逆變器過載損失分析

　　近年來，隨著我國光伏組件和逆變器技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，光伏電站核心設(shè)備的成本不斷降低，我國光伏發(fā)電進(jìn)入了平價時代。為了使光伏電站獲得更好的投資收益，可通過采用高效的雙面光伏組件、提高光伏電站的容配比等措施，減少光伏電站的初始投資或提升其發(fā)電量。

　　逆變器過載損失分析

　　在光伏電站中，容配比是指逆變器所連接的光伏組件容量與逆變器額定功率的比值，也就是直流側(cè)容量與交流側(cè)容量的比值。當(dāng)直流側(cè)容量與交流側(cè)容量相同時，容配比等于 1∶1;當(dāng)直流側(cè)容量大于交流側(cè)容量時，容配比大于 1∶1;當(dāng)直流側(cè)容量小于交流側(cè)容量時，容配比小于 1∶1。

　　受光照情況的影響，大部分時間光伏組件的輸出功率都達(dá)不到逆變器的額定功率，即在容配比小于等于 1∶1 時，逆變器通常會處于非滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，因此，為了提高逆變器的利用率，減少設(shè)備的資金投入，在光伏電站設(shè)計時，容配比通常要大于 1∶1。但一般情況下，逆變器只有超過其額定功率 1.1 倍的過載能力，若再超過該過載能力，逆變器就會限額運(yùn)行，由此造成的光伏組件輸出功率損失就是逆變器過載損失。因此，在光伏電站設(shè)計時，需對容配比進(jìn)行優(yōu)化，這樣不僅可以減少逆變器、箱變等交流設(shè)備的使用量，而且還可以將高容配比造成的光伏電站發(fā)電量損失降至最低。

　　目前，在光伏電站設(shè)計時，優(yōu)化容配比的方法一般是采用軟件對不同容配比下光伏電站的發(fā)電量進(jìn)行模擬，再對不同發(fā)電量時的光伏電站收益率進(jìn)行對比，光伏電站收益率最好時所對應(yīng)的容配比即為該光伏電站的最優(yōu)容配比 [1-2]。然而，在利用軟件對光伏電站的發(fā)電量進(jìn)行模擬時，由于通過軟件模擬得到的逆變器過載損失與實際的逆變器過載損失存在一定差距，導(dǎo)致根據(jù)該模擬得到的光伏電站發(fā)電量確定的最佳容配比不一定是該光伏電站真正的最佳容配比。

　　本文以位于江蘇省宿遷市泗洪縣的某個采用雙面光伏組件的光伏電站 ( 下文簡稱為“雙面組件光伏電站”) 為例，首先對比研究了不同容配比下該雙面組件光伏電站中逆變器的實際過載損失和模擬過載損失之間的關(guān)系;然后采用最小二乘法多項式曲線擬合和數(shù)據(jù)映射法，利用不同容配比下雙面組件光伏電站的實際發(fā)電量損失數(shù)據(jù)校正模擬得到的發(fā)電量損失數(shù)據(jù)，并由此得到更符合實際情況的光伏電站發(fā)電量推算值;最后通過校正后的發(fā)電量推算值獲得與實際情況相符的雙面組件光伏電站的最優(yōu)容配比。

　　1 逆變器過載損失的實證分析和模擬

　　分別利用 PVsyst 仿真軟件 [3] 模擬得到的數(shù)據(jù)和光伏電站的實際數(shù)據(jù)，對雙面組件光伏電站在不同容配比下的逆變器過載損失和光伏電站發(fā)電量之間的關(guān)系進(jìn)行分析。該雙面組件光伏電站采用 2.5 MW 集中式逆變器;采用 295 W 的 n 型雙面單晶硅光伏組件，每 32 塊光伏組件串聯(lián)成1 個光伏組串;光伏組件的安裝傾角為 27°。

　　1.1 逆變器過載損失的實證分析

　　以本雙面組件光伏電站中的 2 個裝機(jī)容量分別為 2.625、2.875 MWp 的光伏方陣為例進(jìn)行分析，這 2 個光伏方陣所對應(yīng)的容配比分別為1.05∶1 和 1.15∶1。對不同容配比光伏方陣的輸出功率數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)采集周期為 2019 年4 月 1日-2020 年 3 月 31 日。2020 年 3 月 18 日，不同容配比光伏方陣的輸出功率曲線如圖1所示。

