wǎng)條件即發(fā)電，它不承擔電網(wǎng)本身的穩定性，安全性等問(wèn)題，也不涉及到光伏系統內的能源管理問(wèn)題，因此它是簡(jiǎn)單的。就像它產(chǎn)生的電的商業(yè)模式一樣來(lái)的 簡(jiǎn)單。據國外的統計數據，目前已經(jīng)建設并運行的光伏系統中，大約有超過(guò)90%都是光伏并網(wǎng)系統，都采用的是并網(wǎng)逆變器，為了清晰的說(shuō)明以上觀(guān)點(diǎn)，請參考下 面的并網(wǎng)型光伏電站系統圖。

　　圖1 并網(wǎng)型光伏電站系統圖

和并網(wǎng)逆變器相互對立的一類(lèi)逆變器就是離網(wǎng)逆變器。離網(wǎng)型逆變器指的是逆變器輸出不和電網(wǎng)相聯(lián)，而是和負載相聯(lián)，直接帶動(dòng)負載供電。離網(wǎng)逆變器應用 是較少的，主要在一些偏遠地區，不具備并網(wǎng)條件，并網(wǎng)條件差，或者有自發(fā)電，自用電需求的場(chǎng)合下，離網(wǎng)系統強調的是“自發(fā)自用”。離網(wǎng)逆變器由于應用少， 因此在技術(shù)上研究、發(fā)展的都很少。在國際上關(guān)于離網(wǎng)逆變器的技術(shù)條件，標準也很少，這就導致了該類(lèi)逆變器研究，開(kāi)發(fā)的越來(lái)越少，呈現萎縮的態(tài)勢。但離網(wǎng)逆 變器所具有的功能，涉及到的技術(shù)卻并不簡(jiǎn)單，特別是和儲能電池的配合，整個(gè)系統的控制和管理都比并網(wǎng)型逆變器要復雜。應該說(shuō)，由離網(wǎng)逆變器，光伏板，蓄電 池，負載等其它設備組成的系統已經(jīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)系統，唯一一點(diǎn)是該系統不和電網(wǎng)相聯(lián)，是一個(gè)“孤島系統”。

　　事實(shí)上，離網(wǎng)逆變器是雙向逆變器發(fā)展的一個(gè)基礎，雙向逆變器實(shí)際上是綜合了并網(wǎng)逆變器和離網(wǎng)逆變器的技術(shù)特點(diǎn)，應用在局部供電網(wǎng)絡(luò )或者發(fā)電系統和電網(wǎng) 并聯(lián)使用的場(chǎng)合。這類(lèi)應用雖然目前不多，但因為該類(lèi)系統是微電網(wǎng)發(fā)展的雛形，符合未來(lái)分布式發(fā)電的基礎架構和商業(yè)運行模式，因此在技術(shù)上屬于承前啟后的一 個(gè)角色，即在當前并網(wǎng)型應用和未來(lái)局部微電網(wǎng)應用之間的橋梁作用。事實(shí)上，目前在一些光伏發(fā)展較快，較為成熟的國家和市場(chǎng)，以家庭、小型區域為單位的微電 網(wǎng)應用已經(jīng)在開(kāi)始慢慢發(fā)展了。同時(shí)，當地政府鼓勵以家庭為單元發(fā)展局部發(fā)電、儲電、用電的網(wǎng)絡(luò )，以新能源發(fā)電自用優(yōu)先，不足部分取自電網(wǎng)。因此雙向逆變器 需要考慮更多的控制功能和能源管理功能，如蓄電池充放電控制，并網(wǎng)/離網(wǎng)運行策略，負載可靠供電策略等?？偠灾?，雙向逆變器將更多的從整個(gè)系統的角度擔 當重要的控制和管理功能，而不單一的只考慮電網(wǎng)的要求或者負載的要求。

