戶(hù)用型光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)發(fā)展新特點(diǎn)

　　光伏并網(wǎng)逆變器按照應用場(chǎng)合的不同通常分為戶(hù)用型，商用型和電站型等幾大類(lèi)。其中戶(hù)用型和商用型通常是用于光伏建筑BIPV， BAPV或者屋頂電站等光伏系統中，具有相近的使用場(chǎng)景和共通的技術(shù)特點(diǎn)，因此通常歸為一類(lèi)，稱(chēng)為戶(hù)用型或組串型并網(wǎng)逆變器，以區別于大型電站型或者集中型逆變器。戶(hù)用型光伏并網(wǎng)逆變器輸出的功率等級范圍通常為1kw~30kw或者幾十千瓦以下，這類(lèi)的逆變器通常要滿(mǎn)足以下幾個(gè)要求：

　　● 單相或三相低/中壓并網(wǎng)

　　● 無(wú)變壓器設計，大于96%的轉換效率

　　● 壁掛式安裝，IP65防護等級，滿(mǎn)足戶(hù)外使用條件

　　● 整機輕便，顯示界面友好，造型美觀(guān)等

　　以上這些基本要求實(shí)際上滿(mǎn)足了最終用戶(hù)、系統集成商、安裝商等各方面需求主體要求光伏系統或者光伏變器能夠產(chǎn)生更多的電力，能夠安全可靠的并網(wǎng)運行，方便安裝、維護、系統的監控和電費的計量等多方面的訴求。圖1為戶(hù)用型系統的應用場(chǎng)景

　　圖1 住宅型光伏系統應用場(chǎng)景

　　在光伏市場(chǎng)的發(fā)展中，最早開(kāi)始的是國外的戶(hù)用型系統。在歐洲，澳大利亞等光伏市場(chǎng)發(fā)展較早和較快的國家，政府較早的出臺了相應的補貼政策，相關(guān)的機構出臺了并網(wǎng)技術(shù)規范和標準，在這些政策和標準的鼓勵推動(dòng)下，這些國家的戶(hù)用型光伏市場(chǎng)啟動(dòng)和發(fā)展的很快。光伏逆變器受到來(lái)自?xún)煞矫娴男枨蠛图s束，一方面是來(lái)自用戶(hù)，無(wú)論是直接用戶(hù)還是間接用戶(hù)對逆變器廠(chǎng)商提出的產(chǎn)品功能和性能的需求，另一方面并網(wǎng)逆變器要應對入網(wǎng)國家的相關(guān)技術(shù)標準和規范，滿(mǎn)足產(chǎn)品認證的要求，以適應并網(wǎng)區域或者國家的電網(wǎng)要求。光伏市場(chǎng)在這些國家發(fā)展的速度很快，因此來(lái)自以上兩個(gè)方面的要求變化也很快，推動(dòng)了逆變器技術(shù)、產(chǎn)品的創(chuàng )新以及更新?lián)Q代。本文將全面總結和分析最近出現的針對戶(hù)用型并網(wǎng)逆變器在技術(shù)、產(chǎn)品功能等方面出現的一些新的特點(diǎn)和要求

　　● 能夠接收來(lái)自電網(wǎng)的指令，進(jìn)行并網(wǎng)電氣參數的調整

　　在2012年德國最新頒布的逆變器并入低壓電網(wǎng)的《VDE-AR-N 4105》標準中，有兩個(gè)重要的技術(shù)要求，第一是明確要求由電網(wǎng)管理者降低有功，其要點(diǎn)如下：

