集中式和組串式逆變器方案選型比較
發布日期：2015-04-24 瀏覽次數：5981文章來源：http://m.coastalsafetyproducts.com/
1.方案介紹
兆瓦級箱式逆變站解 決方案：1MW單元采用一臺兆瓦級箱式逆變站，內部集成 2臺500kW并網逆變器（集成直流配電柜）、交流配電箱等設備，該箱式逆變站箱體防護等級可達IP54，可直接室外安裝,無需建造逆變器室土建房。
集中式解決方案：1MW單元需建設逆變器室，內置2臺500kW并網逆變器（集成直流配電柜）、1臺通訊柜等設備。現場需要建造逆變器土建房。
組串式解決方案：1MW單元采用40臺28kW組串式并網逆變器，組串式逆變器防護等級IP65，可安裝在組件支架背后。
2.1 投資成本對比
組串式解決方案：
兆瓦級箱式逆變站解決方案：
2.2 可靠性對比
（1）元器件對比
集中式解決方案：1MW配置2臺集中式并網逆變器，單臺設備采用單級拓撲設計，共用功率模塊6個，2臺并網逆變器共12個。單兆瓦配置設備少、總器件數少，發電單元更加可靠。另外，集中式逆變器采用金屬薄膜電容，MTBF超過10萬小時，保證25年無需更換。
組串式解決方案：1MW配置40臺組串式并網逆變器，單臺設備采用雙級拓撲設計，共用功率模塊12個，40臺并網逆變器共480個。功率器件電氣間隙小，不適合高海拔地區。組串式逆變器采用戶外安裝，風吹日曬很容易導致外殼和散熱片老化;且單兆瓦配置設備數量多、總器件數多，可靠性低；采用鋁電解電容，MTBF僅為數千個小時，且故障后無法現場更換。
（2）應用業績對比
集中式解決方案：集中式并網逆變器在大型地面電站中應用廣泛，國內目前99%的光伏電站均采用該類型并網逆變器，市場占有率高，認可度高。
組串式解決方案：組串式并網逆變器在大型地面電站中的應用極少，國內目前只在青海格爾木有4MW的運行業績，市場占有率低，認可度低。
根據全球最權威的光伏逆變器行業研究機構IHS截至2013年12月的統計，容量在5MW以上的光伏電站中，全球約2%的電站采用了組串式方案接入。各代表區域市場里面，比例最高的德國市場，采用組串式方案的比例為12%；近年市場容量排名第一第二的中國和美國市場，采用組串式方案很低，比例不到1%。
（3）諧波及環流問題
集中式解決方案：1MW電站僅需2臺并網逆變器，接入雙分裂變壓器，交流側無需匯流設備，完全不用考慮環流問題和諧波疊加問題，更加可靠。
組串式解決方案：1MW多達40臺組串式并網逆變器,單臺設備在額定功率下的諧波含量遠高于集中式逆變器，且40臺逆變器并聯后，會在并網點造成諧波疊加問題，而且較難抑制。另外，因交流輸出側采用雙繞組變壓器，多臺設備間的環流問題嚴重。
（4）MPPT跟蹤技術
集中式解決方案：集中式并網逆變器采用單路MPPT跟蹤技術，單級拓撲，無BOOST電路，完全適用于大型地面電站無遮擋的環境中，可靠性更高。
組串式解決方案：組串式并網逆變器采用多路MPPT跟蹤技術，雙級拓撲，配備BOOST升壓電路，主要針對分布式及小型電站設計，而大型地面電站因其組件種類單一、朝向角度一致、無局部遮擋，無需配置多路MPPT逆變器。
（5）故障設備數量
假設組串式逆變器故障率為1%，集中式故障率2%，電站容量按照100MW計算。
集中式解決方案：100MW共需200臺集中式并網逆變器，按照故障率2%計算，故障設備為4臺，按照每臺更換一半元器件的極端情況考慮，共需要花費＜30萬。
組串式解決方案：100MW共需4000臺組串式并網逆變器，按照故障率1%計算，故障數量為40臺，按照組串式整機更換的維護理念，共需人工更換逆變器40次，共需花費61.6萬元。
2.3 設備性能對比
（1）逆變器效率對比
