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随着光伏发电系统在全球的应用范围愈来愈广,联网逆变器市场也起到了其作为太阳能安装关键组成部分应有的作用。为实现电网稳定、可靠的运行,联网逆变器市场必须能够保证所输送电能的质量以及整个电网的稳定性。为保证与这些要求同步发展,电网运营商将发布新的各制造商均需遵守的电网运行守则,以监督不断增加的使用量。逆变器制造商所面临的另一个难题是各国的相关政策法规都不尽相同,在大多数情况下,甚至在相同地点的不同项目都要遵循不同的规章制度。本文就这些新的发展趋势分析了联网光伏逆变器所面临的各种新挑战。
联网逆变器制造商所面临的一个亟待解决的问题是他们必须遵守各国几乎均不相同的光伏设备联网技术要求。例如,欧洲各国对于联网接口有着各自不同的要求。德国实行是VDE0126-1标准下的"发电装置与公共低压电网之间自动切断装置"规定;意大利则要求各家遵守Enel(国家电力公司)制定的DK5940号标准,"电厂联网标准"等。所有这些国家和地区的标准都对逆变器从电网断开的电压及频率变化有着不同的要求。除了对故障穿越等不同系统的参数进行必要的调整以外,此种现状还导致了较高的生产成本。
就技术层面来看,直至目前为止,常见的逆变器设计是以下列参数作为标准的:温度范围在-25至50℃之间;估算使用期限在20年左右;转换率通常在94%以上;具有电磁兼容性;成本较低;可靠性较高;可承载所有电网故障;功率因数趋近于1;同时可进行最大功率点跟踪(MPPT)。
目前,大多数逆变器的功能是在开关转换器处将光伏设备所产出的直流电压转换成正弦交流电流波形,以保证发电器和公共电网之间的连接与同步性。但是,这种功能随后发生了改变。新的标准在各种程度上对光伏逆变器提出了不同的要求:对效率、成本及稳定性等关键特征的发展;与碳化硅、氮化镓等新材料的兼容性;与微型逆变器等创新型技术的整合;有效的最大功率点跟踪控制功能;以及遵循如"反孤岛效应"测试等各种新规范。
在对硅基MOSFET等新材料的要求方面,SiC技术在碳化物领域发生了显著的改变,使得MOSFET(金氧半场效晶体管)的生产能力远超出了相类似的硅绝缘栅双极型晶体管(insulated-gatebipolartransistor,简称IGBT),特别是在高压高温的条件下。这就为改善光伏逆变器效率提供了一个可行之路。
逆变器及其相关标准
MPPT效率,即在一定时间内,逆变器由光伏阵列处所捕获的能源与理想状态下该技术所捕获的能源量之间的比值,是逆变器内另一个可能发生能源损失的领域。目前对于MPPT效率的正规测试使用的是EN50530标准。这一标准为测量联网光伏系统中逆变器的MPPT效率提供了一个流程,并规定,逆变器应可为低压电网供给稳定的交流电压和恒定的频率。
图一:安装在西班牙境内一座光伏电站的光伏联网逆变器
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