华能清能院彭文博：组件级光伏系统技术研究及其在光储系统中的应用探索

10月24-25日，2017发电侧储能技术商业化应用论坛在青海西宁举行。在“发电侧储能电站需求及解决方案”主题分论坛上，华能清洁能源技术研究院可再生能源发电技术部高级工程师彭文博做了题为“ 组件级光伏系统技术研究及其在光储系统中的应用探索”的主题演讲。

以下为演讲内容：

彭文博：非常荣幸有机会在此分享一下我们团队在光伏以及光伏应用方面的工作。

第一、我们自主设计和建设的分布式光伏微网实验项目。

第二、华能开发的高效智能光伏系统。

第三、高效光伏与储能项目结合探讨。

北京未来科技城华能创新基地分布式微网发电实验系统。

1、复杂屋面的光伏方阵布置优化。

2、直流模块式光伏发电系统。

3、直流侧储能集成。

这个系统虽然小，但是比较复杂。通过布置优化，实现它对光能利用的最小遮挡。这套系统涵盖多种光伏技术包括晶体硅/薄膜硅/聚光光伏，还有平单轴/斜单轴和双轴跟踪支架。各光伏模块的输出特性不一，如果按照左边的常规的集中式的是没有办法集成在一起的，所以就采用了直流模块式的结构。使用带最大功率点跟踪功能的充放电控制器与不同输出特性的光伏阵列组合构成标准输出参数的直流模块，并入直流母线，再通过逆变器进行集中逆变为负载供电。

这是整体的系统框图，分成直流系统和交流系统，直流系统是光伏阵列，MPPT控制器和蓄电池。交流系统包括双向逆变器/微网负载和外电网。

它的运行逻辑，在并网情况下，光伏组件所发出的电通过变换以后，多余的电量直接上网。如果是电网断掉，蓄电池的作用将发挥出来，光伏组件优先负载使用，如果组件的功率大于负载的功率，通过逆变器升高直流母线的电压，能够使得直流母线的电能往蓄电池走，如果这时候负载大，光伏小的情况下，会在放电状态，同样也是逆变器调节变压，使得母线变压降低，使蓄电池的动力输出，这种情况下，保证微网的负载能够稳定供电。

高效智能光伏系统集成技术研究，系统效率、可靠性以及智能化运行水平是评判光伏电站技术先进性的重要标准，常规光伏系统在以上三方面均存在明显问题：

系统效率方面：受制于常规光伏系统中光伏组件串并联损耗、光伏组件最大功率点跟踪。

可靠性方面，常规光伏系统受木桶效应和瓶颈效应影响明显。

光伏组件出力最大化。依靠分布式MPPT技术，每一组件独立进行最大功率跟踪并自动匹配串联电流和并联电压，完全消除光伏系统木桶效应，最大化光伏系统出力，提高光伏组件容错能力。

2、逆变器使用效率最大化。依靠集群式逆变技术，即使用一组小功率逆变器替换原大功率逆变器，根据直流母线功率大小动态调节投入运行的逆变器数量，提高逆变效率，完全消除光伏系统瓶颈效应，提高逆变器容错能力；

3、线损最小化。

4、组件级智能监控。

这是我们的一些关键技术，这个盒子是动力控制器，是我们自己开发的。作用是把每个光伏组件在电学上完全与其周围光伏组件隔离，其自身工作状态的改变不影响周围组件，周围租金工作状态的改变也不会影响改组件自身的工作状态，完全消除光伏系统的木桶效应。

第二、集群式逆变系统。以100—200兆瓦逆变模块为单元，集中组合为1兆瓦和2兆瓦逆变系统。

第三、光伏智能跟监控平台。

北京未来科技城建了一个小的实验系统，是15千瓦，20组件一串，与一个常规的系统进行对接，这个是我们的系统对比图，左下是系统对比图，黄色是实验系统，它的电压等级和实时功率明显的高于常规系统。

右下角的图是我们实施的监控界面，在图中可以明显的看到，每个光伏组件的工作状态，同时在第二排的蓝色这排的最右端我们做了一个人为的遮挡，完全不影响周边组件的工作状态。

这套系统的应用，在复杂地形的情况下或者应用比较多的情况下，失配会比较明显，MPPT误差损失，提升发电量。

平地：集群式相对于组串式和集散式两种优化技术的重大突破在于该技术不仅适用于山地电站，在平地电站同样能发挥其技术优势。

水面：水面电站的主要问题在于巡检难和组件PID风险高，该技术可提供组件级的远程巡检能力，同时从源头消除PID问题发生的前提。

最后，我们想探讨一下这个高效光伏系统与储能系统结合应用的前景，这三种大家谈的比较多的是常见的光伏储能形式、最左边的是最常见的交流储能，特点是电力到蓄电池，蓄电池再放出电，经过三次变电环境，而且交流储能的变电器，电缆和变压器，这种方式成本是比较高的。

第二种方式是光伏组件直接通过DCDC充给蓄电池，相当于减少了一次能量转换环节，但是它的设备是最复杂的，逆变器DCDC之间的通讯的配合也略微复杂。

第三种相当于是目前比较优质的方案，我们单位自己开发的一套方案，它是通过在光伏的直流侧，通过DCDC接入蓄电池，只需要通过调节逆变和和DCDC之间的调节可以实现不同的工况上的调节。

直流母线电压由逆变器直接控制，逆变器可根据调度指令直接控制电池充放电，没有额外通讯环节，限电时逆变器提高直流母线电压电能会自动向蓄电池转移，具备放电条件时逆变器降低直流母线电压电能会自动由逆变器输出。

由于MPPT位于直流母线前端，储能系统的任何操作都不会影响光伏组件保持最大出力状态，不存在储能系统与MPPT协调控制的问题。

蓄电池直接接入光伏系统直流母线，不添加任何设备，因此不会增加额外设备成本和电能损耗。

以上是我的报告。谢谢各位。

（发言为能见 App 整理）