常州天合光能有限公司系统事业部 杨正刚 于 哲常州天合光能有限公司江苏省分布式光伏及应用工程中心 陈 维 赵凤阁 栗 娜



关于解决分布式光伏电站组串式逆变器频繁启停的研究

常州天合光能有限公司系统事业部 杨正刚 于 哲
常州天合光能有限公司江苏省分布式光伏及应用工程中心 陈 维 赵凤阁 栗 娜

【摘要】分布式光伏电站380V低压接入企业内网，企业负载为大功率特种设备时，可能会导致组串式逆变器受干扰而频繁启停。针对该现象，采用理论分析研究，提出解决方向。比对多种解决方案，综合考虑性价比和可操作性，保持原有光伏接入点位置不变，采用变换特种设备接入其它的变压器方案。方案实施并对改造后的系统运行情况分析。研究结果表明，分布式光伏电站的组串式逆变器运行正常。通过理论研究，为特种设备影响组串式逆变器启停问题而提供解决方向，对保证光伏电站发电量和促进分布式光伏发电应用具有现实意义。

【关键词】分布式光伏电站；组串式；逆变器；启停；研究

工信部电子信息产业发展基金资助项目(财建[2014]513号、工信部财[2014]425号); 分布式光伏系统大规模集成应用研究项目。

0　引言

随着社会发展和工业化进程加快，能源危机和环境危机加剧，采用化石能源所产生的环境污染与人们的低碳生活相矛盾，利用可再生能源成为人们追求的目标，其中，太阳能作为清洁能源，取之不尽用之不竭，成为理想的选择，以晶体硅基为主流的光伏电池和组件得到工业化发展，技术成熟，配套政策完善，国家鼓励和支持光伏发电应用。近年来，我国光伏发电产业呈现飞速发展，西部地区光照资源丰富，因此大量的集中型电站在西部建设，然而西部市场消纳困难，特高压线路配套失衡，富余电力无法外送，光伏电站弃光现象严重，成为制约西北地区光伏新能源进一步发展的最大瓶颈[1]。而分布式光伏发电主要建设在企业、居民、公共建筑屋顶或其它用电负荷附近区域，所发电力就近消纳，适合企业和居民较多的中东部地区，分布式光伏电站具有环保、经济、投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特点[2]，依据国家能源局发布的光伏十三五规划意见稿显示，十三五分布式光伏电站规划累计将达到70GW，分布式光伏具有广阔的发展空间。

随着分布式光伏电站的发展，所带来的问题也日益凸显，自发自用，余电上网模式的分布式光伏电站较多采用380V电压等级接入企业内网[3]，广泛使用的组串式逆变器，然而目前市场上组串式逆变器通常不带隔离变，只有简单滤波功能。对用电企业本身的设备，例如高频炉、中频炉等可能会产生严重谐波[4]及电压波动和不平衡的阻隔作用下降，逆变器频繁启停，导致光伏电站运行不稳定和发电量的损失。

同时，光伏电站一般通过逆变器将直流转化为交流电后直接接入电网或通过升压变接入电网[5]，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染[6-7]，数量较多时，将可能影响电能质量[8-9]。这些因素严重影响了分布式光伏电站的应用和投资回报。

本文针对采用自发自用，余电上网，380V电压等级接入企业内网的典型分布式光伏电站案例进行研究，提出并分析导致逆变器频繁启停的原因，理论分析多种解决方案，综合考虑性价比和可操作性选定解决方案，实施并对逆变器运行情况进行观察验证。

1　光伏电站接入系统

1.1主系统图

光伏电站接入的企业为重工型企业，用电量大，企业采用35kV厂区进线，多台变压器，用电设备主要为高频炉、中频炉、电弧炉等特种设备，光伏电站采用380V电压等级多点接入企业降压变压器低压侧，如图1所示。

其中，该并网点处光伏电站装机容量617.76MW，采用18台规格为30KW的组串式逆变器，组件容量与逆变器容量比为1.14:1。

1.2光伏电站监控系统

光伏电站建有监控系统，能对逆变器、并网点运行状态进行实时监控。监控系统如图2所示。

图1　系统主接线图

图2　光伏监控系统图

通过后台计算机监控系统可以观察到整个光伏电站的运行情况。实际监控平台监控逆变器运行情况如图3所示。

图3　实际光伏监控系统图

图3中，绿色表示逆变器正常运行，灰色表示逆变器关机。由于可见，部分逆变器因受企业内网干扰而关机。

2　逆变器启停的理论分析

光伏逆变器需要通过NB/T32004-2013，标准认证，具有一定的抗干扰能力。本文采用某品牌30KW组串式逆变器为例，其主电路示意图，如图4所示。

图4　逆变器主电路示意图

由图4可知，并网逆变器将光伏直流电通过滤波器进行滤波，然后通过BOOST升压电路后再通过全桥逆变电路，变成正弦波电流通过断路器，在经过交流滤波器滤波，最后输出至电网。

