光伏電站(系統(tǒng))中逆變器的地位舉足輕重，一臺(tái)無(wú)人值守可全自動(dòng)運(yùn)行的光伏逆變器究竟有多智能?今天我們來(lái)梳理一下。
1. 智能MPPT
MPPT(Maximum Power Point Tracker)技術(shù)是逆變器的核心關(guān)鍵技術(shù)，它是指逆變器實(shí)時(shí)追蹤找尋組件(方陣)的最大輸出功率的能力。光伏組件的輸出功率受輻照、溫度等多種因素的影響，并不總能輸出標(biāo)稱的額定功率，逆變器的任務(wù)就是實(shí)時(shí)追蹤到每一時(shí)刻條件下組件能輸出的最大功率，最大化提升發(fā)電量。
不同輻照度對(duì)輸出功率的影響
不同溫度對(duì)輸出功率的影響
逆變器通過(guò)測(cè)量電流、電壓和功率，判斷出當(dāng)前工作點(diǎn)與峰值點(diǎn)的位置關(guān)系，智能調(diào)節(jié)工作點(diǎn)電壓(或電流)，使其向峰值功率點(diǎn)靠攏，從而使光伏系統(tǒng)始終保持運(yùn)行在峰值功率點(diǎn)附近。
MPPT追蹤原理圖
2. 智能防孤島
逆變器內(nèi)部置有防孤島(Anti-Islanding)保護(hù)電路，實(shí)時(shí)智能偵測(cè)所要并入的電網(wǎng)的電壓(V)、頻率(f)等信息，與預(yù)置電壓、頻率值實(shí)時(shí)進(jìn)行比較，如所偵測(cè)到的實(shí)際值在合理的范圍之內(nèi)，則逆變器正常工作;反之，則根據(jù)不同的實(shí)測(cè)值在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)斷開(kāi)電流，停止輸出，并報(bào)故障。
防孤島與低電壓穿越本質(zhì)上是相互矛盾的，但在一些無(wú)人值守的電站或大型地面電站中，又具有某種同時(shí)存在的必要和理由。國(guó)標(biāo)相關(guān)規(guī)定對(duì)防孤島保護(hù)和低電壓穿越的時(shí)間都有規(guī)定，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)故障時(shí)，孤島即將產(chǎn)生，此時(shí)光伏系統(tǒng)只要支撐1S左右的時(shí)間等待電網(wǎng)恢復(fù)，如果2S后仍未恢復(fù)，此時(shí)可切出。在此過(guò)程中，逆變器始終保持對(duì)電網(wǎng)信息的偵測(cè)狀態(tài)。
3. 智能組串監(jiān)測(cè)
隨著技術(shù)的發(fā)展，逆變器在原有MPPT監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，早已實(shí)現(xiàn)智能的組串逐串監(jiān)測(cè)。組串監(jiān)測(cè)相較于MPPT監(jiān)測(cè)，對(duì)電壓電流的監(jiān)測(cè)精確到了每一個(gè)支路組串，用戶可以清晰地查看每一路組串的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果組串的電壓不一致，則反向證明是哪一個(gè)組串的組件塊數(shù)不一致，一目了然。
4. 智能I-V曲線掃描診斷
光伏組件I/V曲線指光伏組件的輸出電流與輸出電壓之間存在的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系的關(guān)系，研究人員通過(guò)曲線的形式將它表達(dá)了出來(lái)。
I-V曲線圖
一旦組件發(fā)生陰影遮擋、損壞或者接觸不良等情況時(shí)，組件和組串的I/V曲線都會(huì)發(fā)生明顯的變化。
傳統(tǒng)的測(cè)試組件的I/V曲線是需要借助專門(mén)的測(cè)試工具(I/V曲線測(cè)試儀和輻照度計(jì)等設(shè)備)，需將待測(cè)試的組串從逆變器上取下，逐一測(cè)量，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，且耽誤發(fā)電。
目前，主流高性能逆變器自身已具備智能I-V曲線掃描及診斷功能，主要的實(shí)現(xiàn)原理如下：
⑴ 測(cè)量組串開(kāi)路電壓Voc和短路電流Isc。
⑵ 測(cè)量最大功率點(diǎn)電壓Vmpp和電流Impp，峰值功率Pmax。
⑶ 識(shí)別光伏組件/陣列缺陷，陰影遮擋，光伏組件灰塵損失，溫升損失、功率衰減，串并聯(lián)配置損失等。
有遮擋(左)與無(wú)遮擋的I/V曲線掃描對(duì)比
5. 智能防PID效應(yīng)
光伏組件的PID(Potential Induced Degradation)效應(yīng)，是指組件在長(zhǎng)時(shí)間工作后性能會(huì)逐漸衰減的一種情況。PID效應(yīng)的直接危害就是大量電荷聚集在電池片表面，使電池表面出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，使得電池組件的填充因子(FF)、開(kāi)路電壓、短路電流減少。減少太陽(yáng)能電站的輸出功率，減少發(fā)電量，減少了光伏電站的收益。
