無變壓器逆變器可降低復(fù)雜性并實現(xiàn)功率最大化

相比之下，真正的無變壓器逆變器直接固定在建筑物的入口處，甚至是固定在一個尺寸足夠大的配電安裝板上。由于沒有隔離變壓器，從光伏模塊電源獲得的額外的1%到2%能源效率直接進(jìn)入負(fù)載，在功率為500千瓦的時候，這意味著最低免費額外提供了5千瓦的輸出。此外，直接轉(zhuǎn)變成可用的電壓，而不是較低的單極逆變器交流電壓，而交流電電流降低一半以上，從而降低了交流電一端的電線成本。

如果沒有一個變壓器，逆變器的尺寸更小，重量更輕，為電力集成商在安裝和整體系統(tǒng)設(shè)計方面提供了更大的自由。由于重量的限制和必須的加固措施，在五層樓的建筑物屋頂安裝一個傳統(tǒng)的逆變器從成本上來說可能會讓人望而卻步，但是設(shè)計人員卻可以讓無變壓器逆變器安裝在商業(yè)建筑的屋頂上（而不是安裝在地下室），使其直接與五樓的安裝板連接。這樣的設(shè)計不僅可以免除昂貴的高達(dá)五層樓的直流電布線，而且還能縮短交流電電線的長度并降低相關(guān)成本。

最后一點，多個逆變器可以在不用變壓器的情況下并聯(lián)，而電源則可以直接使用，以便實現(xiàn)穩(wěn)定的表現(xiàn)。無變壓器逆變器技術(shù)采用大得多的電源優(yōu)化器 (Line Reactor) 和較小的三角形濾波電容。這些較小的三角形濾波電容器也通過一種串聯(lián)電阻器進(jìn)行緩沖，從而提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且減少并聯(lián)逆變器之間的相互作用。帶有一種單一引擎設(shè)計的500千瓦逆變器也能減少零部件數(shù)量，從而提高整個系統(tǒng)的可靠性。
圖1.商業(yè)安裝。a)新的雙極系統(tǒng)連接；b)傳統(tǒng)的單極系統(tǒng)連接

公用安裝項目中使用的并聯(lián)逆變器

同樣的原則也適用于公用規(guī)模的安裝項目。然而，大多數(shù)公用規(guī)模的安裝項目涉及大型接地光伏數(shù)組，并配備了許多逆變器，可迅速升壓至中壓（4160至13.8千伏）。此外，傳統(tǒng)逆變器需要一個單獨的隔離變壓器與各個逆變器進(jìn)行配對，而這就占到不必要損耗中的多達(dá)兩個效率點。

在一個1兆瓦的模塊中，可將1至4個傳統(tǒng)逆變器安置在一個單獨的墊板上，并且每個逆變器都帶有中壓連接。中壓連接成本很高，執(zhí)行這項工作的電工人員需要接受更高等級的培訓(xùn)和認(rèn)證。需要使用更大的設(shè)備墊板或公用機(jī)箱。如果電場有一個追蹤器參與運行，那么就需要單獨的變壓器為這些追蹤器供電。這樣，系統(tǒng)平衡設(shè)備、材料和安裝成本便會迅速增加。

傳統(tǒng)逆變器還通過公用線路自干擾（如各種 VAR 發(fā)電）來檢測孤島情況。當(dāng)與許多逆變器并聯(lián)時，這種干擾就會在所有逆變器之間產(chǎn)生 VAR拍差頻率，所產(chǎn)生的假脫扣將使電場關(guān)閉。多個傳統(tǒng)逆變器及它們的大型三角電容器也會產(chǎn)生不穩(wěn)定性并吸收大量諧波電流。

這些問題都可以通過無變壓器逆變器技術(shù)來避免。無變壓器逆變器可以被并聯(lián)到一個中壓變壓器的單獨繞組上。每組逆變器僅需要一個獨立、標(biāo)準(zhǔn)的1000、1500、2000或2500 kVAR 規(guī)格的中壓變壓器。這就為站點配置提供了眾多可能性。由于其電流低于傳統(tǒng)逆變器的電流，因此安置逆變器和變壓器的方式還有更多靈活選擇。

無變壓器逆變器的尺寸約為傳統(tǒng)逆變器的一半，可直接轉(zhuǎn)換成更高的電壓，這就減少了所需占地面積、運輸和起重設(shè)備成本（加上遞增的設(shè)備墊板或公用機(jī)箱建造成本）以及連接繞組的大小和數(shù)量。此外，一個連接到無變壓器逆變器的標(biāo)準(zhǔn)配電板可以在無需單獨變壓器的情況下向追蹤器供電。由于變壓器減少，系統(tǒng)中的電抗組件隨之減少，從而實現(xiàn)最穩(wěn)定的運行狀態(tài)。此外，每個逆變器均通過以太網(wǎng)進(jìn)行自動和獨立尋址，從而消除了一切干擾問題。

此外，完全被動的反孤島技術(shù)(anti-islanding technique)不會干擾帶 VAR偏差的公用電壓，也不會在路線上設(shè)置其它瞬態(tài)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高效、順暢、穩(wěn)定的電源，這一起都為了相對削減安裝成本。

圖2.公用電場連通逆變器。a)全新雙極連接，變壓器數(shù)量減少；b)傳統(tǒng)單極連接，每個逆變器配備一個變壓器

在商業(yè)和公用安裝項目中發(fā)揮新的能力

電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)可以通過將多個無變壓器逆變器直接整合到電網(wǎng)或中壓的方式發(fā)揮出新的能力。由此產(chǎn)生的最大發(fā)電量和高功效收益將繼續(xù)推動太陽能光伏發(fā)電和替代性能源成為主流。同時，新型光伏系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了前所未有的靈活性和成本節(jié)省，對電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生了意義深遠(yuǎn)的廣泛影響。目前，許多機(jī)構(gòu)都紛紛采用了無變壓器的逆變器技術(shù)，這種新的配置正在改變著行業(yè)面貌。

結(jié)語

通過利用無變壓器的逆變器技術(shù)，電力集成商和公用電力事業(yè)機(jī)構(gòu)能夠降低光伏系統(tǒng)的復(fù)雜性并最大限度地提高電力傳輸，無論是在商業(yè)安裝項目中直接接入電網(wǎng)，還是在公用安裝項目中接入中壓。此外，無變壓器逆變器技術(shù)可縮小光伏系統(tǒng)安裝規(guī)模，并降低系統(tǒng)平衡成本，從而扭轉(zhuǎn)了發(fā)展趨勢。新趨勢強(qiáng)調(diào)平準(zhǔn)化發(fā)電成本 (LCOE)，本文討論的新一代無變壓器逆變器能夠大幅降低 LCOE，而這些只需提供直接的轉(zhuǎn)換即可實現(xiàn)——這是一個值得在未來探討的議題。