　　作為電網(wǎng)發(fā)展的方向之一，以新能源發(fā)電為核心構建的局部發(fā)電、配電、用電網(wǎng)絡(luò )將是未來(lái)微電網(wǎng)主要發(fā)展的方式之一。在這種模式下，局部微電網(wǎng)將和大電網(wǎng) 形成一種互動(dòng)的關(guān)系，微電網(wǎng)將不再是緊密依靠大電網(wǎng)運行，而更多的以獨立運行的方式，即孤島方式在運行。以滿(mǎn)足區域的安全，可靠用電優(yōu)先，只有在局部電力 富?；蛘咝枰獜耐獠侩娋W(wǎng)取電時(shí)，才形成并網(wǎng)運行的模式。目前，由于各方面的技術(shù)，政策等條件不成熟，微電網(wǎng)并沒(méi)有大規模的得到應用，只有少量的示范項目在 運行，而且這些項目中，以并網(wǎng)運行的模式居多。微網(wǎng)逆變器是結合了雙向逆變器的技術(shù)特征，同時(shí)擔當重要的電網(wǎng)管理功能，是典型的逆變、控制和管理為一體的 綜合控制逆變一體機。它承擔著(zhù)局部能量管理、負荷控制，電池管理，逆變，保護等功能，將和微電網(wǎng)能源管理系統（MGEMS）一起完成對整個(gè)微電網(wǎng)的管理功 能，將是構建微網(wǎng)系統的核心設備。和逆變器技術(shù)發(fā)展中最開(kāi)始的并網(wǎng)逆變器相比，已經(jīng)脫離了單純的逆變功能，而承載了微電網(wǎng)管理和控制的功能，從系統層面關(guān) 注和解決一些問(wèn)題。圖2展示的是我公司合作的微點(diǎn)網(wǎng)項目系統配置圖，該系統具有一定的典型性，是由柴油發(fā)電機擔當基本供電單元，可再生能源發(fā)電作為補充。 由我公司提供儲能型逆變器，提供雙向逆變、變流、電池充放電，微電網(wǎng)管理系統對整個(gè)微電網(wǎng)進(jìn)行管理，接觸器A，B，C都是受控于微電網(wǎng)管理系統，能夠在孤 島運行時(shí)根據電力供應切斷非重要負荷，維持微電網(wǎng)的穩定和重要負荷的安全運行。

　　圖2 一種微電網(wǎng)應用系統

　　目前各逆變器廠(chǎng)商主要供應并網(wǎng)型逆變器，少量的離網(wǎng)逆變器和雙向逆變器，只有極少的國內外大廠(chǎng)商推出了面向微電網(wǎng)應用的微網(wǎng)逆變器。而且這類(lèi)逆變器由 于缺乏相關(guān)的技術(shù)標準，認證標準，還存在著(zhù)各家的產(chǎn)品功能差異大，技術(shù)水平差異大的特點(diǎn)。特別是在家用型微電網(wǎng)產(chǎn)品上，只有歐洲幾個(gè)技術(shù)領(lǐng)先的廠(chǎng)商如德國 的SMA，KACO等有少量的產(chǎn)品，國內廠(chǎng)商還沒(méi)有推出相應的產(chǎn)品。

　　北京昆蘭新能源技術(shù)有限公司在小型家用型、商用型逆變器技術(shù)上處于國內領(lǐng)先的地位，其Sunteams1-5Kw在國際市場(chǎng)上累計銷(xiāo)售了6萬(wàn)多臺，產(chǎn) 品質(zhì)量和性能得到了市場(chǎng)的廣泛驗證和客戶(hù)的高度認可。北京昆蘭已經(jīng)形成了功率等級從1.5kW到1MW的完整的并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品線(xiàn)，正在規劃和研發(fā)面向微電 網(wǎng)應用的儲能雙向逆變器。北京昆蘭繼續領(lǐng)跑?chē)鴥鹊哪孀兤骷夹g(shù)研發(fā)，為國內外的客戶(hù)提供高性能的逆變器產(chǎn)品和高質(zhì)量的服務(wù)，為綠色能源的發(fā)展貢獻更大的力 量！