2015年光伏逆變器發(fā)展報(bào)告

時(shí)間:2014-11-26

來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語:逆變器技術(shù)飛速發(fā)展,集中逆變器往更大方向發(fā)展,組串逆變器往更加輕便、更加安全、更加智能化方向發(fā)展,未來我們這個(gè)裝備逆變器裝備將更加聚集于自身效益和可靠性的提高,同時(shí)為電網(wǎng)提供諸如、平滑、無功、穿越、支撐、應(yīng)急等友好服務(wù)。光伏電站類型日趨復(fù)雜化,多樣化,因此需要針對不同類型的電站的實(shí)際情況因地制宜,科學(xué)設(shè)計(jì),合理選擇逆變設(shè)備。

現(xiàn)在逆變器的應(yīng)用主要就是分成四塊,一個(gè)是荒漠電站,還有一些山丘、魚塘等等一些土地的附加利用,第三個(gè)是工商業(yè)屋面,最后是家庭電站。這些電站規(guī)模逐步在減小,荒漠電站規(guī)模最大,家庭主要在4000萬以下。從四個(gè)應(yīng)用當(dāng)中現(xiàn)在光伏逆變器這幾年技術(shù)發(fā)展非常快,在分類上面出現(xiàn)了這四種形態(tài),第一個(gè)是我們所謂的集中逆變器,給它定義是將光伏組件大規(guī)模串并聯(lián)以后集中逆變饋入電網(wǎng)。組串逆變器是針對每一串光伏組編逆變饋入電網(wǎng),微型是針對每一塊光伏組件逆變后獨(dú)立饋入電網(wǎng),功率優(yōu)化其是每一個(gè)組建采用直流匯總。

技術(shù)現(xiàn)狀,具體表現(xiàn)五個(gè)方面,光伏逆變器高度依賴于電力電子和微電子技術(shù)的發(fā)展,如果沒有新型的功率器件,沒有新型的半導(dǎo)體器件,如果沒有高速的性能優(yōu)越的微處理器,我們這個(gè)逆變器是無法去實(shí)現(xiàn)更高的性能,主要圍繞著如何提高光伏組件,光伏方陣的運(yùn)行效率,減少損耗,提高可靠性,以及整個(gè)光伏其他的PID等等,還有遮擋灰塵等等,對逆變器本身來說,聚焦于如何減少自身的損耗和提高設(shè)備可靠性。普遍采用較為復(fù)雜的控制技術(shù),以及現(xiàn)代控制里面的一些算法?,F(xiàn)在也是基本著眼于如何提高電網(wǎng)的安全性,友好性,并提供一些智能的服務(wù)和技術(shù)?,F(xiàn)在技術(shù)性圍繞這五塊也做了大量創(chuàng)新,做了大量工作,我們看右邊的圖,我們的光伏逆變器就是一個(gè)橋梁,在我們的可再生能源和電網(wǎng)之間,要做好這個(gè)橋梁的工作。

目前的技術(shù)水平,轉(zhuǎn)換效率做到97%到99%,MPPT效率做到98%到99.9%,單機(jī)最大功率現(xiàn)在有2.5兆瓦,電路結(jié)構(gòu)主要目前是以兩電平為主少量為三電平,冷卻方式風(fēng)棱為主,少量為自冷,液冷,功率器件以IGBT為主,(英文)為輔,少量的碳化硅器件,在工信部支持下,最近碳化硅器件國產(chǎn)也有些突破。現(xiàn)在目前電壓等級在1000伏以內(nèi)。

產(chǎn)業(yè)的情況,目前依然是SMA是全球的逆變器的龍頭老大,ABB收購了(英文),是目前的第二。陽光逆變器去年出貨量是全球第二,只是出貨量,但是銷售數(shù)額一排就前五名也達(dá)不到了,因?yàn)槲覀冑u的太便宜了。

逆變器各種應(yīng)用情況,這里引用了IHS去年年底的一個(gè)報(bào)告,我們可以看一下,組串逆變器也好,微型逆變器也好,大型的逆變器也好,在全球市場當(dāng)中基本上來說還是有一定的共性,就是超過某一定功率的一般來說是配備一些大型的逆變設(shè)備,在中國市場上由于大量的都是大型電站,主要還是以集中逆變器為主,組串逆變器發(fā)展也是比較快。