组串式逆变器结构中包含滤波装置，具有一定的滤波抗干扰能力，但是由于本身缺乏电气隔离能力，受电炉影响，使得逆变器频繁停机，对核心器件IGBT损伤较大。

3　方案选择

3.1调整逆变器频率参数

该品牌的光伏逆变器本身具备频率参数设定功能，在工频条件下，国标要求逆变器的频率可调范围为±5％,以工频为计算基准即频率调整范围为±2.5Hz。该方案为最简单的方案，但电炉的频率较高，通常中频150-500Hz、高频500Hz以上，该方案不一定能满足要求。

3.2在光伏并网点加隔离变压器

隔离变压器是指输入绕组与输出绕组带电气隔离的变压器。隔离变压器的原边和副边之间没有电的连接，只有磁场连接，其输出端与输入端完全是呈“断路”的隔离状态[10]，隔离变压器具有如下的特点[11-14]：

(1)电气隔离：使用变压器来实现光伏电源与电网之间的电气隔离。

(2)阻止电流的直流分量注入电网：由于直流电不会导致磁通量的变化，因此光伏逆变系统的直流分量将不会通过隔离变压器流入电网。

(3)抗干扰作用：一定联接方式的变压器可以消除3次及3的整数倍次谐波，降低高次谐波、电压波动对电网的影响。

(4)稳定电压作用：当系统发生故障时，可以有效地抑制光伏逆变系统的谐振过电压和稳态过电压。

(5)升压功能：隔离变压器具备升压功能，能大大降低对直流电压的要求。

因此，在光伏电站并网点前加装1:1隔离变压器，如图5所示：

图5　加装隔离变压器后的系统图

如图5可见，加装630KVA的干式隔离变压器，置于并网点之前，阻隔低压侧高频炉等特种设备对逆变器的干扰。该方案作为备选方案之一。

3.3采用集中型逆变器

采用集中型逆变器，根据光照条件可选择500KW集中型逆变器，输出电压315V，加装工频变压器，变压至400V，如图6所示：

图6　采用集中型逆变器加工频变后的系统图

由于该项目已经使用组串式逆变器，更改为集中型逆变器难度较大，可行性不强。但对后期选用有启示作用。

3.4调整光伏并网点位置

因该光伏并网点与电炉公用一台降压变，因此电炉的运行对逆变器的影响较大，考虑避开干扰，将光伏电站的并网点更改移至其它位置，选择未接电炉的变压器，但是经过实际考察配电房的位置、空间、线路走向，可操作性不强。

3.5调整特种设备接入其它变压器

将该特种设备接入另外的变压器，这样，光伏电站与特种设备接在不同的变压器，从而避免特种设备对光伏逆变器的干扰。

4　实施

经过现场实际勘察，综合比较性价比和可操作性，采用3.5方案调整特种设备接入其它变压器，如图7所示：

图7　调整特种设备接入位置后的系统图

考察改造后的电站运行情况，如图8所示：

图8　改造后光伏监控系统图

由图8可见，所有逆变器均正常运行。

5　结论

(1) 针对采用380V电压等级接入企业内网的分布式光伏电站，其组串式逆变器存在受到企业高频炉、电弧炉等大功率特种设备的干扰而频繁启停的风险。

(2) 对比五种方案，调整逆变器频率参数、并网点前增加隔离变压器、采用集中型逆变器和工频变压器结合、调整光伏并网点位置、调整特种设备接入其它变压器，为解决逆变器受干扰频繁启停提供了解决方向，有利于分布式光伏电站的推广应用。

(3) 根据该电站实际情况，采取调整特种设备接入其它变压器方案，有效解决了逆变器频繁启停问题，逆变器运行正常。

参考文献

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杨正刚【通信作者】（1980—），男，硕士研究生，常州天合光能有限公司光伏电站事业部技术经理，中级职称、国家一级注册建造师（机电专业）、高压电工，拥有晶体硅电池专利2项、晶体硅电池技术国际学术文章1篇，发表于光伏技术期刊杂志英国PV TECH、光伏组件专利1项。有着近10年的光伏从业经历，历经晶体硅电池技术、组件技术研发、光伏电站技术、现场工程管理、电站项目开发，研究方向：光伏系统工程应用。

于哲（1987—），男，大学本科，研究方向：光伏系统工程应用。

陈维（1977—），男，博士后，研究方向：分布式光伏发电应用研究。

赵凤阁（1987—），男，大学本科，研究方向：光伏系统工程应用。

栗娜（1986—），女，研究生，研究方向：材料应用。

作者简介：