為什么組串式并網逆變器的效率相比集中式低呢？原因主要在于常見的組串式并網逆變器采用DC-DC-AC雙級拓撲，而集中式逆變器采用DC-AC單級拓撲，正是因為多一級直流升壓電路從而導致逆變器整機效率下降，通常單級變換要比兩級變換效率高0.4%以上，而組串式逆變器廠家對外宣稱的效率通常是在高直流輸入電壓下測得，相當于關閉DC-DC逆變電路，但實際應用中母線電壓不可能時刻保持在高電壓下，所以組串式逆變器宣稱效率遠低于實際效率。
按照100MWp電站（以西北各省平均日照小時數均在3000小時以上，折算成峰值日照小時數約為1650小時），參考當前電網電價0.95元/度，則25年可增加發電收入為1650（萬元）。
100（MW）×1650（小時）×25（年）×0.95（元/度）×0.4％=1568（萬元）
（2）功能對比
集中式并網逆變器具備更加全面的功能，例如夜間無功補償（SVG）、零電壓穿越、無功調節、功率因數校正等，適應多種電網環境及大型地面電站的技術要求,同時能夠響應電網的各種調度指令。
組串式并網逆變器因針對分布式電站和小型地面電站設計，其單體功率小，應用在大型地面電站中則需要的設備總數巨大，單臺逆變器雖可以實現零電壓穿越功能，但多機并聯時，零電壓穿越、無功調節、有功調節等功能實現較難。多臺設備是否能夠同時應對電網的各種故障，還有待實踐考驗。
（3）拓撲對比
集中式并網逆變器采用單級拓撲，功率器件少、控制系統簡單，技術成熟，大規模應用在大功率并網逆變產品中。
組串式并網逆變器采用兩級拓撲，功率器件多、控制系統復雜、驅動繁瑣，主要應用在中小功率逆變器中。
單級vs雙級：
組串式拓撲vs集中式拓撲：
集中式并網逆變器過載能力高達120%，能夠匹配更大容量的光伏陣列，在光照條件良好的情況為用戶帶來更多的收益。
組串式并網逆變器過載能力僅為110%，因組串式逆變器受到防護等級的限制，在設計時需將散熱部分和發熱元件采用單獨封裝的方式分開，冷空氣無法直接經過主要發熱元件，造成散熱效率較低，所以過載能力受限。
2.4 可維護性對比
集中式并網逆變器采用模塊化前維護設計，控制系統、散熱風機、功率模塊等均采用模塊化設計，待專業的售后服務人員定位故障后，可在20分鐘內完成更換，十分方便。
組串式并網逆變器采用直接更換的維護方式，因設備數量較多，現場故障定位較為繁瑣，仍然要與逆變器廠家溝通確認；其次逆變器現場應用分散，更換困難，整機更換維護成本高，且需要專門配置備件庫房，尤其是在山丘或者站內路況較差的情況，需要人工搬運組串式逆變器，維護時間較長；再有因組串式沒有一級匯流設備，如在白天更換無法斷開直流側，存在高電壓危險，為保障人員安全只能在夜間進行更換，影響維護效率。
通過以上的對比說明不難看出組串式逆變器應用在大型地面電站上面存在較大的風險，也會增加相應的投資；而集中式解決方案和兆瓦級箱式逆變站解決方案專門針對大型地面電站，優勢非常突出，應用業績也十分廣泛，下面對三種方案進行系統的對比。
集中式解決方案與兆瓦級箱式逆變站解決方案目前廣泛應用在大型地面電中，此類電站裝機容量多在5MW以上，一般處于地廣人稀的沙漠、戈壁地帶，組件布局朝向一致，極少出現局部遮擋；中壓10KV或以上并網，對電能質量和電網調度要求高。因此要求逆變器輸出功率高，可靠性好，設備運行維護快捷方便，電網適應性強，能夠從容應對電網可能出現的各種故障。所以大功率集中式逆變器更加適用于5MW以上的大型地面電站。
組串型式并網逆變器解決方案目前廣泛應用在分布式電站和小型電站小型地面電站中，此類電站容量多在5MW以下，常以家用、商用屋頂為組件載體，單個屋頂或單個容量常小于100kW，系統能夠直接并入低壓配電網或供用戶直接使用。分布式發電系統因受到屋頂角度、建筑物陰影、樹木陰影等原因的影響，采用具備多路MPPT功能逆變器可靈活配置組件功率和種類，所以組串型逆變器更加適用于5MW以下的小型地面電站和分布式電站中。
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