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集中式逆变器和组串式逆变器选型之比较

   日期:2014-04-29     来源:世纪新能源网    作者:刘继茂    浏览:8627    评论:1    

世纪新能源网专栏作家:刘继茂
专栏地址:https://www.ne21.com/special/show-59.html

前言:国家能源局下放通知,2014年国内光伏新装总容量达14G,其中分布式8G,地面电站6G。分布式光伏电站将迎来一个前所未有的发展机会。国家电网对分布式光伏电站要求如下:单个并网点小于6MW,年自发自用电量大于50%;8KW以下可接入220V;8KW-400KW可接入380V;400KW-6MW可接入10KV。根据逆变器的特点,光伏电站逆变器选型方法:220V项目选用单相组串式逆变器,8KW-30KW选用三相组串式逆变器,50KW以上的项目,可以根据实际情况选用组串式逆变器和集中式逆变器。

逆变器方案对比:

集中式逆变器:设备功率在50KW到630KW之间,功率器件采用大电流IGBT,系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变,工频隔离变压器的方式,防护等级一般为IP20。体积较大,室内立式安装。

组串式逆变器:功率小于30KW,功率开关管采用小电流的MOSFET,拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换,防护等级一般为IP65。体积较小,可室外臂挂式安装。

系统主要器件对比:


集中式逆变器:光伏组件,直流电缆,汇流箱,直流电缆,直流汇流配电,直流电缆,逆变器,隔离变压器,交流配电,电网。

组串式逆变器:组件,直流电缆,逆变器,交流配电,电网。

主要优缺点和适应场合:


1、集中式逆变器一般用于日照均匀的大型厂房,荒漠电站,地面电站等大型发电系统中,系统总功率大,一般是兆瓦级以上。

主要优势有:

(1) 逆变器数量少,便于管理;

(2) 逆变器元器件数量少,可靠性高;

(3) 谐波含量少,直流分量少电能质量高;

(4) 逆变器集成度高,功率密度大,成本低;

(5) 逆变器各种保护功能齐全,电站安全性高;

(6) 有功率因素调节功能和低电压穿越功能,电网调节性好。

主要缺点有:

(1) 直流汇流箱故障率较高,影响整个系统。

(2) 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。

(3) 逆变器机房安装部署困难、需要专用的机房和设备。

(4) 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。

(5) 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。

(6) 集中式并网逆变系统中无冗余能力,如有发生故障停机,整个系统将停止发电。

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:

(1) 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。

(2) 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。

(3) 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:

(1) 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。

(2) 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。

(3) 不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,不适合薄膜组件负极接地系统,直流分量大,对电网影响大。

(4) 多个逆变器并联时,总谐波高,单台逆变器THDI可以控制到2%以上,但如果超过40台逆变器并联时,总谐波会迭加。而且较难抑制。

(5) 逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大。

(6) 没有直流断路器和交流断路器,没有直流熔断器,当系统发生故障时,不容易断开。

(7) 单台逆变器可以实现零电压穿越功能,但多机并联时,零电压穿越功能、无功调节、有功调节等功能实现较难。

组串式20KW逆变器和集中式500KW逆变器比较

比较项目

20KW组串式逆变器

500KW集中式逆变器

汇流箱

不需要汇流箱,直流输入细分到每一串

需要汇流箱集中汇流

直流布线

直流侧布线简单,分布式就地并网;直流电缆短,成本低

直流侧布线相对复杂且距离长,必要时需要置多级汇流,成本相对较高

交流布线

交流侧电缆连接距离长,每个逆变器需要一个交流断路器,可就地并网或交流汇流并网

交流侧到变压器距离很短,线损小,交流布线简单成本较低

输出电压

输出三相交流400V,可以直流低压并网,不需要隔离变压器

输出三相交流270V,并网需要加400V隔离变压器或者升压变压器

防护等级

防护等级IP65,可以户外安装,可以在组件周边就近安装。

防护等级为IP20,室内安装,或者建造户外房

冷却方式

自然冷却或者风冷

强制风冷,需要大流量风道

工作电压范围

宽范围MPPT电压,250-800V,在阴雨等低照度天气也能发电

MPPT范围是450-820V,发电范围较窄,

效率

最高效率98.2%,综合效率97.6%

不带隔离变压器最高效率98.0%,综合效率97.5%,带隔离变压器最高效率97.0%,综合效率96.5%

电能质量

单台THD<3%25台在一起总THD超过5%。没有隔离变压器,直流分量大,

单台THD<3%,两台并联约为3%,加隔离变压器没有直流分量。

电网调节

没有低电压穿越功能,电网调节功率因素等功能较弱。

有低电压穿越功能,电网可以调节功率因素,有功和无功等功能较弱。

安全

没有直流断路器和交流断路器,安全性稍差

有直流断路器和交流断路器,能根据故障的不同情况用时断开,安全性好。


1MW光伏10KV并网系统费用比较

序号

项目

组串式逆变器

集中式逆变器

1

汇流箱,直流柜

0

2012路汇流箱,2台直流防雷配电柜,总价是:12

2

逆变器

5020KW逆变器,总价是65万。

2500KW逆变器,总价是36万。

3

直流电缆

24

30

4

交流电缆

22

20

5

升压变压器

双挠组变压器400V-10KV   1000KVA18

双分裂变压器270V-10KV -1000KVA25

6

交流配电柜

501 5

22 4

7

安装费用

5000

6000

8

总费用

134.5

127.6

推荐配置

序号

系统容量

逆变器选择

说明

1

 400KW以下

组串式逆变器

400KW以下系统,组串式逆变器和集中式逆变器成本相差不多,但组串式逆变器发电量要比5%10%

2

400KW2MW

组串式逆变器

400KW2MW之间的系统,组串式逆变器比集中式逆变器成本高5%,但组串式逆变器发电量要比5%10%。总收益组串式逆变器系统好。

3

2MW6MW

日照均匀的地面电站用集中式逆变器,屋顶用组串式。

根据实际安装场地选用。

4

6MW以上

集中式逆变器

集中式逆变器能适用电网的要求。

作者简介:刘继茂,深圳晶福源市场部业务员,哈尔滨工业大学电力电子研究生,2008年开始从事逆变器研发和光伏系统设计工作。研究过国内外100多个光伏电站运行情况,主要研究方向是从系统配置和逆变器设计方面出发,如何提高光伏电站发电量和电站运行寿命。




 

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