其中逆變器應(yīng)用情況,是隨著規(guī)模的擴(kuò)大,它的比例沒有下降,功率等級是不斷提升當(dāng)中,目前主力機(jī)型都在1兆瓦左右,有單個(gè)的也有并聯(lián)的。組串性逆變器,目前的現(xiàn)狀是組串逆變器發(fā)展非??欤貏e適合用在中小型項(xiàng)目當(dāng)中,特別是屋頂,山坡、家庭電纜等等,最大優(yōu)勢在多云的氣候,我們光伏電站接入電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定了功率變化率的上升率,上升率可以控制,通過逆變器的調(diào)節(jié),我是可以把功率限制的,所以上升率是可以限制的,但是如果來了云塊功率下降了怎么辦,不管是組串逆變器也好,大型逆變器也好,功率下降了突然就下降了,這是電網(wǎng)受不了的地方,為什么裝儲能。在多云天氣來的時(shí)候,組串逆變器特別有優(yōu)勢,因?yàn)樵茐K可能有的地方?jīng)]到達(dá),那個(gè)地方可以大量發(fā)電,還有運(yùn)輸方便,出現(xiàn)故障也不可能大面積發(fā)生停電。還有一個(gè)很重要的直流路徑比較短,直流保護(hù)成本低。直流是容易拉弧的,很容易發(fā)生火災(zāi),逆變器發(fā)生在組進(jìn)的跟前有這個(gè)好處。

下面幾點(diǎn)是它不足的地方,它的單位造價(jià)是高的,運(yùn)行管理,由于臺數(shù)太多了,有的一個(gè)電站有幾千臺,這樣的話電網(wǎng)友好性差,比如一些限電的,儲能的,穿越的,這些要求也能實(shí)現(xiàn),但是比較費(fèi)勁,轉(zhuǎn)換效率相對低一些,電網(wǎng)容易發(fā)生一些諧振,還有沙塵、嚴(yán)寒,特別是眼光底下暴曬等等,還有待克服。

組串逆變器分為三類,單向、小型的,還有雙向,相等比較熱門的微型。組串逆變器的發(fā)展其實(shí)非???,我們看這三款逆變器的轉(zhuǎn)換效率都大于99%,這個(gè)在很多人認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的事情,現(xiàn)在都基本上實(shí)現(xiàn)了。最高是99.15%。也有一些新型的拓?fù)潆娐方Y(jié)構(gòu)支撐高效的創(chuàng)新活動(dòng),這個(gè)我不多說了。

組串逆變器功率在不斷增大,我們看了前面是40千瓦單機(jī)的,到后來都是60千瓦單機(jī),在不久將來可能還會有更大功率的,單機(jī)功率的加大主要還是為了分?jǐn)偯客叩某杀?,?dāng)然逆變器的通訊技術(shù)也是越來越發(fā)達(dá),多能支撐,3G甚至4G,甚至一些互聯(lián)網(wǎng)?,F(xiàn)在在日本在德國,在澳大利亞,大量的裝備儲能的系統(tǒng),日本去年到今年,安裝了幾十萬套帶家庭儲能的光伏發(fā)電系統(tǒng)。接下來一塊就是微型逆變器,這個(gè)微型逆變器在美國市場上占了非常大的一個(gè)份額,但是非常奇怪也只有在美國市場是有這么大份額,主要有一個(gè)著名的作用,微型逆變器公司是在美國,它的優(yōu)點(diǎn)是它不可能發(fā)生這種失配的情況,因?yàn)槊恳患M件都有一個(gè)逆變設(shè)備,這也正是它的缺點(diǎn),轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)在只做到96%,另外每瓦成本都在兩三塊錢,現(xiàn)在大功率產(chǎn)品每瓦是三毛錢,這個(gè)基本上接近3塊錢。

給大家介紹一個(gè)新的技術(shù),既然是微型逆變,為什么還要升壓呢,把交流電壓串聯(lián)起來,還真是有人做這樣的事情,五年前我去申請這樣一個(gè)專利,結(jié)果發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在真有人做這樣的事情,這個(gè)東西特別好用,但是前提是你怎么把它所有的東西,交流怎么串聯(lián),當(dāng)然新的技術(shù)也在不斷的派生出來。

第三點(diǎn),我講講技術(shù)趨勢。電力電子逆變設(shè)備,我們要關(guān)注的就是如何把自身的設(shè)備和我們系統(tǒng)的性價(jià)比提上去,從直流側(cè),從逆變側(cè),從電網(wǎng)側(cè),從系統(tǒng)角度做些布局。我們看看發(fā)展的軌跡,這是以我們陽光為例的,下一代的大家可以看看從明年開始,這種氮化鎵碳化硅的器件,三電平多電平的轉(zhuǎn)換電路,主平現(xiàn)在有1000兆的公共機(jī)的主平也在做這樣的設(shè)備,使得這個(gè)設(shè)備做起來變得非常容易。我預(yù)測下一代逆變設(shè)備基本上是無損,無損的話轉(zhuǎn)換效率達(dá)到99%,這個(gè)肯定能達(dá)到,但是下一個(gè)目標(biāo)是99.5%,基本上來說要把太陽能過來寶貴的效率基本都用上,99.5%,我想未來五年一定能突破。

