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摘要：在光伏项目中，逆变器是不可或缺的重要设备之一。就目前光伏电站而言逆变器的选型有两种选择，集中式逆变器和组串式逆变器。两者各有优缺点，所以逆变器型式的最终选择需要依据项目具体情况科学选择。
关键词：光伏电站 组串式逆变器 集中式逆变器
一、引言
前光伏市场中，在分布式商业屋顶和地面电站领域，采用集中式逆变器是组串式逆变器在业内引起了很大争议。在具体项目的实际选型中需要依据项目具体情况和两者各自的优缺点制定方案，最终通过多方面对比综合确定设备的最终选型。
二、集中式逆变器和组串式逆变器的产品简介、特点比较和选型对比
1、集中式逆变器和组串式逆变器的产品简介
1.1 逆变器基本参数和结构：
1) 集中式逆变器：设备功率在50kW到630kW之间，功率器件采用大电流IGBT，系统拓扑结构采用DC-AC一级电力电子器件变换全桥逆变，工频隔离变压器的方式，防护等级一般为IP20。体积较大，室内立式安装。
2) 组串式逆变器：功率小于30kW，功率开关管采用小电流的MOSFET，拓扑结构采用DC-DC-BOOST升压和DC-AC全桥逆变两级电力电子器件变换，防护等级一般为IP65。体积较小，可室外臂挂式安装。
1.2 逆变器系统主要器件组成：
1)集中式逆变器：光伏组件，直流电缆，汇流箱，直流电缆，直流汇流配电，直流电缆，逆变器，隔离变压器，交流配电，电网。
2)组串式逆变器：组件，直流电缆，逆变器，交流配电，电网。
2、集中式逆变器和组串式逆变器的主要特点比较
2.1集中式逆变器和组串式逆变器的主要优缺点比较
1)集中式逆变器的主要优缺点
主要优点有：
(1)设备功率大，电站整体逆变器数量少，便于管理；
(2)逆变器元器件数量少，可靠性高；
(3)逆变器谐波含量少，直流分量少，电能质量高；
(4)逆变器集成度高，功率密度大，成本低；
(5)逆变器各种保护功能齐全，电站运行过程中安全性高；
(6)逆变器具备功率因素调节功能和低电压穿越功能，电网调节性好。
主要缺点有：
(1)直流汇流箱故障率较高，会影响整个系统；
(2)集中式逆变器MPPT电压范围窄，一般为450-820V，组件配置不灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间短；
(3)集中式逆变器机房安装部署困难、需要建造专用的机房和设备；
(4)集中式逆变器逆变器自身需要耗电且机房通风散热也需要耗电，系统维护相对复杂；
(5)集中式并网逆变系统中，组件方阵经过两次汇流到达逆变器，逆变器最大功率跟踪功能(MPPT)不能监控到每一路组件的运行情况，因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点，当有一块组件发生故障或者被阴影遮挡，会影响整个系统的发电效率；
(6)集中式并网逆变系统中无冗余能力，如有发生故障停机，整个系统将停止发电。
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1)组串式逆变器的主要优缺点
主要优点有：
(1)组串式逆变器采用模块化设计，每个光伏串对应一个逆变器，直流端具有最大功率跟踪功能，交流端并联并网，其优点是不受组串间模块差异，和阴影遮挡的影响，同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配的情况，最大程度地增加了发电量；
(2)组串式逆变器MPPT电压范围宽，一般为250-800V，组件配置更为灵活。在阴雨天，雾气多的部区，发电时间；
(3)组串式并网逆变器的体积小、重量轻，搬运和安装都非常方便，不需要专业工具和设备，也不需要专门的配电室，在各种应用中都能够简化施工、减少占地，直流线路连接也不需要直流汇流箱和直流配电柜等。组串式还具有自耗电低、故障影响小、更换维护方便等优势。
主要缺点有：
(1)电子元器件较多，功率器件和信号电路在同一块板上，设计和制造的难度大，可靠性稍差；
(2)功率器件电气间隙小，不适合高海拔地区。户外型安装，风吹日晒很容易导致外壳和散热片老化；
