1．關(guān)于光伏扶貧項(xiàng)目
前一段時(shí)間，國(guó)家質(zhì)檢總局曝光了一批逆變器不合格名單。在本不平靜的光伏圈里，又激起了波瀾。筆者看了一下不合格原因，也看了廠家名單（名單中不乏上市公司，也不乏主要產(chǎn)品在10KW以下的著名廠家）基本就做出了判斷：原因不在逆變器廠家，在電網(wǎng)。
絕大多數(shù)逆變器在城市里應(yīng)用都沒(méi)有什么問(wèn)題，但是到了農(nóng)村，特別是沒(méi)有進(jìn)行過(guò)農(nóng)網(wǎng)改造的農(nóng)村就會(huì)問(wèn)題頻出。
1．1 下面一個(gè)較典型的因?yàn)榈碗妷翰荒懿⒕W(wǎng)的案例
“某3臺(tái)逆變器安裝在某莊農(nóng)戶(hù)家。有1臺(tái)是單獨(dú)安裝在一個(gè)農(nóng)戶(hù)家。另外兩臺(tái)5KW逆變器安裝在另外一個(gè)農(nóng)戶(hù)家。這3臺(tái)逆變器在穩(wěn)定運(yùn)行一周后，開(kāi)始出現(xiàn)3臺(tái)逆變器反復(fù)啟動(dòng)。且在天氣溫度高的情況下（中午12點(diǎn)－下午15點(diǎn)），基本停止工作不發(fā)電。”
原因：由于該村是個(gè)大村。并且該村的電壓偏低。安裝時(shí)氣溫還比較適宜，順利并網(wǎng)。過(guò)了一星期左右的時(shí)間，當(dāng)?shù)貧鉁厣撸蟛糠值霓r(nóng)戶(hù)家里開(kāi)空調(diào)，當(dāng)用電量大了以后，致使當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)電壓偏低。超出了逆變器的交流電壓輸出范圍的下限（187－270VAC）。又一周后，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)下過(guò)大雨，村里用電量變少，電網(wǎng)的電壓就又滿(mǎn)足了逆變器電壓要求，系統(tǒng)工作正常。”
很多公司遇到這種情況都會(huì)把逆變器的電壓調(diào)寬，從原來(lái)的（178－270）VAC調(diào)到（140－270）VAC，有海外市場(chǎng)的企業(yè)會(huì)把“安規(guī)”調(diào)整到“澳洲安規(guī)”。從而造成抽檢不合格。
1．2 還有一種情況是電壓超上限，導(dǎo)致逆變器不工作
“某扶貧項(xiàng)目幾十臺(tái)逆變器并聯(lián)組網(wǎng)時(shí)，逆變器出現(xiàn)輸出電壓過(guò)高導(dǎo)致的重連，有異常響聲等問(wèn)題，影響用戶(hù)發(fā)電量。”
為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象？我們做一個(gè)計(jì)算。
首先，線路的電阻，即逆變器端到變壓器端的阻抗（這里按照純電阻計(jì)算，交流電比較復(fù)雜）
R＝ρ＊L／S銅電阻率0．0175，鋁電阻率0．0283（項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)使用鋁線）
當(dāng)?shù)夭⒕W(wǎng)點(diǎn)離變壓器1400米L＝1400M
輸電線徑95mmS＝95
R＝ρ＊L／S＝0．0283＊1400／95＝0．4Ω
該項(xiàng)目每條火線上平均有13臺(tái)機(jī)器，太陽(yáng)光照強(qiáng)時(shí)，平均一臺(tái)機(jī)器往外輸出電流為10A，那么13臺(tái)機(jī)器電流就為130A，此時(shí)電壓最大能被抬升130＊0．4＝52V！即從變壓器到逆變器端的電壓會(huì)被抬升52V。根據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果，中午時(shí)，變壓器低壓側(cè)的電壓最高達(dá)到240V，加上電壓抬升，到逆變器輸出端電壓將達(dá)到240＋52＝292V，實(shí)際抬升的電壓會(huì)更高。超出逆變器電壓范圍，所以會(huì)報(bào)錯(cuò)重連。在光照弱時(shí)，逆變器往外輸出電流小，電壓抬升小，逆變器輸出端電壓在正常范圍內(nèi)，也就能正常發(fā)電。這也是為什么現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)重連現(xiàn)象更頻繁的原因。
逆變器廠家也會(huì)把電壓（178－270）VAC的上限調(diào)高，有時(shí)候會(huì)調(diào)高到320VAC。從而也會(huì)造成抽檢不合格。
1．3 光伏扶貧遇到的問(wèn)題
