户用型光伏并网逆变器技术发展新特点

　　光伏并网逆变器按照应用场合的不同通常分为户用型，商用型和电站型等几大类。其中户用型和商用型通常是用于光伏建筑BIPV， BAPV或者屋顶电站等光伏系统中，具有相近的使用场景和共通的技术特点，因此通常归为一类，称为户用型或组串型并网逆变器，以区别于大型电站型或者集中型逆变器。户用型光伏并网逆变器输出的功率等级范围通常为1kw~30kw或者几十千瓦以下，这类的逆变器通常要满足以下几个要求：

　　● 单相或三相低/中压并网

　　● 无变压器设计，大于96%的转换效率

　　● 壁挂式安装，IP65防护等级，满足户外使用条件

　　● 整机轻便，显示界面友好，造型美观等

　　以上这些基本要求实际上满足了最终用户、系统集成商、安装商等各方面需求主体要求光伏系统或者光伏变器能够产生更多的电力，能够安全可靠的并网运行，方便安装、维护、系统的监控和电费的计量等多方面的诉求。图1为户用型系统的应用场景

　　图1 住宅型光伏系统应用场景

　　在光伏市场的发展中，最早开始的是国外的户用型系统。在欧洲，澳大利亚等光伏市场发展较早和较快的国家，政府较早的出台了相应的补贴政策，相关的机构出台了并网技术规范和标准，在这些政策和标准的鼓励推动下，这些国家的户用型光伏市场启动和发展的很快。光伏逆变器受到来自两方面的需求和约束，一方面是来自用户，无论是直接用户还是间接用户对逆变器厂商提出的产品功能和性能的需求，另一方面并网逆变器要应对入网国家的相关技术标准和规范，满足产品认证的要求，以适应并网区域或者国家的电网要求。光伏市场在这些国家发展的速度很快，因此来自以上两个方面的要求变化也很快，推动了逆变器技术、产品的创新以及更新换代。本文将全面总结和分析最近出现的针对户用型并网逆变器在技术、产品功能等方面出现的一些新的特点和要求

　　● 能够接收来自电网的指令，进行并网电气参数的调整

　　在2012年德国最新颁布的逆变器并入低压电网的《VDE-AR-N 4105》标准中，有两个重要的技术要求，第一是明确要求由电网管理者降低有功，其要点如下：

　　◆ 出于安全考虑：电网过载。

　　◆电网管理者能过远程降低有功功率。

　　◆逆变器需在技术能以小于10%Pn的步长降有功。

　　◆ 通常的功率降低水平是100%，，60%，，30%，0%

　　◆响应时间1分钟以内。

　　另一项是关于无功功率控制的新要求，具体要求如下：

　　◆ 系统最大总视在功率ΣSmax≤3.68KVA，不需无功可调，功率因数范围是±0.95。

　　◆系统最大总视在功率3.68KVA《 ΣSmax ≤13.8KVA，在±0.95范围内按电网管理者提供特征曲线运行。

　　◆ 系统最大总视在功率13.8KVA《 ΣSmax ，在±0.90范围内按电网管理者提供特征曲线运行。

　　以上描述的VDE4105标准明确要求对无功，有功功率进行调节和控制，同时提出了调节的方式，这些对逆变器厂商，系统提供商和其它的配套产品提供商都提出了新的要求，特别是逆变器。为了满足新的标准，低压并网型逆变器必须在技术上做升级，这些升级包含几个方面的具体细节，第一是在控制上增加输出功率额度可调的功能，第二是功率因数cosθ能够在一定范围内可调，即增加无功可调功能，通常为了实现cosθ在±0.9范围内可调付出的代价并不大。第三为了满足逆变器能够接受电网指令来完成以上要求的参数调整，逆变器必须在通信上能够提供接受电网指令的接口，通信协议能够兼容一些配套的监控设备，当然逆变器厂商并不一定提供此类产品。因此在VDE4105标准出台以后，立刻对国内外的小功率逆变器厂商制造了一个新的技术门槛，不能满足新标准，意味着此类产品将不能再德国售卖，同时欧洲的其它国家也会参照德国的新标准制定本国的标准，在这些技术点上将出台类似的要求，很快这些标准将在整个欧洲国家内，甚至于在全球推广开来。