右邊列幾個(gè)新的器件,新的這些器件,碳化硅器件,把開關(guān)頻率可以做到5000,做到這么高,電感電容都是不需要的,儲能很小一點(diǎn)點(diǎn)成本大幅度降低,動(dòng)態(tài)性能也得到改善。我們的電力電子技術(shù),圍繞著我們的逆變設(shè)備主要就是需要有高性能的DSP,拓?fù)?,新型的算法,和一些改進(jìn)。

小功率的,大功率的,三電平、四電平、五電平,常規(guī)的只有兩個(gè)電平,不是零就是一,如果創(chuàng)造出第三個(gè)電平是多少呢,肯定是正負(fù)0.5,正負(fù)0.5怎么來,就是通過開關(guān)器件,通過直流側(cè)中間的分壓產(chǎn)生第三個(gè)電平,產(chǎn)生第三個(gè)電平最大的好處就是諧波大量減少,電流大量降低,成本大幅降低,轉(zhuǎn)換效率提高。我們準(zhǔn)備做1500伏的直流系統(tǒng),從今年開始,歐洲美國已經(jīng)開始在安裝一些電站,不是現(xiàn)在1000伏了,是1500伏的直流有兩個(gè)好處,所有現(xiàn)在城市軌道交通,全部是1500伏,可以共用這1500伏的技術(shù)。我們現(xiàn)在電站做的越來越大,要提高發(fā)電效率,降低損耗,限水這塊要特別關(guān)注,所以下一步要提高到1500伏,提高到1500伏其實(shí)很簡單,關(guān)鍵是這些開關(guān)組件、絕緣、電纜等等,如果呈線性增加了投資,還不如不要提高,一定要非線性的把這些成本降下去。

其他還有一些技術(shù),散熱的技術(shù),我想跟大家說的是最新技術(shù),是蒸發(fā)冷卻,這么高密度大的設(shè)備,如何把熱量挪走,蒸發(fā)確實(shí)是相變的冷卻方式,這種方式很早就有,現(xiàn)在用在大功率的電子電力上面,使得逆變器的體積可以縮小三倍。更好的處理器我就不說了,我們采用更高性能的處理器來做無非就是提高測量精度,加快響應(yīng)速度,同時(shí)提供更好的為這個(gè)后端的智能化提供一個(gè)比較標(biāo)準(zhǔn)的信息化的平臺。我們看看體積和重量,大幅度減少,重量和體積就在這五年當(dāng)中,也是減少了3倍。單機(jī)的功率,這是我們?nèi)虻腟MA逆變器。我們有往中小型去做,也有往大功率去做,小的做的很小,一兩塊板,大的做的非常大,到底今后的路線怎么走,我想今后這是個(gè)多元化的應(yīng)用的長河,應(yīng)該說產(chǎn)品形式在不斷豐富當(dāng)中。

有一點(diǎn),我想這個(gè)趨勢是逆變器未來作為一個(gè)執(zhí)行的機(jī)構(gòu),作為一塊像太陽能電池板一樣靜止的東西,應(yīng)該是要著眼于解決方案,就是客戶知道了哪家好哪家不好,就把方案都交給你,我們可以看看這里,在這個(gè)房子當(dāng)中什么都有,就交給你去做,現(xiàn)在這樣的,現(xiàn)在是非常滿足于客戶的要求,因?yàn)榭蛻舨粚I(yè),但是他要對他的錢負(fù)責(zé)。比如晚上怎么辦,晚上是不是要把變壓器斷開,原來我們在配電設(shè)施,晚上有負(fù)荷,太陽能晚上開著干嗎,晚上你關(guān)掉以后白天怎么開,每天這么開關(guān)大家是不是能承受,電力系統(tǒng)是否能夠接受,但是這些都是著眼于績效考核的。分布式發(fā)電如果裝這些,還有地面電站,要裝這些大的狀況,現(xiàn)在蓋房子要征地的,現(xiàn)在西北經(jīng)常發(fā)生要征一個(gè)太陽能電站當(dāng)中,要征兩畝地來干這個(gè)機(jī)房,這個(gè)事情是個(gè)很大的事情,因?yàn)檫@個(gè)涉及到這么一塊小地方,涉及到很多扯皮的事情,現(xiàn)在我們說不蓋房子了,就是這個(gè)解決方案,在那里又環(huán)保,又快速,又不要解決征地的問題,為什么說很環(huán)保呢,現(xiàn)在歐洲已經(jīng)不允許你建水泥房了,因?yàn)樗噙@個(gè)墩子一百年自己也吸收不掉,但是這個(gè)鐵房子,30年以后你可以把它化掉,還可以賣點(diǎn)廢品的錢。關(guān)鍵這一切我們都是為了PR的指標(biāo),我們對這個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了定義,同時(shí)我們國際標(biāo)準(zhǔn)也在做,我們在分布上把光照資源給出掉,歸結(jié)起來應(yīng)該去提高這樣的效率。