由于國(guó)家農(nóng)村電網(wǎng)分布廣，發(fā)展不一，農(nóng)網(wǎng)的電能質(zhì)量一些問(wèn)題和特點(diǎn)給光伏發(fā)電，尤其逆變器端的運(yùn)行帶來(lái)了一定挑戰(zhàn)，同時(shí)現(xiàn)行的光伏逆變器標(biāo)準(zhǔn)更多的是依據(jù)地面電站，發(fā)達(dá)地區(qū)電網(wǎng)而設(shè)計(jì)，因此存在著一定的不適應(yīng)性，這些均要求光伏發(fā)電設(shè)計(jì)端，EPC端等做出合理的設(shè)計(jì)和考量，獲得最大的發(fā)電穩(wěn)定性和效率。
對(duì)光伏發(fā)電而言，農(nóng)村電網(wǎng)有如下幾個(gè)電能質(zhì)量特點(diǎn)容易影響到逆變器的正常運(yùn)行：
1）線路損耗大
線路導(dǎo)線有效截面較小很多分布式光伏發(fā)電裝置是依托現(xiàn)有的輸配電設(shè)施進(jìn)行電站建設(shè)，一些區(qū)域由于施工較早，既有設(shè)施容量偏低，對(duì)負(fù)荷（光伏發(fā)電容量，對(duì)電網(wǎng)而言是一個(gè)反向的負(fù)荷）預(yù)期不準(zhǔn)確，導(dǎo)致導(dǎo)線截面選擇過(guò)小，采用鋁線電阻率偏高，電源點(diǎn)建設(shè)較少，低壓配電線路供電半徑較長(zhǎng)，當(dāng)供電半徑超過(guò)一定長(zhǎng)度時(shí)（合理建議最大不超過(guò)0．5km，配變應(yīng)設(shè)在接近負(fù)荷中心的位置），線路損耗太大，均造成逆變器側(cè)端電壓遠(yuǎn)高于PCC（公共接入點(diǎn)）電壓，導(dǎo)致逆變器電壓范圍高出法定要求范圍（CQC電壓范圍187V—252V），逆變器頻繁跳脫，發(fā)電量較少或無(wú)法正常工作；
2）三相電壓不平衡農(nóng)村電網(wǎng)電工水平低，設(shè)計(jì)或增容時(shí)三相負(fù)載不平衡，引起中點(diǎn)偏移，導(dǎo)致相電壓不平衡，負(fù)載輕的一相電壓偏高，負(fù)載重的一相電壓偏低，部分地區(qū)因此超過(guò)國(guó)標(biāo)要求的《三相電壓允許不平衡度》要求，導(dǎo)致逆變器無(wú)法正常工作；
3）配變?nèi)萘啃。到y(tǒng)阻抗高負(fù)荷高峰時(shí)出現(xiàn)超負(fù)荷情況，導(dǎo)致電壓偏低，負(fù)載低谷時(shí)電壓又偏高，單日周期內(nèi)電壓有明顯的大范圍變化，超過(guò)《供電電壓允許偏差》范圍，變電站主變采用有載自動(dòng)調(diào)壓式變壓器可以減緩這個(gè)問(wèn)題；配變?nèi)萘俊⑴潆娋€路長(zhǎng)還有一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是使得系統(tǒng)阻抗相比很大，系統(tǒng)阻抗大帶來(lái)的顯著問(wèn)題是使得逆變器多機(jī)并聯(lián)的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降、諧波放大，單一點(diǎn)數(shù)量越多越明顯，通常逆變器廠家會(huì)限制逆變器交流端到PCC點(diǎn)的傳輸距離，以及總的并聯(lián)數(shù)量。
1．4 個(gè)人對(duì)農(nóng)村光伏扶貧的建議：
農(nóng)網(wǎng)目前特點(diǎn)是電網(wǎng)差、線損大、安全用電水平有待提高。其中線損是指供電系統(tǒng)在傳輸電能的過(guò)程中，在線路和變壓器中的損耗電量。
線損有以下幾種表現(xiàn)：
（1）設(shè)備漏電：鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、農(nóng)戶(hù)大多以便宜價(jià)格購(gòu)進(jìn)城市淘汰下來(lái)的非標(biāo)準(zhǔn)用電設(shè)備，長(zhǎng)年失修，漏電嚴(yán)重。
（2）線路老化：集中表現(xiàn)在拆股線，小線徑導(dǎo)線長(zhǎng)年負(fù)荷重，加速老化，難經(jīng)風(fēng)雨，漏電多，電壓降大。
（3）設(shè)備超載：大多數(shù)農(nóng)戶(hù)一方面是缺乏電器知識(shí)，另一方面是圖省錢(qián)蠻干，使得配變、電機(jī)、線路超載運(yùn)行，熱耗增加。
（4）配電變壓器容量不合適，損耗高：由于線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)，電壓質(zhì)量差，線損大，耗電嚴(yán)重。
