隨著新能源產業(yè)的發(fā)展，光伏發(fā)電市場應用越來越廣。為實現電網穩(wěn)定、可靠的運行，聯網逆變器作為太陽能安裝關鍵組成部分，必須能夠保證所輸送電能的質量以及整個電網的穩(wěn)定性。為保證與這些要求同步發(fā)展，電網運營商將發(fā)布新的各制造商均需遵守的電網運行守則，以監(jiān)督不斷增加的使用量。逆變器制造商所面臨的另一個難題是各國的相關政策法規(guī)都不盡相同，在大多數情況下，甚至在相同地點的不同項目都要遵循不同的規(guī)章制度。本文就這些新的發(fā)展趨勢分析了聯網光伏逆變器所面臨的各種新挑戰(zhàn)。

    聯網逆變器制造商所面臨的一個亟待解決的問題是他們必須遵守各國幾乎均不相同的光伏設備聯網技術要求。例如，歐洲各國對于聯網接口有著各自不同的要求。德國實行是VDE0126-1標準下的"發(fā)電裝置與公共低壓電網之間自動切斷裝置"規(guī)定;意大利則要求各家遵守Enel(國家電力公司)制定的DK5940號標準，"電廠聯網標準"等。所有這些國家和地區(qū)的標準都對逆變器從電網斷開的電壓及頻率變化有著不同的要求。除了對故障穿越等不同系統的參數進行必要的調整以外，此種現狀還導致了較高的生產成本。

    就技術層面來看，直至目前為止，常見的逆變器設計是以下列參數作為標準的：溫度范圍在-25至50℃之間;估算使用期限在20年左右;轉換率通常在94%以上;具有電磁兼容性;成本較低;可靠性較高;可承載所有電網故障;功率因數趨近于1;同時可進行最大功率點跟蹤(MPPT)。

    目前，大多數逆變器的功能是在開關轉換器處將光伏設備所產出的直流電壓轉換成正弦交流電流波形，以保證發(fā)電器和公共電網之間的連接與同步性。但是，這種功能隨后發(fā)生了改變。新的標準在各種程度上對光伏逆變器提出了不同的要求：對效率、成本及穩(wěn)定性等關鍵特征的發(fā)展;與碳化硅、氮化鎵等新材料的兼容性;與微型逆變器等創(chuàng)新型技術的整合;有效的最大功率點跟蹤控制功能;以及遵循如"反孤島效應"測試等各種新規(guī)范。

    在對硅基MOSFET等新材料的要求方面，SiC技術在碳化物領域發(fā)生了顯著的改變，使得MOSFET(金氧半場效晶體管)的生產能力遠超出了相類似的硅絕緣柵雙極型晶體管(insulated-gatebipolartransistor，簡稱IGBT)，特別是在高壓高溫的條件下。這就為改善光伏逆變器效率提供了一個可行之路。

    逆變器及其相關標準

    MPPT效率，即在一定時間內，逆變器由光伏陣列處所捕獲的能源與理想狀態(tài)下該技術所捕獲的能源量之間的比值，是逆變器內另一個可能發(fā)生能源損失的領域。目前對于MPPT效率的正規(guī)測試使用的是EN50530標準。這一標準為測量聯網光伏系統中逆變器的MPPT效率提供了一個流程，并規(guī)定，逆變器應可為低壓電網供給穩(wěn)定的交流電壓和恒定的頻率。

    此標準的測試過程也必須同時考慮到靜態(tài)和動態(tài)條件。MPPT效率與逆變器總效率的差值也將被考慮在內，即需要將逆變器的靜態(tài)功率轉換率考慮在內。

    "在檢測所制定的標準時，靜態(tài)和動態(tài)情況均應被考慮在內。"

    然而，很少有光伏逆變器的產品目錄或是使用手冊會將逆變器的MPPT效率寫在其中，甚至即使給出了相關數據，也通常只是對額定功率的一種重復而已。只有在極少數的情況下，一些有問題的逆變器會公布這一數值，但是對于額定功率與實際檢測到的MPPT效率之間存在差值這一事實卻很少被提及。很明顯，這一領域需要進行改變，不僅是要改善MPPT效率，同時要更改測試與公布的結果。

