摘要：自中国进入WTO以来，随着社会的迅速发展，随之而来的对资源的需求量也愈来愈大，以及煤源火力发电的传统供电模式所带来的巨大碳排放量和污染。我国对清洁能源领域的发展也日益关注，相继颁布的一些优惠政策，导致了分布式光伏电站每年都大幅的增加。

关键词：逆变器；光伏；组件；通讯管理机；汇流箱

引言

随着科技的发展，分布式电源对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。目前由于科学技术进步，光伏组件出厂价格持续走低，从而使光伏发电系统的建设成本逐步下降，加上互联网的应用，使光伏发电系统能够实时传播发电数据，故障及时报警，使得运维更加方便快捷。

一、我国分布式光伏并网发电系统发展现状

分布式光伏发电具投资少，组装灵活，可就地低压并网，在这些多重优势下，对于解决我国发电与负荷不匹配、降低输电损耗，以及减少对大型电网的依赖和缓解电网投资压力方面贡献卓越。近年来，我国分布式光伏发电发展迅速。光伏离网发电系统是我国第一个使用的光伏发电系统。选址灵活、运行效率高、建设周期短、管理方便等优点，但也存在过度依赖长距离输电线路、发电稳定性低、无功补偿等缺点[1]。分布式光伏并网系统是我国现阶段应用最广泛的光伏发电系统，不仅有效降低损耗，而且破解了以往离网发电系统过于依赖长距离输电线路的难题。

我国但对太阳能的利用和光伏发电的研发起步较晚。理论上来说，我国的光伏发电产业是在20世纪70年代才真正开始的。从上世纪末以来，纵观光伏产业的发展趋势，我国光伏产业取得了快速发展，光伏发电装机容量逐年增加。本世纪初以来，政府相继出台了各项发展政策和规划，我国光伏产业正式进入新时代。如今，我国已成为全球光伏装机量增长最快的国家之一，在全球光伏产业中发挥着举足轻重的作用，从2021年的统计数据来看，已经突破1亿多千瓦，达到1.075亿千瓦[2]。我国荒漠地区主要位于西部，海拔高且面积广阔，太阳能资源较为丰富，对于集中式光伏发电站的建设提供了可能。然而，西部地区电力就地消纳能力差，丰富的光电资源要想传送出去，所需的传输距离较远，加之光伏发电的波动性使得大规模输电困难重重。此外，由于太阳能强度差异、环境差异、温度变化等多种因素，并网后的功率往往会发生严重的变化，存在不确定性风险。此外，会增加配电网中的电源点数量。但由于供电点分散，单个点规模小，增加了后续供电调整控制的难度。为缓解东部地区的用电紧张局面，东部地区积极发展分布式太阳能系统就显得至关重要。

二、分布式光伏并网发电系统并网的主要方式分析

（一）工频变压器方式

在分布式光伏并网发电系统并网过程中，通过工频变压器并网方式的有效运行，这是十分重要的内容。这种方式主要是通过逆变滤波之后把光伏通过工频变压器进行有效连接，和系统进行切实对接，这样可以有效避免直流偏磁，使谐波电压得到有效减少，同时可以更有效的隔离工频。在电路系统的运行过程中，因为电路中有比较少的半导体器件，因此通过该种方式可以有效应对相对来说更为恶劣的环境，同时工频变压器并网方式的开关频率相对来说比较低，因此有比较少的电磁干扰。虽然滤波电感和主变压器的体积相对来说比较大，但是在具体的制造过程中可以选择低频材料，这样可以使成本得到有效降低。

（二）高频连接方式

在光伏发电并网方式中，高频连接方式也是十分重要的内容，特别是在高频出现逆变以后通过变压器对其进行有效隔离，然后利用整流逆变连接系统进行召回连接，这样可以体现出更加良好的连接效果。该电路的连接过程中需要匹配相对应的隔离变压器，由于直流分量不能融入到主电网之中，也不会出现直流偏磁，因此可以有效匹配滤波器。需要指出的是，高频连接过程中有比较大的高频电磁干扰，其谐波水平相对来说比较低，因此在具体操作环节要有效通过滤波和屏蔽等相关形式进行充分控制，这样才能体现出良好的高频连接效果。