(3)不带隔离变压器设计，电气安全性稍差，不适合薄膜组件负极接地系统，直流分量大，对电网影响大；
(4)多个逆变器并联时，总谐波高，单台逆变器THDI可以控制到2%以上，但如果超过40台逆变器并联时，总谐波会迭加。而且较难抑制；
(5)逆变器数量多，总故障率会升高，系统监控难度大；
(6)没有直流断路器和交流断路器，没有直流熔断器，当系统发生故障时，不容易断开；
(7)单台逆变器可以实现零电压穿越功能，但多机并联时，零电压穿越功能、无功调节、有功调节等功能实现较难；
2.2集中式逆变器和组串式逆变器关于电站对设备特殊功能要求的比较
(1)零电压穿越保护的问题
根据GB/T19964-2012中对低电压穿越故障的要求，逆变器必须具备零电压穿越能力，要求逆变器能够在电网电压跌至0时，保持0.15s并网运行，当电压跌至曲线1以下，允许逆变器从电网中切出。在光伏发电站的零电压穿越能力要求方面集中式逆变器较组串式逆变器有更好的优越性，原因是组串式逆变器存在以下劣势：
组网方式限制，其逆变器间无高频载波同步，无法解决逆变器间的并联环流问题；
且距离箱变远端的逆变器线路阻抗较大；
多机并联模式，多台逆变器在电网电业跌落时会无法统一输出电压及电流的相位。
(2)防孤岛保护问题
孤岛效应是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。GB/T19964-2012标准要求电站具有防孤岛保护设备，通常情况下逆变器采用主动+被动双重防孤岛保护，以保障在任何情况下逆变器能可靠地断开与电网的连接。主动保护通常采用向电网注入很小的干扰信号，通过检测回馈信号判断是否失电，而被动保护通常采用检测输出电压、频率和相位的方式来判定孤岛状态的发生。针对防孤岛保护问题，组串式逆变器和集中式逆变器的各自特点如下：
1)组串式逆变器：交流侧直接并联，因主动保护而采用注入失真信号的方式无法应用在多机并联的系统中，无法执行孤岛保护中的主动保护。另外产生谐振孤岛将会对线路检修人员造成安全威胁，对用电设备造成损害，严重影响电站的运行安全等等。
2)集中式逆变器：交流输出无需汇流，直接接入双分裂绕组变压器，同时执行主动和被主动孤岛保护。
(3)支持电网调度问题
组串式逆变器和集中式逆变器的共同点是均采用RS485作为通讯接口，回应速度均相应较慢。不同点是：
1)组串式逆变器：每兆瓦需对40台逆变器调度，不利于电站的远端调度管理；
2)集中式逆变器：每兆瓦仅对2台逆变器调度，较为方便。
(4)PID效应抑制策略问题
目前公认的最为可靠抑制PID效应的解决方法是逆变器负极接地，在实际工况下组串式逆变器和集中式逆变器的各自特点如下：
1)组串式逆变器：采用虚拟负极接地电路的方式来抑制PID效应，如虚拟电路发生故障组串式逆变器则无法保障对PID效应抑制，远比实体负极接地可靠性差。
2)集中式逆变器：采用绝缘阻抗监测+GFDI(PV Ground-Fault Detector Interrupter，由分断器件和传感器组成)方案，即逆变器即时监测PV+对地阻抗。当PV+对地阻抗低于阈值的时候，逆变器就会立刻报警停机。
三、结论
通过以上分析，虽然组串式逆变器和集中式逆变器各具优劣，但从目前的技术发展来看大型地面光伏电站还是选择集中式逆变器，此类电站装机容量多在5MW以上，且一般处在地广人稀的沙漠、戈壁地带，组件布局朝向一致，极少出现局部遮挡。
组串式逆变器则更加适用于小型电站中，此类电站容量多在5MW之下，多以家用和商用屋顶为组件载体，单个屋顶或单个容量常小于100kW，系统能够直接并入低压配电网或供用户直接使用。。
但随着逆变器技术日新月异的发展，不排除组串式逆变器有突破技术壁垒和成本瓶颈的可能
参考文献
[1]杨贵恒.太阳能光伏发电系统及其应用，化学工业出版社，2011；
[2]孙龙林.单相非隔离型光伏逆变器的研究，合肥工业大学，2009；
作者简介
岳国辉，张崇尧，工作单位：山东电力建设第三工程公司 职务：检验工程师。
论文作者:岳国辉,张崇尧
论文发表刊物:《电力设备》2016年第13期
论文发表时间:2016/10/10
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