無(wú)變壓器光伏逆變器構造簡(jiǎn)介

　　在大型光伏系統設計方面，電力集成商和公用電力事業(yè)機構正拋開(kāi)傳統的逆變器設備，轉而開(kāi)始選擇最先進(jìn)的無(wú)變壓器逆變器技術(shù)，以便降低系統的復雜性并最大限度地提高電力傳輸。確實(shí)有必要仔細看看無(wú)變壓器逆變器技術(shù)是如何通過(guò)影響系統設計、效率和系統平衡（BoS）成本來(lái)幫助改變競爭格局的。

　　過(guò)采用可分離的兩極 +600 和 -600 VDC電池組數組實(shí)現直接轉換這項新技術(shù)，無(wú)需在低壓三相電網(wǎng)上配備變壓器。這種配置不僅提高了發(fā)電效率，而且不需要傳統上所要求使用的逆變器變壓器，降低了相關(guān)的系統平衡 （BoS） 成本，還避免了與單極配置有關(guān)的不必要的線(xiàn)路衰減。這項技術(shù)還為電力集成商和公用電力事業(yè)機構的大型商業(yè)或公用安裝項目帶來(lái)了更多好處。例如，通常規模在1到2兆瓦的商業(yè)項目，在連接點(diǎn)位于大樓入口變壓器低壓側要求配有一至八個(gè)逆變器，并且每個(gè)逆變器都要配有單獨的、定制的隔離變壓器——即使變壓器已與逆變器集成。而真正的無(wú)變壓器設計的逆變器才能支持直接的連接，不需要任何其它的變壓器設備和定制修改，而且也不會(huì )產(chǎn)生系統平衡成本。對于那些中壓變壓器連接點(diǎn)在5到12.7千伏之間的公用安裝項目，可將多個(gè)無(wú)變壓器逆變器整合成一個(gè)大小適當的標準中壓變壓器。變壓器可以放在電場(chǎng)的任何位置，以靠近逆變器是最合適的。

　　無(wú)變壓器逆變器技術(shù)和兩極數組配置

　　采用了無(wú)變壓器逆變器技術(shù)的太陽(yáng)能光伏系統在發(fā)電時(shí)，光伏模塊和負載之間不需要任何變壓器——通常為高壓交流電 （HVAC） 設備和商業(yè)熒光照明。盡管一些制造商聲稱(chēng)具備了無(wú)變壓器技術(shù)，但實(shí)際上，他們的產(chǎn)品仍需要在逆變器和負載之間配備一個(gè)隔離變壓器。他們僅僅是將逆變器整合到一個(gè)逆變器箱中或對它們進(jìn)行單獨銷(xiāo)售。真正的無(wú)變壓器逆變器可將電力從逆變器直接轉換并傳輸到所附負載中。這要歸功于采用雙極 ±600 VDC 數組配置。電力集成商和公用電力事業(yè)機構可獲得系統性能改善和系統平衡成本降低的好處：

　　1）更高的效率

　　2）縮小設備和導線(xiàn)規模及數量

　　3）降低材料和安裝施工成本

　　為了說(shuō)明這些優(yōu)勢，讓我們看看這兩種最常見(jiàn)的大型光伏安裝項目的構架，它們分別是美國本地電網(wǎng)的逆變器直接連接項目和并網(wǎng)發(fā)電輸電的公用安裝項目。

　　商用屋頂安裝項目中使用的直接并網(wǎng)光伏逆變器

　　一個(gè)在設施入口處低壓一端擁有連接點(diǎn)的1兆瓦的商用屋頂系統需要1至4個(gè)并網(wǎng)光伏逆變器。采用傳統的逆變器時(shí)，每一個(gè)都必須與一個(gè)單獨的或定制的隔離變壓器相搭配——不論變壓器與逆變器是否集成，情況都是如此。因此，電力供應立即被減弱了，因為隔離變壓器的效率通常只有98%到99%，它們最多可以讓效能下降2%。

