太陽能光伏使用無變壓器逆變器構(gòu)造

本文介紹了現(xiàn)今商業(yè)和公用光伏安裝項(xiàng)目所使用的無變壓器逆變器的構(gòu)造。它分析了電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)如何通過將多個(gè)逆變器直接整合到電網(wǎng)中或僅配備一個(gè)中壓變壓器來發(fā)揮新的能力。最后，本文還詳細(xì)列出了系統(tǒng)復(fù)雜性降低和發(fā)電效率最大化所帶來的諸多好處。新一代無變壓器技術(shù)降低了電力集成商(integrators)和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)復(fù)雜性，針對(duì)兩種最常見的大型光伏安裝項(xiàng)目——大樓逆變器直接連接項(xiàng)目和用于并網(wǎng)發(fā)電輸電的公用安裝項(xiàng)目，該技術(shù)最大限度地提高了其電力傳輸能力。 　　 　　盡管太陽能光伏電源的價(jià)格正在變得越來越有競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)整個(gè)行業(yè)來說，繼續(xù)增強(qiáng)性能、提高效率以及降低成本才是至關(guān)重要的。提高大型投資設(shè)備的質(zhì)量和性能是不斷增加收益的一種途徑，此外，逆變器的性能和效率與光伏模塊和數(shù)組同樣重要。在大型光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)正拋開傳統(tǒng)的逆變器設(shè)備，轉(zhuǎn)而開始選擇最先進(jìn)的無變壓器逆變器技術(shù)，以便降低系統(tǒng)的復(fù)雜性并最大限度地提高電力傳輸。確實(shí)有必要仔細(xì)看看無變壓器逆變器技術(shù)是如何通過影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)、效率和系統(tǒng)平衡(BoS)成本來幫助改變競(jìng)爭(zhēng)格局的。過采用可分離的兩極+600和-600VDC電池組數(shù)組實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)換這項(xiàng)新技術(shù)，無需在低壓三相電網(wǎng)上配備變壓器。這種配置不僅提高了發(fā)電效率，而且不需要傳統(tǒng)上所要求使用的逆變器變壓器，降低了相關(guān)的系統(tǒng)平衡(BoS)成本，還避免了與單極配置有關(guān)的不必要的線路衰減。這項(xiàng)技術(shù)還為電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)的大型商業(yè)或公用安裝項(xiàng)目帶來了更多好處。例如，通常規(guī)模在1到2兆瓦的商業(yè)項(xiàng)目，在連接點(diǎn)位于大樓入口變壓器低壓側(cè)要求配有一至八個(gè)逆變器，并且每個(gè)逆變器都要配有單獨(dú)的、定制的隔離變壓器——即使變壓器已與逆變器集成。而真正的無變壓器設(shè)計(jì)的逆變器才能支持直接的連接，不需要任何其它的變壓器設(shè)備和定制修改，而且也不會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)平衡成本。對(duì)于那些中壓變壓器連接點(diǎn)在5到12.7千伏之間的公用安裝項(xiàng)目，可將多個(gè)無變壓器逆變器整合成一個(gè)大小適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)中壓變壓器。變壓器可以放在電場(chǎng)的任何位置，以靠近逆變器是最合適的。無變壓器逆變器技術(shù)和兩極數(shù)組配置采用了無變壓器逆變器技術(shù)的太陽能光伏系統(tǒng)在發(fā)電時(shí)，光伏模塊和負(fù)載之間不需要任何變壓器——通常為高壓交流電(HVAC)設(shè)備和商業(yè)熒光照明。 　　 　　