戶用型光伏并網(wǎng)逆變器技術發(fā)展新特點

　　光伏并網(wǎng)逆變器按照應用場合的不同通常分為戶用型，商用型和電站型等幾大類。其中戶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(tǒng)中，具有相近的使用場景和共通的技術特點，因此通常歸為一類，稱為戶用型或組串型并網(wǎng)逆變器，以區(qū)別于大型電站型或者集中型逆變器。戶用型光伏并網(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，這類的逆變器通常要滿足以下幾個要求：

　　● 單相或三相低/中壓并網(wǎng)

　　● 無變壓器設計，大于96%的轉(zhuǎn)換效率

　　● 壁掛式安裝，IP65防護等級，滿足戶外使用條件

　　● 整機輕便，顯示界面友好，造型美觀等

　　以上這些基本要求實際上滿足了最終用戶、系統(tǒng)集成商、安裝商等各方面需求主體要求光伏系統(tǒng)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(tǒng)的監(jiān)控和電費的計量等多方面的訴求。圖1為戶用型系統(tǒng)的應用場景

　　圖1 住宅型光伏系統(tǒng)應用場景

　　在光伏市場的發(fā)展中，最早開始的是國外的戶用型系統(tǒng)。在歐洲，澳大利亞等光伏市場發(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，相關的機構出臺了并網(wǎng)技術規(guī)范和標準，在這些政策和標準的鼓勵推動下，這些國家的戶用型光伏市場啟動和發(fā)展的很快。光伏逆變器受到來自兩方面的需求和約束，一方面是來自用戶，無論是直接用戶還是間接用戶對逆變器廠商提出的產(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)國家的相關技術標準和規(guī)范，滿足產(chǎn)品認證的要求，以適應并網(wǎng)區(qū)域或者國家的電網(wǎng)要求。光伏市場在這些國家發(fā)展的速度很快，因此來自以上兩個方面的要求變化也很快，推動了逆變器技術、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(xiàn)的針對戶用型并網(wǎng)逆變器在技術、產(chǎn)品功能等方面出現(xiàn)的一些新的特點和要求

　　● 能夠接收來自電網(wǎng)的指令，進行并網(wǎng)電氣參數(shù)的調(diào)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，有兩個重要的技術要求，第一是明確要求由電網(wǎng)管理者降低有功，其要點如下：

　　◆ 出于安全考慮：電網(wǎng)過載。

　　◆電網(wǎng)管理者能過遠程降低有功功率。

　　◆逆變器需在技術能以小于10%Pn的步長降有功。

　　◆ 通常的功率降低水平是100%，，60%，，30%，0%

　　◆響應時間1分鐘以內(nèi)。

　　另一項是關于無功功率控制的新要求，具體要求如下：

　　◆ 系統(tǒng)最大總視在功率ΣSmax≤3.68KVA，不需無功可調(diào)，功率因數(shù)范圍是±0.95。

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

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

　　以上描述的VDE4105標準明確要求對無功，有功功率進行調(diào)節(jié)和控制，同時提出了調(diào)節(jié)的方式，這些對逆變器廠商，系統(tǒng)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。為了滿足新的標準，低壓并網(wǎng)型逆變器必須在技術上做升級，這些升級包含幾個方面的具體細節(jié)，第一是在控制上增加輸出功率額度可調(diào)的功能，第二是功率因數(shù)cosθ能夠在一定范圍內(nèi)可調(diào)，即增加無功可調(diào)功能，通常為了實現(xiàn)cosθ在±0.9范圍內(nèi)可調(diào)付出的代價并不大。第三為了滿足逆變器能夠接受電網(wǎng)指令來完成以上要求的參數(shù)調(diào)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(jiān)控設備，當然逆變器廠商并不一定提供此類產(chǎn)品。因此在VDE4105標準出臺以后，立刻對國內(nèi)外的小功率逆變器廠商制造了一個新的技術門檻，不能滿足新標準，意味著此類產(chǎn)品將不能再德國售賣，同時歐洲的其它國家也會參照德國的新標準制定本國的標準，在這些技術點上將出臺類似的要求，很快這些標準將在整個歐洲國家內(nèi)，甚至于在全球推廣開來。