　　由于體積龐大而且沉重，傳統逆變器會(huì )限制光伏逆變器系統的設計。采用2個(gè)500千瓦逆變器的系統設計需要在地面上安裝逆變器，因為這種逆變器/變壓器搭配的尺寸和重量較大。即使隔離變壓器可以與逆變器相互分離，由于較低的電壓與較高的電流這種安裝所導致昂貴的導線(xiàn)成本，每一個(gè)逆變器所需要的較低的輸出電壓和多繞組也會(huì )限制相互分離的距離。

　　整合逆變器時(shí)的穩定性問(wèn)題也是需要關(guān)注的。傳統逆變器設計通常采用無(wú)阻尼大三角形過(guò)濾器，當很多設備并行放置或逆變器設置在長(cháng)傳輸在線(xiàn)的時(shí)候，這些過(guò)濾器可能會(huì )導致系統運行的不穩定。而且，如果逆變器被并行放置在同一個(gè)箱子里，每一個(gè)500千瓦

　　逆變器由4個(gè)較小的125千瓦單元驅動(dòng)，那么這種系統就容易受到電氣干擾，而且會(huì )為整個(gè)光伏系統帶來(lái)多個(gè)故障點(diǎn)。

　　相比之下，真正的無(wú)變壓器逆變器直接固定在建筑物的入口處，甚至是固定在一個(gè)尺寸足夠大的配電安裝板上。由于沒(méi)有隔離變壓器，從光伏模塊電源獲得的額外的1%到2%能源效率直接進(jìn)入負載，在功率為500千瓦的時(shí)候，這意味著(zhù)最低免費額外提供了5千瓦的輸出。此外，直接轉變成可用的電壓，而不是較低的單極逆變器交流電壓，而交流電電流降低一半以上，從而降低了交流電一端的電線(xiàn)成本。

　　如果沒(méi)有一個(gè)變壓器，逆變器的尺寸更小，重量更輕，為電力集成商在安裝和整體系統設計方面提供了更大的自由。由于重量的限制和必須的加固措施，在五層樓的建筑物屋頂安裝一個(gè)傳統的逆變器從成本上來(lái)說(shuō)可能會(huì )讓人望而卻步，但是設計人員卻可以讓無(wú)變壓器逆變器安裝在商業(yè)建筑的屋頂上（而不是安裝在地下室），使其直接與五樓的安裝板連接。這樣的設計不僅可以免除昂貴的高達五層樓的直流電布線(xiàn)，而且還能縮短交流電電線(xiàn)的長(cháng)度并降低相關(guān)成本。

　　最后一點(diǎn)，多個(gè)逆變器可以在不用變壓器的情況下并聯(lián)，而電源則可以直接使用，以便實(shí)現穩定的表現。無(wú)變壓器逆變器技術(shù)采用大得多的電源優(yōu)化器 （Line Reactor） 和較小的三角形濾波電容。這些較小的三角形濾波電容器也通過(guò)一種串聯(lián)電阻器進(jìn)行緩沖，從而提高控制系統的穩定性，并且減少并聯(lián)逆變器之間的相互作用。帶有一種單一引擎設計的500千瓦逆變器也能減少零部件數量，從而提高整個(gè)系統的可靠性。

　　圖1.商業(yè)安裝。a）新的雙極系統連接；b）傳統的單極系統連接

　　公用安裝項目中使用的并聯(lián)逆變器

　　同樣的原則也適用于公用規模的安裝項目。然而，大多數公用規模的安裝項目涉及大型接地光伏數組，并配備了許多逆變器，可迅速升壓至中壓（4160至13.8千伏）。此外，傳統逆變器需要一個(gè)單獨的隔離變壓器與各個(gè)逆變器進(jìn)行配對，而這就占到不必要損耗中的多達兩個(gè)效率點(diǎn)。

　　在一個(gè)1兆瓦的模塊中，可將1至4個(gè)傳統逆變器安置在一個(gè)單獨的墊板上，并且每個(gè)逆變器都帶有中壓連接。中壓連接成本很高，執行這項工作的電工人員需要接受更高等級的培訓和認證。需要使用更大的設備墊板或公用機箱。如果電場(chǎng)有一個(gè)追蹤器參與運行，那么就需要單獨的變壓器為這些追蹤器供電。這樣，系統平衡設備、材料和安裝成本便會(huì )迅速增加。

