并網(wǎng)光伏逆變器效率現(xiàn)場試驗(yàn)技術(shù)分析

劉書強(qiáng)++董雙麗++林榮超

摘 要：光伏并網(wǎng)逆變器是光伏并網(wǎng)電站的核心設(shè)備，其效率是決定光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)整體效率的重要參數(shù)。但是，目前，逆變器的性能試驗(yàn)絕大多數(shù)是基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的，缺乏并網(wǎng)光伏電站現(xiàn)場的性能試驗(yàn)。針對逆變器的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境搭建現(xiàn)場試驗(yàn)平臺，進(jìn)行24 h不間斷測試，以獲取逆變器的全天運(yùn)行數(shù)據(jù)，并計(jì)算歐洲效率、加州效率和中國效率，從而全面分析逆變器效率。

關(guān)鍵詞：逆變器效率；歐洲效率；加州效率；中國效率

中圖分類號：TM464 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.013

隨著環(huán)境污染和資源枯竭問題的日益突出，近年來，太陽能作為可持續(xù)發(fā)展的清潔能源得到了世界各國的廣泛支持。我國政府也不斷加大對光伏產(chǎn)業(yè)的支持力度，使得國內(nèi)光伏并網(wǎng)發(fā)電產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展。其中，光伏并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心部件之一，其性能關(guān)系著整個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的整體效率和質(zhì)量。如何對其進(jìn)行全面、有效的試驗(yàn)評估對于光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的選取有重要的技術(shù)支撐意義。

目前，國內(nèi)并網(wǎng)光伏逆變器綜合性能測試平臺的主要技術(shù)方案是：利用光伏電池陣列模擬器模擬光伏電池陣列輸出，以便在實(shí)驗(yàn)室中完成對光伏逆變器的測試。

然而，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的試驗(yàn)是在特定的環(huán)境和電網(wǎng)條件下進(jìn)行的。由于光伏電池陣列模擬器僅能進(jìn)行離散負(fù)載點(diǎn)的模擬，而光伏并網(wǎng)逆變器的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境會(huì)受到輻照強(qiáng)度、溫度等連續(xù)變量的影響，也會(huì)受到電能質(zhì)量、電網(wǎng)調(diào)度、其他電氣設(shè)施等綜合因素的影響，這些都是在實(shí)驗(yàn)室中無法模擬出來的。

本文針對并網(wǎng)光伏逆變器實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)條件下的不足搭建了現(xiàn)場試驗(yàn)平臺，24 h連續(xù)測試逆變器的運(yùn)行參數(shù)，并計(jì)算和分析歐洲效率、加州效率和中國效率。

1 現(xiàn)場試驗(yàn)平臺搭建

該試驗(yàn)平臺是以佛山某并網(wǎng)光伏電站為基礎(chǔ)搭建的，它主要是由三部分構(gòu)成的，即并網(wǎng)光伏電站、測試設(shè)備和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。其中，并網(wǎng)光伏電站包括光伏陣列、防雷匯流箱、并網(wǎng)逆變器、變壓器和開關(guān)站等設(shè)備；測試設(shè)備包括功率分析儀、氣象監(jiān)控設(shè)備；數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是將功率分析儀采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并通過相應(yīng)的計(jì)算、分析得出結(jié)果。整個(gè)平臺的設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

2 效率對比分析

逆變器轉(zhuǎn)化效率是其交流側(cè)輸出功率和直流側(cè)輸入功率的比值，即：

. （1）

逆變器轉(zhuǎn)化效率主要受到以下2個(gè)因素的影響：①將直流電流轉(zhuǎn)換成交流正弦波時(shí)，功率半導(dǎo)體發(fā)熱會(huì)造成巨大的損失。②逆變器MPPT的控制算法會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率。光伏電池陣列的輸出電流和電壓會(huì)隨著日照和溫度的變化而變化，而逆變器的MPPT算法可以對電流和電壓進(jìn)行最佳控制，使其達(dá)到最大的輸出功率。也就是說，在最短的時(shí)間內(nèi)找到最佳電力點(diǎn)，轉(zhuǎn)換效率就會(huì)越高。

對現(xiàn)場某型號的500 kW光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行24 h不間斷的數(shù)據(jù)采集，其轉(zhuǎn)化效率與負(fù)載率關(guān)系曲線如圖2所示。

從圖2中可以看出，逆變器的轉(zhuǎn)化效率在負(fù)載率的波動(dòng)比較大時(shí)變化比較大，在負(fù)載率為60%左右時(shí)，逆變器的轉(zhuǎn)化效率最高。不同負(fù)載點(diǎn)下的轉(zhuǎn)化效率如表1所示。

2.在24 h測試中，當(dāng)負(fù)載率為63.3%時(shí)，逆變器效率達(dá)到最大值98.7%

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)太陽能資源的分布情況，可將其分為不同的資源區(qū)，在每類資源區(qū)中選取有代表性區(qū)域，以此分析不同功率區(qū)間的年累計(jì)發(fā)電量。同時(shí)，選取相對穩(wěn)定且能覆蓋全功率范圍的統(tǒng)計(jì)區(qū)間，并計(jì)算出每段功率分檔上的年發(fā)電量的權(quán)重占比。逆變器不同輸入電壓下反應(yīng)不同地區(qū)日照資源特征加權(quán)總效率的平均值被稱為“平均加權(quán)總效率”。根據(jù)地區(qū)的不同，可分為歐洲效率、加州效率和中國效率等。其中，中國效率是在歐洲效率和加州效率取點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國的光照資源分布建立的模型。

不同加權(quán)效率的權(quán)重系數(shù)如表2、表3、表4所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可知，加州效率最高，中國效率次之，歐洲效率最低。因?yàn)槟孀兤鞯淖畲蠊β守?fù)載點(diǎn)在60%左右，而加州效率50%和75%負(fù)載點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)比較大，所以，加州效率最高。

3 總結(jié)

光伏并網(wǎng)逆變器是并網(wǎng)光伏電站的關(guān)鍵設(shè)備之一，其效率對并網(wǎng)光伏電站的整體效率有重要的影響。本文搭建了光伏并網(wǎng)逆變器效率現(xiàn)場試驗(yàn)平臺，同時(shí)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行歐洲效率、加州效率、中國效率的計(jì)算，并對比、分析其結(jié)果。結(jié)果證明，該現(xiàn)場試驗(yàn)平臺具備逆變器效率現(xiàn)場試驗(yàn)的能力，它在電站開發(fā)和相關(guān)科學(xué)研究方面發(fā)揮著非常重要的作用，測得的相關(guān)數(shù)據(jù)具有一定的參考價(jià)值。

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〔編輯：白潔〕