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基于无变压器逆变器的光伏系统优化设计

2012-03-02 08:32
Radow
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  如果没有一个变压器,逆变器的尺寸更小,重量更轻,为电力集成商在安装和整体系统设计方面提供了更大的自由。由于重量的限制和必须的加固措施,在五层楼的建筑物屋顶安装一个传统的逆变器从成本上来说可能会让人望而却步,但是设计人员却可以让无变压器逆变器安装在商业建筑的屋顶上(而不是安装在地下室),使其直接与五楼的安装板连接。这样的设计不仅可以免除昂贵的高达五层楼的直流电布线,而且还能缩短交流电电线的长度并降低相关成本。

  最后一点,多个逆变器可以在不用变压器的情况下并联,而电源则可以直接使用,以便实现稳定的表现。无变压器逆变器技术采用大得多的电源优化器 (Line Reactor) 和较小的三角形滤波电容。这些较小的三角形滤波电容器也通过一种串联电阻器进行缓冲,从而提高控制系统的稳定性,并且减少并联逆变器之间的相互作用。带有一种单一引擎设计的500千瓦逆变器也能减少零部件数量,从而提高整个系统的可靠性。

  公用安装项目中使用的并联逆变器

  同样的原则也适用于公用规模的安装项目。然而,大多数公用规模的安装项目涉及大型接地光伏数组,并配备了许多逆变器,可迅速升压至中压(4160至13.8千伏)。此外,传统逆变器需要一个单独的隔离变压器与各个逆变器进行配对,而这就占到不必要损耗中的多达两个效率点。

  在一个1兆瓦的模块中,可将1至4个传统逆变器安置在一个单独的垫板上,并且每个逆变器都带有中压连接。中压连接成本很高,执行这项工作的电工人员需要接受更高等级的培训和认证。需要使用更大的设备垫板或公用机箱。如果电场有一个追踪器参与运行,那么就需要单独的变压器为这些追踪器供电。这样,系统平衡设备、材料和安装成本便会迅速增加。

  传统逆变器还通过公用线路自干扰(如各种 VAR 发电)来检测孤岛情况。当与许多逆变器并联时,这种干扰就会在所有逆变器之间产生 VAR拍差频率,所产生的假脱扣将使电场关闭。多个传统逆变器及它们的大型三角电容器也会产生不稳定性并吸收大量谐波电流。

  这些问题都可以通过无变压器逆变器技术来避免。无变压器逆变器可以被并联到一个中压变压器的单独绕组上。每组逆变器仅需要一个独立、标准的1000、1500、2000或2500 kVAR 规格的中压变压器。这就为站点配置提供了众多可能性。由于其电流低于传统逆变器的电流,因此安置逆变器和变压器的方式还有更多灵活选择。

  无变压器逆变器的尺寸约为传统逆变器的一半,可直接转换成更高的电压,这就减少了所需占地面积、运输和起重设备成本(加上递增的设备垫板或公用机箱建造成本)以及连接绕组的大小和数量。此外,一个连接到无变压器逆变器的标准配电板可以在无需单独变压器的情况下向追踪器供电。由于变压器减少,系统中的电抗组件随之减少,从而实现最稳定的运行状态。此外,每个逆变器均通过以太网进行自动和独立寻址,从而消除了一切干扰问题。

  此外,完全被动的反孤岛技术(anti-islanding technique)不会干扰带 VAR偏差的公用电压,也不会在路线上设置其它瞬态,因此能够实现高效、顺畅、稳定的电源,这一起都为了相对削减安装成本。

  在商业和公用安装项目中发挥新的能力

  电力集成商和公用电力事业机构可以通过将多个无变压器逆变器直接整合到电网或中压的方式发挥出新的能力。由此产生的最大发电量和高功效收益将继续推动太阳能光伏发电和替代性能源成为主流。同时,新型光伏系统设计实现了前所未有的灵活性和成本节省,对电力集成商和公用电力事业机构产生了意义深远的广泛影响。目前,许多机构都纷纷采用了无变压器的逆变器技术,这种新的配置正在改变着行业面貌。

  结语

  通过利用无变压器的逆变器技术,电力集成商和公用电力事业机构能够降低光伏系统的复杂性并最大限度地提高电力传输,无论是在商业安装项目中直接接入电网,还是在公用安装项目中接入中压。此外,无变压器逆变器技术可缩小光伏系统安装规模,并降低系统平衡成本,从而扭转了发展趋势。新趋势强调平准化发电成本 (LCOE),本文讨论的新一代无变压器逆变器能够大幅降低 LCOE,而这些只需提供直接的转换即可实现——这是一个值得在未来探讨的议题。

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