　　◆ 出于安全考慮：電網(wǎng)過(guò)載。

　　◆電網(wǎng)管理者能過(guò)遠程降低有功功率。

　　◆逆變器需在技術(shù)能以小于10%Pn的步長(cháng)降有功。

　　◆ 通常的功率降低水平是100%，，60%，，30%，0%

　　◆響應時(shí)間1分鐘以?xún)取?/P>

　　另一項是關(guān)于無(wú)功功率控制的新要求，具體要求如下：

　　◆ 系統最大總視在功率ΣSmax≤3.68KVA，不需無(wú)功可調，功率因數范圍是±0.95。

　　◆系統最大總視在功率3.68KVA《 ΣSmax ≤13.8KVA，在±0.95范圍內按電網(wǎng)管理者提供特征曲線(xiàn)運行。

　　◆ 系統最大總視在功率13.8KVA《 ΣSmax ，在±0.90范圍內按電網(wǎng)管理者提供特征曲線(xiàn)運行。

　　以上描述的VDE4105標準明確要求對無(wú)功，有功功率進(jìn)行調節和控制，同時(shí)提出了調節的方式，這些對逆變器廠(chǎng)商，系統提供商和其它的配套產(chǎn)品提供商都提出了新的要求，特別是逆變器。為了滿(mǎn)足新的標準，低壓并網(wǎng)型逆變器必須在技術(shù)上做升級，這些升級包含幾個(gè)方面的具體細節，第一是在控制上增加輸出功率額度可調的功能，第二是功率因數cosθ能夠在一定范圍內可調，即增加無(wú)功可調功能，通常為了實(shí)現cosθ在±0.9范圍內可調付出的代價(jià)并不大。第三為了滿(mǎn)足逆變器能夠接受電網(wǎng)指令來(lái)完成以上要求的參數調整，逆變器必須在通信上能夠提供接受電網(wǎng)指令的接口，通信協(xié)議能夠兼容一些配套的監控設備，當然逆變器廠(chǎng)商并不一定提供此類(lèi)產(chǎn)品。因此在VDE4105標準出臺以后，立刻對國內外的小功率逆變器廠(chǎng)商制造了一個(gè)新的技術(shù)門(mén)檻，不能滿(mǎn)足新標準，意味著(zhù)此類(lèi)產(chǎn)品將不能再德國售賣(mài)，同時(shí)歐洲的其它國家也會(huì )參照德國的新標準制定本國的標準，在這些技術(shù)點(diǎn)上將出臺類(lèi)似的要求，很快這些標準將在整個(gè)歐洲國家內，甚至于在全球推廣開(kāi)來(lái)。

　　作為國內的逆變器廠(chǎng)商，其戶(hù)用型產(chǎn)品的市場(chǎng)一直在國外，因此包括VDE4105標準等新頒布的并網(wǎng)技術(shù)標準對這些企業(yè)提出了新的挑戰，目前國內有些企業(yè)，包括北京昆蘭在內都已經(jīng)通過(guò)了該項認證，但也有很多的企業(yè)持觀(guān)望態(tài)度，并沒(méi)有提供類(lèi)似功能，或者沒(méi)有做此類(lèi)認證。從短期利益考慮，目前在歐洲的許多國家以及其他的國家并沒(méi)有明確提出類(lèi)似VDE4105標準的技術(shù)要求，因此抱著(zhù)觀(guān)望態(tài)度的這些企業(yè)在當前利益沒(méi)有收到影響或者影響很小的驅動(dòng)下，并沒(méi)有認真考慮這些技術(shù)要求。但是從未來(lái)的發(fā)展趨勢分析，德國作為光伏技術(shù)，標準和市場(chǎng)發(fā)展最為先進(jìn)的國家，往往起到風(fēng)向標的作用，它的政策，標準的影響力很大，其它歐洲國家及歐洲以外的國家都有效仿和跟隨的態(tài)勢，一旦該標準大面積推廣，那些不能滿(mǎn)足該標準新要求的企業(yè)勢必遭受到挫折和損失。另一方面德國出臺新的標準從技術(shù)上而言是對分布式發(fā)電的一項約束和貢獻的要求，約束體現在電網(wǎng)管理者會(huì )更具電網(wǎng)的承受能力，局部電網(wǎng)的穩定性考慮等原因要求分布式發(fā)電裝置降低發(fā)電功率，動(dòng)態(tài)的調整輸出功率，貢獻體現在逆變器除了輸出有功功率外，也可以向電網(wǎng)輸出無(wú)功功率，并且輸出的額度，輸出容型有功還是感性無(wú)功是可以調節的，該點(diǎn)要求完全是基于現代電力電子技術(shù)能夠做到無(wú)功補償這一事實(shí)而提出的，在較早的電力電子技術(shù)中，不可控和半可控器件以及落后的控制技術(shù)等方面制約了類(lèi)似的要求被實(shí)現出來(lái)。國內的逆變器廠(chǎng)商也應該充分的認識到新標準要求后面的深刻技術(shù)背景，分布式發(fā)電要作為電網(wǎng)的一個(gè)補充，首先要做到安全，可靠，受控，清潔（電網(wǎng)的清潔指的是諧波含量盡可能?。?，因此接受來(lái)自電網(wǎng)的指令，完成相應的參數調整是完全必要而且是必須的，微電源的優(yōu)勢之一恰恰就在于雙向可控。