（三）无变压器连接方式

在通过这种连接方式进行操作的过程中，主要是通过逆变器滤波器以及升压斩波器等相关器件，直接和电力系统进行有效连接，这种方式的运行成本相对来说比较低。然而需要指出的是，某些直流分量会进入到系统之中，因此在连接的过程中要针对直流问题进行高度关注。

3.分布式光伏并网发电系统设计

分布式光伏并网发电系统按并网电压等级分为：分布式光伏低压光伏并网发电系统（一般用户为220V交流接入电网，工商业一般380V交流接入电网），如图一；分布式光伏高压光伏并网，接入电压等级为10KV交流接入电网，如图二。

分布式光伏并网发电系统按电量结算原则分为：自发自用，余电上网和全额上网两种类型。

如图一所示，光伏并网发电系统主要由太阳能光伏组件通过串联后组成太阳能组件阵列后通过逆变器将太阳能组件阵列得直流电转变换380V（220V）交流电，再通过汇流，通过配电柜（并网柜）接入电网。而数据采集器通过采集环境监测设备数据和逆变器数据已及其它需要采集得数据，通过数据得转换处理后上传到互联网监控平台，能够使运维人员远程实时监测到光伏电站的运行情况。而图二作为10KV光伏并网发电系统，比380V（220V）低压光伏并网发电系统多出一套10KV的升压系统。

（一）分布式光伏并网发电系统组件：

目前国内分布式光伏发电系统主要使用的组件类型为：多晶硅组件、单晶硅组件，薄膜组件应用的比较少。依据《关于征求发挥市场作用促进光伏技术进步和产业升级意见的函》（国能综新能[2015]51号）规定：其中，多晶硅电池组件转换效率不低于15.5%，单晶硅电池组件转换效率不低于16%。多晶硅、单晶硅、薄膜电池组件自投产运行之日起，一年内衰减率分别不高于2.5%、3%、5%。

光伏组件转换效率计算公式：

Pm（电池片的峰值功率）/A（电池片面积）×pin（单位面积的入射光功率）

其中：pin=1KW/m²=100mW/cm²

（二）分布式光伏并网发电系统光伏汇流箱

汇流箱是指用户可以将一定数量、规格相同的光伏组件串联起来，组成一个个光伏组串，然后再将若干个光伏串列并联接入光伏汇流箱，在光伏汇流箱内汇流后，通过控制器，直流配电柜，光伏逆变器，交流配电柜，配套使用从而构成完整的光伏发电系统，实现与市电并网。

目前分布式光伏并网发电系统所使用的光伏汇流箱主要有两种，其中第一种是直流汇流箱，第二种是交流汇流箱。直流汇流箱会配合大功率逆变器使用，直流汇流箱通过汇流光伏组串后接入大功率逆变器。直流汇流箱发展到现在，可以具备汇流、防雷。可以监控到每一路的电流电压，还可以检测到汇流箱的温度和湿度。还可以汇流箱失效报警，数据采集，无线数据传输。

（三）分布式光伏并网发电系统环境监测系统

环境监测系统业是光伏发电系统的组成部分之一。对于太阳能光伏发电系统，精确的测量当然是首要重要的。需要监测的指标除了太阳辐射之外，还包括许多产生影响的环境因素，如：系统的基本供应量，环境温度、组件温度、风速、风向、光的成分，以及其他对光能转换产品影响的气象参数。

为了保证光伏电站的正常运行以及数据分析，通常需要配备气象站来监控光照度强度、周边环境温度、光伏组件温度等指标。气象站可以连接到监控系统上，由监控系统对气象站的数据进行显示、记录及分析。也可以连接到逆变器控制系统、由控制系统对传感器数据进行分析，保证光伏电站的有效运行。

