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除了组件超配光伏效率还能如何提升?
  • 2016-01-19 09:24:47
  • 浏览:1787
  • 来自:光伏问问 作者:陈喜军 王淑娟

由于光伏组件实际运行条件很难达到STC条件、PR值约80%等因素,光伏组件输送到逆变器的功率很难达到标称功率,如果光伏组件:逆变器=1:1时,逆变器约80%的时间都无法达到满负荷运转。

高容配比推行中遇到的问题

鉴于上述原因,从2014年开始,很多学者都开始提出光伏组件相对于逆变器超配,以提高逆变器、箱变等电气设备的利用率。从理论上,这一方案是完全没有问题的。然而在实际操作过程中,还是存在一定的难度。

诸如,光伏组33MW、逆变器30MW,备案的时候,是备案33MW还是30MW?各个投资集团对项目都有投资指标控制。在算投资指标的时候,是按33MW算,还是按30MW算?上报电网调度的时候,是按哪个功率报?甚至限电的时候,按哪个功率限?国土也颁布光伏电站的用地指标了,那按哪个指标给?……

再加上各个省份、投资公司的管理不一样,大家实施起来难度也不同。

两个逆变器“轮值”的例子

那除了超配这一思路,我们是否还有其他方案提高逆变器的利用率?也许,我们可以让逆变器“轮值”!什么叫轮值,先说两个例子。

例子1:“伟肯”逆变器

记得2015年9月份的时候,一个叫“伟肯(Vacon)”的逆变器厂家,向我介绍了他们的逆变器。那位技术总工说的其他内容我都忘记了,但有一点给我留下了深刻的印象,那就是:他们的逆变器是轮流工作的!

大概意思如下:

以伟肯500kW逆变器为例,他们内部有4个工作模块。当输送给逆变器的功率低于125kW时,一个模块工作;在125kW~250kW时,两个模块工作;在250kW~375kW时,三个模块工作;375kW以上时,四个模块都进入工作状态。同时,内部有一个自动的任务分配控制系统,使这4个模块在1个月的工作时间大致相同。

这种方案的优点是:

1)提高工作寿命。由于各个模块轮换工作,平均每个模块的工作时间短了,那使用时间自然就长了。

2)提高工作效率。下图是一个500kW逆变器的转换效率曲线。

从上图可以看出,输入功率低于10%(50kW)时,逆变器是没有启动的;一直到约18%(90kW)时,逆变器才能达到一个较高的转化效率。达到40%(200kW)的时候,转换效率最高。

如果把逆变器变成4个模块,输入功率约15kW的时候就可以启动,25kW的时候,就可以达到较高的转换效率;50kW的时候,就可以达到最高的转化效率。

3)减少检修损失。4个模块中,如果有一个模块出现故障,那就可以对这一模块进行检修,其他3个模块正常工作,只是工作时间会增加一些。即使有效率损失,最大的时候也不多四分之一。因此,大大降低了检修时的功率损失。

例子2:德国的经验

这个例子,是我从“甘肃自然能源研究所”副所长李世民老师那里听来的。他向我介绍:

在中国,某一光伏组串的出力,肯定要被接入一个特定的逆变器,除了这个逆变器,不可能进入其他的逆变器。

在德国,在一定规模内的项目,所有的光伏组串都是并联的,并用一条直流母线送入多台逆变器。但具体进入哪一台逆变器,则由控制系统控制。在功率较低时,只进入部分逆变器,其他的逆变器休息;只有在功率最大的那几个小时,才会将所有的逆变器启动。同样,所有的逆变器都是轮流工作。这样,逆变器也能“放个假”,以便提高逆变器的工作效率和寿命。

逆变器“轮值”的技术可行性

前文中的想法,在实际的设计中,是否具有技术可行性?

1)传统设计方案

下图所示为传统光伏升压系统的升压系统接线示意图。

常规光伏电站设计中:采用1MW作为1个发电单元,通过1台升压变压器并网到高压系统。其中,1MW光伏直流系统通过2台独立的500kW的逆变器采集光伏电能后将直流转化成交流,2台逆变器之间不存在任何的关联,均为独立运行。上图中,2MW发电单元的光伏组串分别进入4台逆变器,相互之间无关联。

2)改进后的设计方案

如果按照前文的思路,对直流系统和逆变器的连接方式进行改进后,其升压系统接线图如下图所示:

上图中,系统的交流侧接线方式同与传统接线方式相同;改进点主要在于:逆变器直流侧增加了“直流汇流母线”、“控制开关”。

通过“直流汇流母线”,将2MW光伏组串所发的直流电统一汇集起来;通过“控制开关”,根据光伏组串的发电功率,采用集中、主从、分散、独立等其中之一的控制策略。

通过上述措施,实现对逆变器及其对应的箱变进行合理的“轮值”切换,以减少系统损耗,提高整个电气设备的利用效率。

使用上述设计方案,需要在电气一次系统中增加断路器,二次控制系统整体升级,通过上所改造达到对能量的可测、可控的,最终实现上述的能量、设备的自由切换。

逆变器“轮值”方案的优缺点简述

目前,在国内的光伏电站设计中,应该尚无采用逆变器“轮值”的设计思路。对此方案的优缺点简单分析一下:

优点:增加逆变器寿命、提高转换效率;

缺点:需要增加直流母线、断路器,升级二次系统,因此投资会增加;国内尚缺乏此类经验,此技术在实际应用中是否可靠,还待进一步论证。

逆变器一头连着光伏组件,一头连着电网,是光伏电站中最核心的设备。在国内逆变器价格不断击穿底线的情况下,如何最大程度上延长逆变器的寿命,提高逆变器的转化效率?让逆变器“轮值”工作,也许是未来光伏设计中的一个很好的思路。

【责任编辑:ada.sun】
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关键字阅读: 组件超配 光伏效率 提升
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