　　●多路MPPT追蹤，提高系統發(fā)電效率

　　在光伏逆變器的第一個(gè)技術(shù)競爭大潮中，追求單機轉換效率，MPPT追蹤效率成為了大家競相比拼的技術(shù)點(diǎn)，擁有更高轉換效率的逆變器無(wú)疑能夠贏(yíng)得在這類(lèi)競爭。當前一方面組串型逆變器還在技術(shù)朝著(zhù)提高單機整體效率，單路MPPT效率等方面發(fā)展，另一方面的事實(shí)也必須引起我們的關(guān)注，即在電力電子器件，新型成熟的拓撲結構在較長(cháng)的時(shí)間內沒(méi)有重大突破的現實(shí)下，提高效率的空間已經(jīng)不大，國內的小功率逆變器廠(chǎng)商的產(chǎn)品和國外的主流逆變器廠(chǎng)商產(chǎn)品在效率參數上已經(jīng)看齊，在某些機型上甚至超過(guò)了國外產(chǎn)品。但組串型，無(wú)變壓器設計的逆變器的整機效率已經(jīng)達到了98%以上，逆變器廠(chǎng)商開(kāi)始了在“小數點(diǎn)”上的掙扎，單機效率的提升已經(jīng)到了一個(gè)飽和線(xiàn)，進(jìn)一步提升的空間已經(jīng)不大，但帶來(lái)的代價(jià)也許很大。舉例而言，多電平技術(shù)能夠提升一定的系統效率，但代價(jià)是單管使用量加大，三相三電平如果采用傳統的二電平全橋，使用6個(gè)IGBT，如果改到三電平拓撲，則要在逆變部分增加到12個(gè)IGBT，增加器件意味著(zhù)增加了整機的成本，但能夠提升的效率空間在個(gè)位數以下，這些性能的提高往往并不能被客戶(hù)所埋單，客戶(hù)更加青睞性?xún)r(jià)比綜合較優(yōu)的機器選擇，而不會(huì )單純的追求單機效率。

　　事實(shí)上，要使太陽(yáng)能逆變器的效率提高 1%非常困難，然而由于系統設計不當，而導致發(fā)電效果降低10%的情況，卻并不少見(jiàn)，有些甚至可能導致系統無(wú)法長(cháng)期正常運行。從這個(gè)事實(shí)出發(fā)，對逆變器設計提出了新的要求，即滿(mǎn)足更加靈活的系統配置。在單路MPPT追蹤的情況下，所有的PV組件串接起來(lái)，接入逆變器，如果組串中有PV組件失效情況發(fā)生，則該路的整體MPPT效率會(huì )受到影響，從而有可能使得系統的效率大大下降，無(wú)論逆變器有多高的轉換效率和追蹤效率，都無(wú)法發(fā)揮作用。為了減少這種失效帶來(lái)的系統效率降低的風(fēng)險，戶(hù)用型小功率逆變器出現了多路獨立MPPT追蹤的技術(shù)趨勢，多路MPPT能夠減小單路MPPT失效帶來(lái)的損失，給系統的配置帶來(lái)了更大的靈活性。圖2為一種2路MPPT獨立追蹤的三相三電平并網(wǎng)逆變器電路拓撲圖

　　圖2 一種兩路獨立MPPT逆變拓撲電路

　　由于采用了新型的拓撲設計，提供了多路的MPPT追蹤通道，單通道的效率依然可