    另一個已受到標準化要求的是孤島效應，即IEC62116標準。孤島效應，是指與和主電網斷開的一部分電網，仍保持負載和發(fā)電的現象。這是電力供應商(公共事業(yè)規(guī)模)必須要面對的情況，同時這對于在電網上工作的工人來說也是極為危險的，因為這種情況可能導致功率逆流的現象發(fā)生。

    EN62116標準是一項將于今年晚些時候公布的歐洲標準。相較于其之前2008年所制定的IEC標準，這項新標準并沒有進行太大的改動。但是，這項新標準將不再對設置參數進行要求(如電壓和頻率故障跳閘的運行規(guī)模及運行時間等)，也不再制定合格/失敗的標準，因為每個項目都必須要遵守各國家地區(qū)所制定的國家標準或電網運行守則。因此，逆變器的標準化就變成了不可能完成的任務，因為這種做法與真正的國際化標準理念相違背。

    另一個較為重要的問題是關于電子整流器或轉換器[1]等非線性電力負荷裝置使用量的大幅增加。非線性負荷會通過引入諧波電流，給電網抗阻帶來具有不同頻譜的電壓降，使供電質量降低，并導致非正弦電網電壓的產生。對電網進行分散式輸電并可以無功功率對電網提供支持的光伏逆變器通常可根據電流控制的反應速度不同，為電網提供有功率正弦電流和特定的非正弦無功率電流。通過電網電壓的測量值和由復雜頻率決定的電網阻抗可算得電網的補償電流，從而有效地抑制電壓諧波。為了實現這一目的，電網電壓信號需要通過一組調至不同諧波的數字濾波器進行分析。從而實現通過篩選結果，以及電網阻抗角或經過調整后的適當的控制算法得到補償電流的大小。

    目前，針對高滲透光伏設施的智能光伏逆變器技術的一系列新理論正在市場中興起，正如IEAPVPS(IEA光伏電力系統實施協議)第14項議題中所指出的那樣，這對于逆變器而言是無疑是一個真正的挑戰(zhàn)。

    光伏逆變器在初始電源與電網之間起到了十分重要的媒介作用。其所應具備的具體功能包括：電網監(jiān)控與保護的集成、系統的監(jiān)測與控制，以及其他多功能特征。

    逆變器在高滲透光伏領域內的發(fā)展前景尚不明朗。新一代逆變器應能夠在光伏發(fā)電與電網之間起到接口作用，在正常運行期間提供無功功率，并可在電網故障時正常運行、提供短路電流，同時具有有功及無功功率注入的可控性。

    "光伏逆變器應在原始發(fā)電與電網本身之間起到十分重要的媒介作用。"

    此外，光伏逆變器還需能夠提供動態(tài)電網支持(故障穿透等)，并根據系統運行的特定標準以及電網上的光伏故障管理，進行相應的性能調整。光伏逆變器應起到中心樞紐的作用，用來進行數據采集、系統監(jiān)控、通信及控制等功能。同時，光伏逆變器還應具備標準化的通信界面和控制協議以實現簡易的聯網。與電網運營的能源管理系統(EMS)的全面整合也將成為一項必要條件，并將成為優(yōu)化光伏太陽能直接利用率，進而實現電網平價的一項特征。

    "逆變器必須可與電網管理進行全面集成，從而實現電網運營商發(fā)出指令后，在緊急情況下啟動臨時短期電能縮減功能。"

    從集成電網的保護方面來看，應該明確設定相關要求，對于在電網出現故障時，是否保持發(fā)電裝置與其之間的連接、何時調整發(fā)電裝置以適應故障電網運行要求等問題進行管理。同時，系統控制也需集成卓越的通信控制功能。智能逆變器應具備協調電壓控制、無功功率平衡、頻率控制的有源功率限制以及存儲動力需求等因素之間關系的能力。