（5）私拉亂接，室內(nèi)布線差：農(nóng)村遇農(nóng)忙季節(jié)、集會(huì)場(chǎng)合，私拉亂接，違章用電；室內(nèi)線路敷設(shè)私自安裝，老化失修，捕電嚴(yán)重。
（6）管理混亂：表現(xiàn)在竊電普遍、表計(jì)失準(zhǔn)、用人情電、賬目混亂等方面，管理失控。【1】
由于上述因素，從技術(shù)層面來(lái)說(shuō)，對(duì)于偏遠(yuǎn)、沒(méi)有經(jīng)過(guò)農(nóng)網(wǎng)改造的農(nóng)村，不適合一家一戶(hù)一臺(tái)逆變器。而應(yīng)該規(guī)劃為一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，減少逆變器的使用量。從其他層面來(lái)說(shuō)，中國(guó)人有一個(gè)特點(diǎn)“不患寡，而患不均”。如果離變壓器較遠(yuǎn)的用戶(hù)，天天出問(wèn)題，收益相對(duì)減少，很難保證他們沒(méi)有意見(jiàn)。
2．關(guān)于逆變器認(rèn)識(shí)的一些誤區(qū)
不知道從什么時(shí)候開(kāi)始，光伏設(shè)計(jì)開(kāi)始流行逆變器超配。這沒(méi)有錯(cuò)，但是大家超配有些過(guò)頭了。
我們用公認(rèn)業(yè)內(nèi)最好的“合肥陽(yáng)光”逆變器為例。SG500MX的參數(shù)如下圖：
首先，為什么最大輸入電壓不是1200V，不是1100V？因?yàn)槭袌?chǎng)上主流的母線支撐電容最大耐壓等級(jí)是1100V，我們的IBGT一般是1200V／1400A，按照木桶原理，我們要按照電容的耐壓等級(jí)設(shè)計(jì)逆變器的輸入電壓，那么逆變器的直流電壓上限是1000V（留100V的余量，可以延長(zhǎng)電容的壽命）。我們做組件串并聯(lián)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不要刻意的用1000V去除以組件的開(kāi)路電壓，用900V或者950V就可以了。
其次，為什么MPPT電壓的上限是850V下限是460V？SG500MX的輸出交流電壓是315V，315是交流電壓的平均值，平均值跟最大值的關(guān)系是1．41＊315＝445V。
為什么上限是850V，這個(gè)問(wèn)題就有一點(diǎn)復(fù)雜了。這牽扯到逆變器IGBT的損耗問(wèn)題。
IGBT的損耗主要包括通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。
通態(tài)損耗主要取決于IGBT的導(dǎo)通飽和壓降Vce（sat），開(kāi)關(guān)損耗主要取決于開(kāi)通時(shí)間Ton和關(guān)斷時(shí)間Toff，不同的頻率及不同的電路方式，這兩種損耗所占的總損耗的比例是不同的。當(dāng)工作頻率較低時(shí)，通態(tài)損耗是主要的，建議選取低飽和壓降的IGBT；當(dāng)工作頻率較高時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗是主要的，建議選取短拖尾電流的快速I(mǎi)GBT。
選用更大電流的模塊則可把開(kāi)關(guān)速度提高并減小開(kāi)關(guān)損耗。開(kāi)關(guān)損耗包括開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，在串聯(lián)諧振電路中，IGBT開(kāi)通時(shí)做到零電壓開(kāi)通是較易做到的，這時(shí)的開(kāi)通損耗極小；IGBT關(guān)斷時(shí)做到接近零電流關(guān)斷是可以做到的，這時(shí)的關(guān)斷損耗也較小。柵極電阻RG減小可縮短開(kāi)通時(shí)間Ton和關(guān)斷時(shí)間Toff，并減小了開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗，但卻增加了浪涌電壓和電磁干擾。
所以電壓越高IGBT的開(kāi)關(guān)應(yīng)力越大，開(kāi)關(guān)損耗變的很高。這就是為什么下圖所示850V時(shí)逆變器的效率最低。
組串逆變器也一樣，并不是組件串聯(lián)的數(shù)量越多越好，而是適中最好。希望光伏設(shè)計(jì)師學(xué)會(huì)看逆變器的效率曲線圖。不要去研究24塊一串好，還是23塊一串好。而是看最高和最低環(huán)境溫度時(shí)那種配置效率更高，不然就失去了組串逆變器的意義。
［1］翟明軍．金蓉 農(nóng)村電網(wǎng)改造的技術(shù)措施探討［期刊論文］－中國(guó)農(nóng)村水利水電2005（11）
作者：張喆