　　作為國內(nèi)的逆變器廠商，其戶用型產(chǎn)品的市場一直在國外，因此包括VDE4105標準等新頒布的并網(wǎng)技術標準對這些企業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，目前國內(nèi)有些企業(yè)，包括北京昆蘭在內(nèi)都已經(jīng)通過了該項認證，但也有很多的企業(yè)持觀望態(tài)度，并沒有提供類似功能，或者沒有做此類認證。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有明確提出類似VDE4105標準的技術要求，因此抱著觀望態(tài)度的這些企業(yè)在當前利益沒有收到影響或者影響很小的驅(qū)動下，并沒有認真考慮這些技術要求。但是從未來的發(fā)展趨勢分析，德國作為光伏技術，標準和市場發(fā)展最為先進的國家，往往起到風向標的作用，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(xiàn)在電網(wǎng)管理者會更具電網(wǎng)的承受能力，局部電網(wǎng)的穩(wěn)定性考慮等原因要求分布式發(fā)電裝置降低發(fā)電功率，動態(tài)的調(diào)整輸出功率，貢獻體現(xiàn)在逆變器除了輸出有功功率外，也可以向電網(wǎng)輸出無功功率，并且輸出的額度，輸出容型有功還是感性無功是可以調(diào)節(jié)的，該點要求完全是基于現(xiàn)代電力電子技術能夠做到無功補償這一事實而提出的，在較早的電力電子技術中，不可控和半可控器件以及落后的控制技術等方面制約了類似的要求被實現(xiàn)出來。國內(nèi)的逆變器廠商也應該充分的認識到新標準要求后面的深刻技術背景，分布式發(fā)電要作為電網(wǎng)的一個補充，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?。?，因此接受來自電網(wǎng)的指令，完成相應的參數(shù)調(diào)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(tǒng)發(fā)電效率

　　在光伏逆變器的第一個技術競爭大潮中，追求單機轉(zhuǎn)換效率，MPPT追蹤效率成為了大家競相比拼的技術點，擁有更高轉(zhuǎn)換效率的逆變器無疑能夠贏得在這類競爭。當前一方面組串型逆變器還在技術朝著提高單機整體效率，單路MPPT效率等方面發(fā)展，另一方面的事實也必須引起我們的關注，即在電力電子器件，新型成熟的拓撲結構在較長的時間內(nèi)沒有重大突破的現(xiàn)實下，提高效率的空間已經(jīng)不大，國內(nèi)的小功率逆變器廠商的產(chǎn)品和國外的主流逆變器廠商產(chǎn)品在效率參數(shù)上已經(jīng)看齊，在某些機型上甚至超過了國外產(chǎn)品。但組串型，無變壓器設計的逆變器的整機效率已經(jīng)達到了98%以上，逆變器廠商開始了在“小數(shù)點”上的掙扎，單機效率的提升已經(jīng)到了一個飽和線，進一步提升的空間已經(jīng)不大，但帶來的代價也許很大。舉例而言，多電平技術能夠提升一定的系統(tǒng)效率，但代價是單管使用量加大，三相三電平如果采用傳統(tǒng)的二電平全橋，使用6個IGBT，如果改到三電平拓撲，則要在逆變部分增加到12個IGBT，增加器件意味著增加了整機的成本，但能夠提升的效率空間在個位數(shù)以下，這些性能的提高往往并不能被客戶所埋單，客戶更加青睞性價比綜合較優(yōu)的機器選擇，而不會單純的追求單機效率。

　　事實上，要使太陽能逆變器的效率提高 1%非常困難，然而由于系統(tǒng)設計不當，而導致發(fā)電效果降低10%的情況，卻并不少見，有些甚至可能導致系統(tǒng)無法長期正常運行。從這個事實出發(fā)，對逆變器設計提出了新的要求，即滿足更加靈活的系統(tǒng)配置。在單路MPPT追蹤的情況下，所有的PV組件串接起來，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效率會受到影響，從而有可能使得系統(tǒng)的效率大大下降，無論逆變器有多高的轉(zhuǎn)換效率和追蹤效率，都無法發(fā)揮作用。為了減少這種失效帶來的系統(tǒng)效率降低的風險，戶用型小功率逆變器出現(xiàn)了多路獨立MPPT追蹤的技術趨勢，多路MPPT能夠減小單路MPPT失效帶來的損失，給系統(tǒng)的配置帶來了更大的靈活性。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