（四）分布式光伏并网发电系统接入

分布式光伏并网发电系统接入电网分为低压交流380V（220V）接入和高压交流10KV接入电网。

低压接入电网相对于高压接入电网少了一套升压系统。如图六所示该接入系统图由3面GGD柜子组成，一面汇流柜（进线柜），一面并网柜，一面接入柜。其中电网的计量电表是设置在并网柜内。该接入点的光伏装机容量为353.43KWP。

高压接入电网相对于低压接入电网则多了一套升压系统。如图七、图八所示，光伏直流电经过逆变器逆变为交流电后接入逆变器进线柜后经过变压器升压为10.5KV的高压交流电。在高压接入侧设计站用变柜、升压变进线柜、PT柜、光伏并网柜、计量柜、隔离柜。

四、分布式光伏并网发电系统设计

（一）分布式光伏并网发电系统设计原则

分布式光伏并网发电系统遵循的设计原则有：经济合理性、高可靠性、实用性以及高性价比。不但做到让分布式光伏并网发电系统长期运行稳定可靠，使投资人获得较好的经济效益，在使用清洁能源的同时，减少了碳排放量，获得较好社会效益。而且要让分布式光伏并网发电系统得到最合理、最经济的配置。在满足需要、确保安全以及保证质量的前提下协调好整个分布式并网发电系统的最大可靠性以及成本之间的关系，节省投资成本，达到最好的效益。

（二）分布式光伏并网发电系统设计步骤

a.从项目业主单位实际出发，考虑自身用电量、屋顶条件、当地太阳能资源等，确定光伏电站的建设规模。

b.确定分布式光伏发电系统的并网方式。

c.分布式光伏发电系统容量设计。

e.分布式光伏发电系统配置和设计。包括：支架的安装方式，组件的规格型号及阵列，逆变器的选型，交流配电（接入）系统设计，监控系统的配置。

（三）分布式光伏并网发电系统设计

1.分布式光伏电站装机容量及参数

分布式光伏电站的装机容量指的是在标准工况下，分布式光伏电站最大的输出功率。它要根据电力需求量和太阳能辐射数据考虑光伏阵列排布损失、逆变器效率、线路损失和环境等因数。正常情况下根据安装区域可供安装的面积来计算。

2.光伏组件支架的选用

光伏组件支架根据需要安装屋面结构情况来选用，主要采用铝合金支架和热浸锌钢支架。需要具备坚固耐用，耐候以及便于组件的安装。

3.光伏组件的选择

光伏组件的性能参数包括开路电压、短路电流、最大输出功率、转换效率等。光伏组件性能在这些数据上显示，这些性能参数对光伏发电系统的安全运行是很重要。

单个光伏组件功率大小不同，目前单个组件功率一般在275-425W之间。光伏组件功率大小和光伏组件面积大小成正比。选择光伏组件需要根据功率和合适的组件尺寸，达到最佳的功率和合适的安装空间。单个光伏组件的电压和电流都很小，将多个光伏组件串联成组串后使用。以满足逆变器的工作电压和得到较大的功率。

光伏组件发电量的高低受到安装经纬度、建筑朝向、安装角度的影响，光伏组件应安装朝向应尽可能的多接收到太阳光的辐射。

4.光伏并网逆变器的选择

并网逆变器在光伏电站中是主要的组成设备，对光伏发电系统的转换效率和可靠性有非常重要的影响。选择并网逆变器在技术上主要考虑以下的几个方面：

a.并网逆变器性能安全可靠、效率高

目前光伏发电成本虽然逐年下降，2020年的光伏电站建设成本相对于2015年的建设成本下降50%左右，但随着国家2018年5月31日取消光伏电站补贴，转由竞价获取补贴等政策出台。随着国家补贴的逐步取消，如果逆变器在发电过程中自身的损耗过多，必然会对总发电量造成损失并使得光伏发电系统的经济性下降。因此选用的逆变器在电站运行过程中要做到安全可靠、效率高。同时还要考虑逆变器的使用环境，确保逆变器能够有较长的使用寿命。

