逆變器過載損失分析

　　近年來，隨著我國(guó)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(guó)光伏發(fā)電進(jìn)入了平價(jià)時(shí)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(shí)，容配比等于 1∶1;當(dāng)直流側(cè)容量大于交流側(cè)容量時(shí)，容配比大于 1∶1;當(dāng)直流側(cè)容量小于交流側(cè)容量時(shí)，容配比小于 1∶1。

　　受光照情況的影響，大部分時(shí)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(shí)，逆變器通常會(huì)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(jì)時(shí)，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(huì)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(jì)時(shí)，需對(duì)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(jì)時(shí)，優(yōu)化容配比的方法一般是采用軟件對(duì)不同容配比下光伏電站的發(fā)電量進(jìn)行模擬，再對(duì)不同發(fā)電量時(shí)的光伏電站收益率進(jìn)行對(duì)比，光伏電站收益率最好時(shí)所對(duì)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(duì)光伏電站的發(fā)電量進(jìn)行模擬時(shí)，由于通過軟件模擬得到的逆變器過載損失與實(shí)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(gè)采用雙面光伏組件的光伏電站 ( 下文簡(jiǎn)稱為“雙面組件光伏電站”) 為例，首先對(duì)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(shí)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(xiàng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)際數(shù)據(jù)，對(duì)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(gè)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(shí)證分析

　　以本雙面組件光伏電站中的 2 個(gè)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(gè)光伏方陣所對(duì)應(yīng)的容配比分別為1.05∶1 和 1.15∶1。對(duì)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(shí)，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(shí)，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?yàn)槟孀兤鞯淖畲筝敵龉β室话銥槠漕~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(shí)，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(shí)光伏方陣的最大輸出功率曲線會(huì)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(shí)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(shí)，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(shí)，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(gè)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(duì)光伏方陣裝機(jī)容量為2.500～3.750 MWp、對(duì)應(yīng)的容配比為 1.00∶1～1.50∶1 時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)，開始出現(xiàn)逆變器過載損失，此時(shí)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(shí)，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(shí)測(cè)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(shí)際測(cè)試中，當(dāng)容配比為 1.15∶1 時(shí)，逆變器發(fā)生了過載損失，相較于容配比為 1.05∶1 時(shí)，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(shí)，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(shí)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(xiàng)式曲線擬合的方法，以光伏方陣的實(shí)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(shí)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