PID效應(yīng)容易在潮濕的環(huán)境下發(fā)生，并且活躍程度與潮濕程度正相關(guān)，同時(shí)組件表面被導(dǎo)電性、酸性、堿性以及帶有離子的物體的污染程度，也與衰減現(xiàn)象的發(fā)生有關(guān)。
目前主流組件本身具備防PID效應(yīng)功能，此外，逆變器也可以附加該功能，通過(guò)抬升交流輸出側(cè)N線電壓，間接抬升PV負(fù)極電壓，使各臺(tái)逆變器的PV負(fù)極對(duì)地電壓接近為0或者稍高于0電位，以達(dá)到抑制PID效應(yīng)的目的。系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集器與逆變器和外置的防PID模塊連接通訊，自動(dòng)采集逆變器的負(fù)極狀態(tài)信息，自動(dòng)進(jìn)行抬升調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)智能防PID功能。
6. 智能風(fēng)冷
散熱是逆變器一項(xiàng)重要課題，一臺(tái)逆變器中集成了上千種電力電子元器件，如果散熱不佳，會(huì)嚴(yán)重影響逆變器的輸出能力和使用壽命。電子器件的10度法則就是指溫度每升高10℃，器件的壽命就會(huì)減小一半。目前逆變器普遍采用智能風(fēng)冷，逆變器外置高性能風(fēng)扇，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP67，內(nèi)置溫度傳感器及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)器件溫度，并設(shè)置合適的閾值。當(dāng)檢測(cè)到溫度超過(guò)閾值時(shí)，電路自動(dòng)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇運(yùn)行，待溫度回歸正常以后，驅(qū)動(dòng)電路關(guān)閉，風(fēng)扇逐漸停止運(yùn)行。
7. 智能恢復(fù)并網(wǎng)
逆變器之所以能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，就是因?yàn)樗邆渲悄芑謴?fù)并網(wǎng)功能。電站的正常運(yùn)行取決于多種因素，如組串電壓、電網(wǎng)電壓、頻率等，逆變器可能因并網(wǎng)輸出條件不具備而出現(xiàn)待機(jī)、故障停機(jī)等狀態(tài)。而一旦它檢測(cè)到各項(xiàng)運(yùn)行條件正常，則會(huì)在自檢(一般20s~5min)后自動(dòng)恢復(fù)并網(wǎng)輸出，不再需要重新調(diào)試、重啟等人為操作。
8、智能無(wú)功補(bǔ)償
光伏逆變器在通常發(fā)電情況下只發(fā)有功電量，但實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，特別是工商業(yè)光伏自發(fā)自用的應(yīng)用場(chǎng)景，負(fù)載消耗的電量中不僅包括有功電量，還包括無(wú)功電量，電網(wǎng)公司在電費(fèi)結(jié)算時(shí)僅收取有功電費(fèi)，但同時(shí)會(huì)對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行考核，如功率因數(shù)低于電網(wǎng)公司的要求，電網(wǎng)公司會(huì)懲罰性的收取力調(diào)電費(fèi)。工商業(yè)業(yè)主為了避免力調(diào)電費(fèi)的產(chǎn)生，以往通常是在負(fù)載端無(wú)功補(bǔ)償裝置，來(lái)確保功率因數(shù)達(dá)標(biāo)。
但隨著光伏電站的投運(yùn)，原來(lái)的無(wú)功補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償容量不夠用，需要額外購(gòu)買(mǎi)無(wú)功補(bǔ)償裝置，這時(shí)逆變器可通過(guò)監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)負(fù)載端的功率因數(shù)，在發(fā)有功電量的同時(shí)，智能調(diào)整功率因數(shù)同時(shí)發(fā)一部分無(wú)功電量進(jìn)行智能無(wú)功補(bǔ)償，這樣可以幫用戶節(jié)省無(wú)功補(bǔ)償裝置的費(fèi)用，也可以減少無(wú)功補(bǔ)償裝置空載損耗的電量。
通過(guò)以上內(nèi)容可以看出，逆變器不愧是光伏電站的中樞和大腦。正是因?yàn)橛辛诉@些智能功能的保障，光伏電站才得以穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)收益最大化。
評(píng)論