    此外，智能逆變器還應具備如電壓調節(jié)、諧波的過濾/補償和備用電源等多功能特點。光伏逆變器還應該在區(qū)域電力存儲與電網之間起到接口作用。在這種情況下，光伏逆變器就必須得具備可整合至電網管理的能力，以按需提供能量、進行削峰/調峰，以及提高電網供電安全系數及配套服務和電網存儲能力。此外，作為電網管理必不可少的組成部分之一，逆變器必須可與電網管理進行全面集成，從而實現電網運營商通過遠程控制發(fā)出指令后，在緊急情況下啟動臨時短期電能削減功能。

    逆變器在光伏產業(yè)內的發(fā)展與滲透將對安裝設備與電網運營的整合提出進一步要求。在這一問題上，光伏逆變器將成為實現電網與光伏發(fā)電進一步結合過程中的關鍵因素。而為了實現這一目標而提出的新標準將需要逆變器在很多方面實現技術創(chuàng)新。其中一些創(chuàng)新將有助于整個產業(yè)在若干領域內表現突出，包括：提供系統服務、為電網提供支持、以大幅提高光伏發(fā)電量在電網中所占比例為目的的電網管理集成等。

    微型逆變器

    另一個值得關注的概念是近期市場所引入的微型逆變器概念，即適用于單一典型電池板的小型逆變器，而這毫無疑問地成為光伏逆變器未來的發(fā)展重點。微型逆變器這一理念最早在上個世紀七十年代被提出，隨后在九十年代生產出了相關產品。對于微型逆變器這一理念來說，其主要的劣勢在于其成本問題：由于每個電池板均需重復組串型逆變器的繁瑣程序，因此，其分銷成本和凈成本均十分昂貴。

    微型逆變器十分適用于規(guī)模在1KWp或以下的小型光伏系統。在一些使用組串型逆變器的大型光伏系統中，每個組件的遮擋效應和由此造成的整個系統能效低的情況可通過為這些組件加裝并運行單獨的組件逆變器而得到改善。

    但是，"真正的"微型逆變器并不是指其型號較小，或者其額定功率較低，而是指逆變器能夠控制單個電池板，并具備在電池板及其周圍進行安裝的安裝方式。小型組串型逆變器和大型逆變器均可同時控制多塊電池板，并可在遠離電池板的地方進行安裝，通常是安裝在室內。

    微型逆變器可在電池板背面直接生成與電網相匹配的電能。陣列中的電池板通常是以平行方式連接起來，然后接入電網。這種方式的一個主要好處就是單獨一個電池板或逆變器的故障并不會波及到整個組串，并使其發(fā)生離線狀況。憑借較低的功耗和熱負荷，以及優(yōu)化后的平均故障間隔時間(MTBF)，使用了微型逆變器的系統的總體陣列可靠性相較于使用了組串型逆變器的系統有著較大幅度的提高。

    越來越多的微型逆變器品牌活躍于市場之中，其中一些產品的名稱也逐漸為人所熟知，如Accurate太陽能、DirectGrid、Enecsys、EnPhaseEnergy、GreenRay太陽能、Larankelo、OKE、Petra太陽能和SolarBridge等。此外，整個產業(yè)還將在不久的將來引入一項新的行業(yè)標準，即IEC62109-4標準：光伏電源系統內功率轉換器的使用安全標準(第四部分)--集成電子器件在光伏組件上使用的特殊要求。

    結論

    綜上所述，將一些相關指導方針涵蓋在修訂后的標準中是十分重要的一件事。這些標準包括：對啟動/關閉引起的能耗損失的估算;功率因數;在非正常運轉模式下的性能;直流電流的注入;實際使用時MPPT的性能;總體性能測量(能源等級);有功功率控制;無功功率控制;對諧波及其過濾的限制，以及低壓穿透(LVRT)能力等。同時，標準的制定也應充分考慮到關于電磁兼容性(EMC)的問題。目前，業(yè)內普遍希望，未來任何國際性標準的制定都能充分融合上述問題，以賦予其應有的價值。<