淺析光伏逆變器的技術發展路線

在光伏產業興起之前，逆變器或者逆變技術主要被應用到了如軌道交通，電源等行業。當光伏產業興起之后，光伏逆變器變成了新能源發電系統中的核心設 備，隨之被大家所熟悉。尤其在歐美發達國家，由于節能環保觀念深入人心，光伏市場開展的較早，特別是家用光伏系統發展迅速，在很多的國家，家用型逆變器已 經被當做家用電器在使用，普及率較高。

　　光伏逆變器把光伏組件產生的直流電轉換成交流電后饋入電網，逆變器的性能和可靠性決定著發電的電能質量和發電效益，因此光伏逆變器在整個光伏發電系統里處于一個核心地位。

　　一般而言，從逆變器和電網的關系來進行分類，光伏逆變器會分為以下幾個主要的類別：并網（Grid-connected）逆變器；離網（Solo）逆變器；雙向（Bi-direction）逆變器；微網（Smart grid）逆變器。

　　其中，并網逆變器在所有類別中占據了主要的市場份額，也是所有逆變器技術發展的一個開始。相對于其它幾類逆變器，并網逆變器從技術上相對簡單，重點關 注光伏輸入和電網輸出，能夠安全、可靠、高效、高質量的輸出電能成為了這類逆變器重點衡量的技術指標。在不同國家制定的光伏逆變器并網技術條件中，以上幾 點成為了標準的共性衡量點，當然細節的參數有所不同。針對并網型逆變器，所有的技術要求都是圍繞著滿足電網對分布式發電系統的要求展開的，更多的要求來自 于電網對逆變器的要求，即自上而下的要求，如電壓，頻率規格，電能質量要求，發生安全，故障時候的控制要求。以及如何并網，并入什么電壓等級的電網等等要 求，因此并網型逆變器總歸是要滿足電網的要求即可，它沒有來自于發電系統內部的要求。而且從技術上而言，非常重要的一點是并網型逆變器是“并網發電”，即 符合并網條件即發電，它不承擔電網本身的穩定性，安全性等問題，也不涉及到光伏系統內的能源管理問題，因此它是簡單的。就像它產生的電的商業模式一樣來的 簡單。據國外的統計數據，目前已經建設并運行的光伏系統中，大約有超過90%都是光伏并網系統，都采用的是并網逆變器，為了清晰的說明以上觀點，請參考下 面的并網型光伏電站系統圖。

　　圖1 并網型光伏電站系統圖

和并網逆變器相互對立的一類逆變器就是離網逆變器。離網型逆變器指的是逆變器輸出不和電網相聯，而是和負載相聯，直接帶動負載供電。離網逆變器應用 是較少的，主要在一些偏遠地區，不具備并網條件，并網條件差，或者有自發電，自用電需求的場合下，離網系統強調的是“自發自用”。離網逆變器由于應用少， 因此在技術上研究、發展的都很少。在國際上關于離網逆變器的技術條件，標準也很少，這就導致了該類逆變器研究，開發的越來越少，呈現萎縮的態勢。但離網逆 變器所具有的功能，涉及到的技術卻并不簡單，特別是和儲能電池的配合，整個系統的控制和管理都比并網型逆變器要復雜。應該說，由離網逆變器，光伏板，蓄電 池，負載等其它設備組成的系統已經是一個簡單的微電網系統，唯一一點是該系統不和電網相聯，是一個“孤島系統”。

　　事實上，離網逆變器是雙向逆變器發展的一個基礎，雙向逆變器實際上是綜合了并網逆變器和離網逆變器的技術特點，應用在局部供電網絡或者發電系統和電網 并聯使用的場合。這類應用雖然目前不多，但因為該類系統是微電網發展的雛形，符合未來分布式發電的基礎架構和商業運行模式，因此在技術上屬于承前啟后的一 個角色，即在當前并網型應用和未來局部微電網應用之間的橋梁作用。事實上，目前在一些光伏發展較快，較為成熟的國家和市場，以家庭、小型區域為單位的微電 網應用已經在開始慢慢發展了。同時，當地政府鼓勵以家庭為單元發展局部發電、儲電、用電的網絡，以新能源發電自用優先，不足部分取自電網。因此雙向逆變器 需要考慮更多的控制功能和能源管理功能，如蓄電池充放電控制，并網/離網運行策略，負載可靠供電策略等。總而言之，雙向逆變器將更多的從整個系統的角度擔 當重要的控制和管理功能，而不單一的只考慮電網的要求或者負載的要求。

　　作為電網發展的方向之一，以新能源發電為核心構建的局部發電、配電、用電網絡將是未來微電網主要發展的方式之一。在這種模式下，局部微電網將和大電網 形成一種互動的關系，微電網將不再是緊密依靠大電網運行，而更多的以獨立運行的方式，即孤島方式在運行。以滿足區域的安全，可靠用電優先，只有在局部電力 富裕或者需要從外部電網取電時，才形成并網運行的模式。目前，由于各方面的技術，政策等條件不成熟，微電網并沒有大規模的得到應用，只有少量的示范項目在 運行，而且這些項目中，以并網運行的模式居多。微網逆變器是結合了雙向逆變器的技術特征，同時擔當重要的電網管理功能，是典型的逆變、控制和管理為一體的 綜合控制逆變一體機。它承擔著局部能量管理、負荷控制，電池管理，逆變，保護等功能，將和微電網能源管理系統（MGEMS）一起完成對整個微電網的管理功 能，將是構建微網系統的核心設備。和逆變器技術發展中最開始的并網逆變器相比，已經脫離了單純的逆變功能，而承載了微電網管理和控制的功能，從系統層面關 注和解決一些問題。圖2展示的是我公司合作的微點網項目系統配置圖，該系統具有一定的典型性，是由柴油發電機擔當基本供電單元，可再生能源發電作為補充。 由我公司提供儲能型逆變器，提供雙向逆變、變流、電池充放電，微電網管理系統對整個微電網進行管理，接觸器A，B，C都是受控于微電網管理系統，能夠在孤 島運行時根據電力供應切斷非重要負荷，維持微電網的穩定和重要負荷的安全運行。

　　圖2 一種微電網應用系統

　　目前各逆變器廠商主要供應并網型逆變器，少量的離網逆變器和雙向逆變器，只有極少的國內外大廠商推出了面向微電網應用的微網逆變器。而且這類逆變器由 于缺乏相關的技術標準，認證標準，還存在著各家的產品功能差異大，技術水平差異大的特點。特別是在家用型微電網產品上，只有歐洲幾個技術領先的廠商如德國 的SMA，KACO等有少量的產品，國內廠商還沒有推出相應的產品。

　　北京昆蘭新能源技術有限公司在小型家用型、商用型逆變器技術上處于國內領先的地位，其Sunteams1-5Kw在國際市場上累計銷售了6萬多臺，產 品質量和性能得到了市場的廣泛驗證和客戶的高度認可。北京昆蘭已經形成了功率等級從1.5kW到1MW的完整的并網逆變器產品線，正在規劃和研發面向微電 網應用的儲能雙向逆變器。北京昆蘭繼續領跑國內的逆變器技術研發，為國內外的客戶提供高性能的逆變器產品和高質量的服務，為綠色能源的發展貢獻更大的力 量！