　　從 可以看出，當(dāng)容配比為 1.05∶1 時，光伏方陣的最大輸出功率約為 2.5 MW;而當(dāng)容配比為 1.15∶1 時，在 11:30-13:00 期間，光伏方陣的最大輸出功率被限制在 2.75 MW 左右。這是因為逆變器的最大輸出功率一般為其額定功率的 1.1 倍，當(dāng)光伏方陣的最大輸出功率超過逆變器的最大輸出功率時，逆變器將出現(xiàn)過載現(xiàn)象，即將光伏方陣的最大輸出功率限制在逆變器最大輸出功率之內(nèi)，這時光伏方陣的最大輸出功率曲線會出現(xiàn)一段直線，一般稱為削峰現(xiàn)象，如圖 1中容配比為 1.15∶1 時光伏方陣的輸出功率曲線。因削峰現(xiàn)象導(dǎo)致光伏方陣應(yīng)發(fā)的電量沒有發(fā)出，由此造成的發(fā)電量損失稱為逆變器過載損失。

　　通過分析為期 1 年的采集數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，容配比為 1.05∶1 時，光伏方陣輸出功率曲線未出現(xiàn)削峰現(xiàn)象;而容配比為 1.15∶1 時，光伏方陣輸出功率曲線出現(xiàn)了削峰現(xiàn)象。不同容配比的 2 個光伏方陣每千瓦發(fā)電量情況如表 1 所示。

　　由可知，相較于容配比為 1.05:1 的光伏方陣，容配比為 1.15∶1 的光伏方陣每千瓦年發(fā)電量損失比例為 0.86%。

　　1.2 逆變器過載損失的模擬分析

　　為了研究逆變器過載損失和容配比之間的關(guān)系，利用 PVsyst 軟件對光伏方陣裝機(jī)容量為2.500～3.750 MWp、對應(yīng)的容配比為 1.00∶1～1.50∶1 時逆變器的過載損失情況進(jìn)行了模擬，具體模擬結(jié)果如表 2 所示。

　　從表 2 中可以看出，當(dāng)容配比從 1.00∶1 增加至 1.20∶1 時，光伏方陣每千瓦年發(fā)電量均為1225.00 kWh，且逆變器過載損失比例均為 0%。這說明容配比小于等于 1.20∶1 時未發(fā)生逆變器過載損失，光伏方陣每千瓦年發(fā)電量保持一致。當(dāng)容配比增加到 1.25∶1 時，開始出現(xiàn)逆變器過載損失，此時光伏方陣每千瓦年發(fā)電量也從之前的1225.00 kWh 降至 1224.78 kWh，相比未發(fā)生逆變器過載損失時，光伏方陣每千瓦年發(fā)電量減少了0.02%。隨著容配比的繼續(xù)提高，逆變器過載損失也繼續(xù)增大，光伏方陣每千瓦年發(fā)電量也隨之繼續(xù)減少，這說明光伏方陣每千瓦年發(fā)電量值的大小與容配比及逆變器過載損失均相關(guān)。

　　2 逆變器過載造成的發(fā)電量損失校正方法

　　結(jié)合上文中表 1 的實測結(jié)果和表 2 中的模擬結(jié)果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：在實際測試中，當(dāng)容配比為 1.15∶1 時，逆變器發(fā)生了過載損失，相較于容配比為 1.05∶1 時，光伏方陣每千瓦年發(fā)電量損失為 0.86%;而根據(jù)模擬結(jié)果，當(dāng)容配比為1.15∶1 時，未發(fā)生逆變器過載情況。這說明，根據(jù)模擬結(jié)果得到的因逆變器過載而損失的光伏方陣每千瓦發(fā)電量比實際的因逆變器過載而損失的光伏方陣每千瓦發(fā)電量小。因此，本文利用最小二乘法多項式曲線擬合的方法，以光伏方陣的實際發(fā)電量損失數(shù)據(jù)去校正模擬得到的光伏方陣發(fā)電量損失數(shù)據(jù)，以便于最終得到更貼近實際情況的光伏方陣最優(yōu)容配比。

　　文章來源：基于逆變器過載損失的雙面組件光伏電站最優(yōu)容配比分析