　　作为国内的逆变器厂商，其户用型产品的市场一直在国外，因此包括VDE4105标准等新颁布的并网技术标准对这些企业提出了新的挑战，目前国内有些企业，包括北京昆兰在内都已经通过了该项认证，但也有很多的企业持观望态度，并没有提供类似功能，或者没有做此类认证。从短期利益考虑，目前在欧洲的许多国家以及其他的国家并没有明确提出类似VDE4105标准的技术要求，因此抱着观望态度的这些企业在当前利益没有收到影响或者影响很小的驱动下，并没有认真考虑这些技术要求。但是从未来的发展趋势分析，德国作为光伏技术，标准和市场发展最为先进的国家，往往起到风向标的作用，它的政策，标准的影响力很大，其它欧洲国家及欧洲以外的国家都有效仿和跟随的态势，一旦该标准大面积推广，那些不能满足该标准新要求的企业势必遭受到挫折和损失。另一方面德国出台新的标准从技术上而言是对分布式发电的一项约束和贡献的要求，约束体现在电网管理者会更具电网的承受能力，局部电网的稳定性考虑等原因要求分布式发电装置降低发电功率，动态的调整输出功率，贡献体现在逆变器除了输出有功功率外，也可以向电网输出无功功率，并且输出的额度，输出容型有功还是感性无功是可以调节的，该点要求完全是基于现代电力电子技术能够做到无功补偿这一事实而提出的，在较早的电力电子技术中，不可控和半可控器件以及落后的控制技术等方面制约了类似的要求被实现出来。国内的逆变器厂商也应该充分的认识到新标准要求后面的深刻技术背景，分布式发电要作为电网的一个补充，首先要做到安全，可靠，受控，清洁（电网的清洁指的是谐波含量尽可能小），因此接受来自电网的指令，完成相应的参数调整是完全必要而且是必须的，微电源的优势之一恰恰就在于双向可控。

　　●多路MPPT追踪，提高系统发电效率

　　在光伏逆变器的第一个技术竞争大潮中，追求单机转换效率，MPPT追踪效率成为了大家竞相比拼的技术点，拥有更高转换效率的逆变器无疑能够赢得在这类竞争。当前一方面组串型逆变器还在技术朝着提高单机整体效率，单路MPPT效率等方面发展，另一方面的事实也必须引起我们的关注，即在电力电子器件，新型成熟的拓扑结构在较长的时间内没有重大突破的现实下，提高效率的空间已经不大，国内的小功率逆变器厂商的产品和国外的主流逆变器厂商产品在效率参数上已经看齐，在某些机型上甚至超过了国外产品。但组串型，无变压器设计的逆变器的整机效率已经达到了98%以上，逆变器厂商开始了在“小数点”上的挣扎，单机效率的提升已经到了一个饱和线，进一步提升的空间已经不大，但带来的代价也许很大。举例而言，多电平技术能够提升一定的系统效率，但代价是单管使用量加大，三相三电平如果采用传统的二电平全桥，使用6个IGBT，如果改到三电平拓扑，则要在逆变部分增加到12个IGBT，增加器件意味着增加了整机的成本，但能够提升的效率空间在个位数以下，这些性能的提高往往并不能被客户所埋单，客户更加青睐性价比综合较优的机器选择，而不会单纯的追求单机效率。

　　事实上，要使太阳能逆变器的效率提高 1%非常困难，然而由于系统设计不当，而导致发电效果降低10%的情况，却并不少见，有些甚至可能导致系统无法长期正常运行。从这个事实出发，对逆变器设计提出了新的要求，即满足更加灵活的系统配置。在单路MPPT追踪的情况下，所有的PV组件串接起来，接入逆变器，如果组串中有PV组件失效情况发生，则该路的整体MPPT效率会受到影响，从而有可能使得系统的效率大大下降，无论逆变器有多高的转换效率和追踪效率，都无法发挥作用。为了减少这种失效带来的系统效率降低的风险，户用型小功率逆变器出现了多路独立MPPT追踪的技术趋势，多路MPPT能够减小单路MPPT失效带来的损失，给系统的配置带来了更大的灵活性。图2为一种2路MPPT独立追踪的三相三电平并网逆变器电路拓扑图

　　图2 一种两路独立MPPT逆变拓扑电路

　　由于采用了新型的拓扑设计，提供了多路的MPPT追踪通道，单通道的效率依然可