這里冒出一個(gè)問題,現(xiàn)在超發(fā)的超配的太陽能電池板配1.3個(gè)兆瓦,逆變器配一個(gè)兆瓦的怎么定義,我們很遺憾,現(xiàn)在我們每個(gè)電站是按照光伏組件的功率定義的,這是一個(gè)非常不正常的現(xiàn)象,我在這里跟大家呼吁,任何東西都是要給客戶負(fù)責(zé),太陽能電站還是按照直流定義的,要盡快建立交流定義的功率,在加拿大我們做的絕大部分電站中午都是限發(fā)的,但是回報(bào)率是最高的,我們做的太陽能電池太便宜了。其他還有些監(jiān)控,一些新的技術(shù),我們要使得這個(gè)電站能夠具有一些初步的診斷,這個(gè)設(shè)備本身肯定需要武裝起來,設(shè)備本身的診斷智能化等等,這個(gè)是你也就是說是你這個(gè)設(shè)備應(yīng)該具備的能力,相當(dāng)于你作為一個(gè)工程師應(yīng)該掌握英語,現(xiàn)在中學(xué)生都掌握電腦。

最后一個(gè),我們逆變器左邊是光伏組件,右邊是電網(wǎng),如何通過設(shè)備提高電網(wǎng)的友好性,是逆變器廠家非常重要的一個(gè)活動(dòng)。這點(diǎn)大家都滿足了,我們叫做穿越,大家都愛看穿越劇,一個(gè)意思,其實(shí)指在電壓低,突然很低,零電壓高電壓等等情況底下能不能給我扛住625毫秒,甚至更長的,都是可以的。在分布式電站中孤島保護(hù)的問題,如果這個(gè)電網(wǎng)停電了,如果在發(fā)電可能涉及到電力系統(tǒng)員工的安全問題,特別是多臺并起來的時(shí)候,這個(gè)問題非常麻煩,現(xiàn)在研究的也比較少。當(dāng)然還有剛才所長講的頻率,這個(gè)頻率的問題,到底頻率高和低,現(xiàn)在一些標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)對頻率特征已經(jīng)做了明確規(guī)定和描述。還有諧振的問題,一諧振里邊電容就損壞了。

分布式發(fā)電中還有一個(gè)大問題,無功要快速調(diào)節(jié),現(xiàn)在有很多電站,分布式發(fā)電裝上去以后,發(fā)電還不夠電網(wǎng)給他無功的罰款,一個(gè)月罰款罰十幾萬,發(fā)電發(fā)十幾萬,并網(wǎng)點(diǎn)功率數(shù)的控制,必須把傳感器,把計(jì)量要裝到最后的并網(wǎng)點(diǎn),負(fù)責(zé)后面的,那個(gè)點(diǎn)上的功率數(shù)要提上來,實(shí)現(xiàn)閉環(huán),這個(gè)現(xiàn)在是現(xiàn)實(shí)的問題,如果接在400伏配電網(wǎng)上,現(xiàn)在沒有手段把它接上去以后,整個(gè)功率數(shù)都下降了,考核體系還沒有變,你要接受罰款。還有一個(gè)大問題,剛才所長講了,電壓升高了,現(xiàn)在要搞幾萬個(gè)扶貧項(xiàng)目,一個(gè)村上裝幾千套3000瓦5000瓦的系統(tǒng),這個(gè)肯定是不可行的,一個(gè)村莊上,我去調(diào)研了一次,一戶農(nóng)村家庭里面白天的負(fù)荷總共大概加起來白天只有60瓦,這都算是比較大方的人家了,基本上白天都關(guān)掉,只有一個(gè)冰箱。把這些電站全部接到那上面去,這個(gè)電壓曲線就往上升,沒有負(fù)荷,到中午的時(shí)候估計(jì)會產(chǎn)生一些索賠的現(xiàn)象,這個(gè)電壓肯定是高的,我們有沒有方法,其實(shí)我們電力系統(tǒng)有一個(gè)很好的方法叫有載調(diào)壓,是不是可以做一些無功的奉獻(xiàn),使得電壓能夠調(diào)下去,但是這個(gè)活誰去做,就是剛才領(lǐng)導(dǎo)講的,誰去測量觀測最后去執(zhí)行呢,如果10千伏以下都不管了誰管。西部在限電,光儲系統(tǒng)能不能今后也不要占指標(biāo)了,水光伏不是不占指標(biāo)的,光儲能不能給予一些優(yōu)待,這塊紅的轉(zhuǎn)到綠的給多少錢,儲能裝置很貴,一瓦時(shí)4塊錢左右,如果你去補(bǔ)一個(gè)10%,這個(gè)電站當(dāng)中就是一筆大的投資,是不是可以,儲能是回避不了的,肯定是要儲的,什么時(shí)候儲現(xiàn)在可以示范起來。