b.并网逆变器直流输入电压有较大的适应范围

光伏电站受太阳能辐射影响较大，在负载和天气情况变化下，并网逆变器的输端电压也会随之而改变。这就要求逆变电源在较大的直流输入电压范围内能够保证正常工作，并确保输出的交流电压稳定。

c.并网逆变器具有保护功能

随着太阳能辐射量大大小，会使输入逆变器的直流电流电压产生变化。并网逆变器对输出过载、输出过流、短路，输入接反、输入欠压保护、输入过压、过热等具有保护功能。

d.并网逆变器波形畸变小，功率因数高

为了提高分布式光伏并网发电系统的供电质量，要求逆变器输出的正弦波畸变控制在5%之内，高次谐波的含量在3%以内，并具备无功补偿功能，使得功率因数接近于1。

e.并网逆变器具备监控和数据采集功能

逆变器具备多种通讯功能，通过通讯接口将采集的数据发送到指定数据采集器上。能够实时显示该逆变器当前运行的状况。其中主要显示的参数数据有：组串输入直流电压、电流，交流输出电压电流，当前功率，当日发电量，累计发电量等。工作状态包括：正常工作状态、故障状态、停机状态。

5.汇流箱的选用

根据光伏接入系统的设计来合理选用汇流箱。安装在逆变器之前的是直流汇流箱，而安装在逆变器之后的则称为交流汇流箱。汇流箱能够减少电缆的使用，使光伏发电系统更加安全可靠的运行。

6.防雷接地系统的设计

分布式光伏发电系统主要安装在房屋的屋顶上面，容易受到雷电影响。从而破坏系统。目前一般采用防雷接地片使光伏组件的铝合金边框和光伏支架进行导通，再用40mm*4mm的热浸锌扁钢与光伏支架进行连接，且扁钢和屋顶避雷带连接。扁钢连接部位的焊接长度为扁钢宽度的2倍。屋面的逆变器、汇流箱等设备也需要同时做好防雷接地，且设备的外壳要做好接地工作，确保安全。

7.光伏并网发电系统的接入设计

光伏并网发电系统的接入主要根据光伏组件装机容量，接入点，用户电力消耗量来考虑接入方案的设计。编制的依据可以根据《分布式电源接入系统供电模式技术规范典型设计》《分布式电源并网技术要求》（GB-T33593-2017）、《国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知》（国家电网办（2013）1781号）等有关文件。总之光伏并网发电系统的设计遵循：就近消纳，运行安全、经济运行合理。

结论

随着国家可持续发展战略实施、生态文明建设、节能减排的一系列的国家政策的实施。分布式光伏并网发电系统具有污染少，可靠性高、能够利用屋面资源，减少屋面资源的空置，能够就近消纳，建设周期短、国家政策扶持等优点。受到世界各国的广泛关注，这些年来得到了快速的发展。

而这几年来随着光伏技术的迅猛发展，光伏发电系统的建设成本逐年下降，目前工商业、企业单位利用自有自投电站的比例也越来越高，并且取得了较好的经济收益。

分布式光伏电站的建设，分布式并网光伏发电技术是目前发展的主流方向，随着人民生活水平的提高以及企业对电力需求日益增加的现状。可以通过利用现有建筑屋顶增加分布式并网光伏电站的建设，作为对传统电网的有效补充。

参考文献：

[1]王洋洋.分布式光伏并网发电系统控制技术研究[J].电子技术与软件工程，2021（12）：214-215.

[2]王凯.研究分布式光伏并网发电系统的发展应用[J].低碳世界，2021，11（05）：217-218..

[3]郑伟.分布式光伏并网发电系统的发展应用[J].农村电工，2021，29（03）：35-36.

[4]王洋洋.分布式光伏并网发电系统谐波抑制技术分析研究[D].华北水利水电大学，2021.

[5]徐晨璐，熊泽豪，周游.大型分布式光伏并网发电系统的设计[J].产业与科技论坛，2019，18（10）：76-77.