盡管一些制造商聲稱具備了無變壓器技術(shù)，但實(shí)際上，他們的產(chǎn)品仍需要在逆變器和負(fù)載之間配備一個(gè)隔離變壓器。他們僅僅是將逆變器整合到一個(gè)逆變器箱中或?qū)λ鼈冞M(jìn)行單獨(dú)銷售。真正的無變壓器逆變器可將電力從逆變器直接轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)剿截?fù)載中。這要?dú)w功于采用雙極±600VDC數(shù)組配置。電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)可獲得系統(tǒng)性能改善和系統(tǒng)平衡成本降低的好處：更高的效率縮小設(shè)備和導(dǎo)線規(guī)模及數(shù)量降低材料和安裝施工成本為了說明這些優(yōu)勢(shì)，讓我們看看這兩種最常見的大型光伏安裝項(xiàng)目的構(gòu)架，它們分別是美國本地電網(wǎng)的逆變器直接連接項(xiàng)目和并網(wǎng)發(fā)電輸電的公用安裝項(xiàng)目。商用屋頂安裝項(xiàng)目中使用的直接并網(wǎng)光伏逆變器一個(gè)在設(shè)施入口處低壓一端擁有連接點(diǎn)的1兆瓦的商用屋頂系統(tǒng)需要1至4個(gè)并網(wǎng)光伏逆變器。采用傳統(tǒng)的逆變器時(shí)，每一個(gè)都必須與一個(gè)單獨(dú)的或定制的隔離變壓器相搭配——不論變壓器與逆變器是否集成，情況都是如此。因此，電力供應(yīng)立即被減弱了，因?yàn)楦綦x變壓器的效率通常只有98%到99%，它們最多可以讓效能下降2%。由于體積龐大而且沉重，傳統(tǒng)逆變器會(huì)限制光伏逆變器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。采用2個(gè)500千瓦逆變器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要在地面上安裝逆變器，因?yàn)檫@種逆變器/變壓器搭配的尺寸和重量較大。即使隔離變壓器可以與逆變器相互分離，由于較低的電壓與較高的電流這種安裝所導(dǎo)致昂貴的導(dǎo)線成本，每一個(gè)逆變器所需要的較低的輸出電壓和多繞組也會(huì)限制相互分離的距離。整合逆變器時(shí)的穩(wěn)定性問題也是需要關(guān)注的。傳統(tǒng)逆變器設(shè)計(jì)通常采用無阻尼大三角形過濾器，當(dāng)很多設(shè)備并行放置或逆變器設(shè)置在長傳輸在線的時(shí)候，這些過濾器可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行的不穩(wěn)定。 　　 　　而且，如果逆變器被并行放置在同一個(gè)箱子里，每一個(gè)500千瓦逆變器由4個(gè)較小的125千瓦單元驅(qū)動(dòng)，那么這種系統(tǒng)就容易受到電氣干擾，而且會(huì)為整個(gè)光伏系統(tǒng)帶來多個(gè)故障點(diǎn)。相比之下，真正的無變壓器逆變器直接固定在建筑物的入口處，甚至是固定在一個(gè)尺寸足夠大的配電安裝板上。由于沒有隔離變壓器，從光伏模塊電源獲得的額外的1%到2%能源效率直接進(jìn)入負(fù)載，在功率為500千瓦的時(shí)候，這意味著最低免費(fèi)額外提供了5千瓦的輸出。此外，直接轉(zhuǎn)變成可用的電壓，而不是較低的單極逆變器交流電壓，而交流電電流降低一半以上，從而降低了交流電一端的電線成本。如果沒有一個(gè)變壓器，逆變器的尺寸更小，重量更輕，為電力集成商在安裝和整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面提供了更大的自由。由于重量的限制和必須的加固措施，在五層樓的建筑物屋頂安裝一個(gè)傳統(tǒng)的逆變器從成本上來說可能會(huì)讓人望而卻步，但是設(shè)計(jì)人員卻可以讓無變壓器逆變器安裝在商業(yè)建筑的屋頂上（而不是安裝在地下室），使其直接與五樓的安裝板連接。這樣的設(shè)計(jì)不僅可以免除昂貴的高達(dá)五層樓的直流電布線，而且還能縮短交流電電線的長度并降低相關(guān)成本。