后面還有一個(gè)技術(shù),大家知道我們要做低電壓穿越,要高電壓穿越,虛擬同步的技術(shù)是可以解決現(xiàn)在大家關(guān)心的問題,我們科技部這次也立一個(gè)項(xiàng)目,什么叫虛擬同步呢?我們把光伏電站的外特性模擬成跟現(xiàn)在火電的同步機(jī)組一樣的外特性,如果達(dá)到這樣的外特性,這樣一個(gè)下垂特性,基本上就可以適應(yīng)現(xiàn)在電力系統(tǒng)的要求。里面有什么區(qū)別呢,虛擬同步,本來電力電子裝置一短路就要保護(hù)了,我就要做到跟左邊這個(gè)同步機(jī)組一樣的特性,有沒有可能,完全有可能的,你把電力電子裝置做大一點(diǎn),把儲能裝置稍微加大一點(diǎn),如果說分鐘級的,超級電阻也可以,把非線性系統(tǒng)模型成線性系統(tǒng)奉獻(xiàn)給我們的電力系統(tǒng),使得我們整個(gè)今后的可再生能源穿透率能大幅度提升。

還有其他一些接口,還有西部的電站能不能再發(fā)這些無功,其實(shí)完全可以,現(xiàn)在我們的電站,每個(gè)電站又投了幾百萬下去的無功補(bǔ)償裝置,但是這個(gè)裝備自身已經(jīng)具備了這樣一個(gè)功能,重復(fù)投資了。當(dāng)然還有智能化的云的平臺,大數(shù)據(jù)時(shí)代要到來了。我們這么多數(shù)據(jù),這么多客觀不客觀的,每個(gè)人都說自己東西好,沒有人說自己東西不好,那么客觀的數(shù)據(jù)傳上去以后,我們保存在云端,大家再評測。

最后一個(gè)是安全性,首先是安全性上面是PID,所有組件廠家都說PID拿到了認(rèn)證,拿到認(rèn)證并不意味著沒有PID,只不過PID做的比別人好一些。我在這里給大家舉一個(gè)例子,在某一個(gè)酒廠,做酒的,上面裝了10兆瓦的太陽能發(fā)電,這個(gè)酒燒起來以后,蒸汽里面,酒是酸性物質(zhì),使得頂上的太陽能電站,肯定滲透進(jìn)去了,最后這個(gè)電站失效了,失效到什么地步呢,一半的發(fā)電都沒有了,這樣的損失誰去承擔(dān)。還有就是漏電,漏電怎么辦。最后一個(gè)是著火了,直流是不容易著火的,未來大量分布式在用,家庭樓頂上或者珍貴的車間里面頂上失火,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生這樣的事情,好幾件,怎么辦,我估計(jì)就像我們的電動(dòng)汽車失火一樣,我們會倒退五年,各方人士都來譴責(zé)我們,我們開始就要把這些工作做好,進(jìn)行拉弧的檢測,拉弧開始的時(shí)候我們能檢測到,把它關(guān)掉,讓它不要著火。

逆變器技術(shù)飛速發(fā)展,集中逆變器往更大方向發(fā)展,組串逆變器往更加輕便、更加安全、更加智能化方向發(fā)展,未來我們這個(gè)裝備逆變器裝備將更加聚集于自身效益和可靠性的提高,同時(shí)為電網(wǎng)提供諸如、平滑、無功、穿越、支撐、應(yīng)急等友好服務(wù)。光伏電站類型日趨復(fù)雜化,多樣化,因此需要針對不同類型的電站的實(shí)際情況因地制宜,科學(xué)設(shè)計(jì),合理選擇逆變設(shè)備。

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