　　傳統逆變器還通過(guò)公用線(xiàn)路自干擾（如各種 VAR 發(fā)電）來(lái)檢測孤島情況。當與許多逆變器并聯(lián)時(shí)，這種干擾就會(huì )在所有逆變器之間產(chǎn)生 VAR拍差頻率，所產(chǎn)生的假脫扣將使電場(chǎng)關(guān)閉。多個(gè)傳統逆變器及它們的大型三角電容器也會(huì )產(chǎn)生不穩定性并吸收大量諧波電流。

　　這些問(wèn)題都可以通過(guò)無(wú)變壓器逆變器技術(shù)來(lái)避免。無(wú)變壓器逆變器可以被并聯(lián)到一個(gè)中壓變壓器的單獨繞組上。每組逆變器僅需要一個(gè)獨立、標準的1000、1500、2000或2500 kVAR 規格的中壓變壓器。這就為站點(diǎn)配置提供了眾多可能性。由于其電流低于傳統逆變器的電流，因此安置逆變器和變壓器的方式還有更多靈活選擇?！　o(wú)變壓器逆變器的尺寸約為傳統逆變器的一半，可直接轉換成更高的電壓，這就減少了所需占地面積、運輸和起重設備成本（加上遞增的設備墊板或公用機箱建造成本）以及連接繞組的大小和數量。此外，一個(gè)連接到無(wú)變壓器逆變器的標準配電板可以在無(wú)需單獨變壓器的情況下向追蹤器供電。由于變壓器減少，系統中的電抗組件隨之減少，從而實(shí)現最穩定的運行狀態(tài)。此外，每個(gè)逆變器均通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行自動(dòng)和獨立尋址，從而消除了一切干擾問(wèn)題。

　　此外，完全被動(dòng)的反孤島技術(shù)（anti-islanding technique）不會(huì )干擾帶 VAR偏差的公用電壓，也不會(huì )在路線(xiàn)上設置其它瞬態(tài)，因此能夠實(shí)現高效、順暢、穩定的電源，這一起都為了相對削減安裝成本。

　　圖2.公用電場(chǎng)連通逆變器。a）全新雙極連接，變壓器數量減少；b）傳統單極連接，每個(gè)逆變器配備一個(gè)變壓器

　　在商業(yè)和公用安裝項目中發(fā)揮新的能力

　　電力集成商和公用電力事業(yè)機構可以通過(guò)將多個(gè)無(wú)變壓器逆變器直接整合到電網(wǎng)或中壓的方式發(fā)揮出新的能力。由此產(chǎn)生的最大發(fā)電量和高功效收益將繼續推動(dòng)太陽(yáng)能光伏發(fā)電和替代性能源成為主流。同時(shí)，新型光伏系統設計實(shí)現了前所未有的靈活性和成本節省，對電力集成商和公用電力事業(yè)機構產(chǎn)生了意義深遠的廣泛影響。目前，許多機構都紛紛采用了無(wú)變壓器的逆變器技術(shù)，這種新的配置正在改變著(zhù)行業(yè)面貌。

　　結語(yǔ)

　　通過(guò)利用無(wú)變壓器的逆變器技術(shù)，電力集成商和公用電力事業(yè)機構能夠降低光伏系統的復雜性并最大限度地提高電力傳輸，無(wú)論是在商業(yè)安裝項目中直接接入電網(wǎng)，還是在公用安裝項目中接入中壓。此外，無(wú)變壓器逆變器技術(shù)可縮小光伏系統安裝規模，并降低系統平衡成本，從而扭轉了發(fā)展趨勢。新趨勢強調平準化發(fā)電成本 （LCOE），本文討論的新一代無(wú)變壓器逆變器能夠大幅降低 LCOE，而這些只需提供直接的轉換即可實(shí)現——這是一個(gè)值得在未來(lái)探討的議題。