逆变器过载损失分析
在光伏电站中，容配比是指逆变器所连接的光伏组件容量与逆变器额定功率的比值，也就是直流侧容量与交流侧容量的比值。
近年来，随着我国光伏组件和逆变器技术的发展和产业规模的扩大，光伏电站核心设备的成本不断降低，我国光伏发电进入了平价时代。为了使光伏电站获得更好的投资收益，可通过采用高效的双面光伏组件、提高光伏电站的容配比等措施，减少光伏电站的初始投资或提升其发电量。
逆变器过载损失分析
在光伏电站中，容配比是指逆变器所连接的光伏组件容量与逆变器额定功率的比值，也就是直流侧容量与交流侧容量的比值。当直流侧容量与交流侧容量相同时，容配比等于 1∶1;当直流侧容量大于交流侧容量时，容配比大于 1∶1;当直流侧容量小于交流侧容量时，容配比小于 1∶1。
受光照情况的影响，大部分时间光伏组件的输出功率都达不到逆变器的额定功率，即在容配比小于等于 1∶1 时，逆变器通常会处于非满负荷的运行状态，因此，为了提高逆变器的利用率，减少设备的资金投入，在光伏电站设计时，容配比通常要大于 1∶1。但一般情况下，逆变器只有超过其额定功率 1.1 倍的过载能力，若再超过该过载能力，逆变器就会限额运行，由此造成的光伏组件输出功率损失就是逆变器过载损失。因此，在光伏电站设计时，需对容配比进行优化，这样不仅可以减少逆变器、箱变等交流设备的使用量，而且还可以将高容配比造成的光伏电站发电量损失降至最低。
目前，在光伏电站设计时，优化容配比的方法一般是采用软件对不同容配比下光伏电站的发电量进行模拟，再对不同发电量时的光伏电站收益率进行对比，光伏电站收益率最好时所对应的容配比即为该光伏电站的最优容配比 [1-2]。然而，在利用软件对光伏电站的发电量进行模拟时，由于通过软件模拟得到的逆变器过载损失与实际的逆变器过载损失存在一定差距，导致根据该模拟得到的光伏电站发电量确定的最佳容配比不一定是该光伏电站真正的最佳容配比。
本文以位于江苏省宿迁市泗洪县的某个采用双面光伏组件的光伏电站 ( 下文简称为“双面组件光伏电站”) 为例，首先对比研究了不同容配比下该双面组件光伏电站中逆变器的实际过载损失和模拟过载损失之间的关系;然后采用最小二乘法多项式曲线拟合和数据映射法，利用不同容配比下双面组件光伏电站的实际发电量损失数据校正模拟得到的发电量损失数据，并由此得到更符合实际情况的光伏电站发电量推算值;最后通过校正后的发电量推算值获得与实际情况相符的双面组件光伏电站的最优容配比。
1 逆变器过载损失的实证分析和模拟
分别利用 PVsyst 仿真软件 [3] 模拟得到的数据和光伏电站的实际数据，对双面组件光伏电站在不同容配比下的逆变器过载损失和光伏电站发电量之间的关系进行分析。该双面组件光伏电站采用 2.5 MW 集中式逆变器;采用 295 W 的 n 型双面单晶硅光伏组件，每 32 块光伏组件串联成1 个光伏组串;光伏组件的安装倾角为 27°。
1.1 逆变器过载损失的实证分析
以本双面组件光伏电站中的 2 个装机容量分别为 2.625、2.875 MWp 的光伏方阵为例进行分析，这 2 个光伏方阵所对应的容配比分别为1.05∶1 和 1.15∶1。对不同容配比光伏方阵的输出功率数据进行采集，数据采集周期为 2019 年4 月 1日-2020 年 3 月 31 日。2020 年 3 月 18 日，不同容配比光伏方阵的输出功率曲线如图1所示。
从 可以看出，当容配比为 1.05∶1 时，光伏方阵的最大输出功率约为 2.5 MW;而当容配比为 1.15∶1 时，在 11:30-13:00 期间，光伏方阵的最大输出功率被限制在 2.75 MW 左右。这是因为逆变器的最大输出功率一般为其额定功率的 1.1 倍，当光伏方阵的最大输出功率超过逆变器的最大输出功率时，逆变器将出现过载现象，即将光伏方阵的最大输出功率限制在逆变器最大输出功率之内，这时光伏方阵的最大输出功率曲线会出现一段直线，一般称为削峰现象，如图 1中容配比为 1.15∶1 时光伏方阵的输出功率曲线。因削峰现象导致光伏方阵应发的电量没有发出，由此造成的发电量损失称为逆变器过载损失。
通过分析为期 1 年的采集数据后发现，容配比为 1.05∶1 时，光伏方阵输出功率曲线未出现削峰现象;而容配比为 1.15∶1 时，光伏方阵输出功率曲线出现了削峰现象。不同容配比的 2 个光伏方阵每千瓦发电量情况如表 1 所示。
由可知，相较于容配比为 1.05:1 的光伏方阵，容配比为 1.15∶1 的光伏方阵每千瓦年发电量损失比例为 0.86%。
1.2 逆变器过载损失的模拟分析
为了研究逆变器过载损失和容配比之间的关系，利用 PVsyst 软件对光伏方阵装机容量为2.500～3.750 MWp、对应的容配比为 1.00∶1～1.50∶1 时逆变器的过载损失情况进行了模拟，具体模拟结果如表 2 所示。
从表 2 中可以看出，当容配比从 1.00∶1 增加至 1.20∶1 时，光伏方阵每千瓦年发电量均为1225.00 kWh，且逆变器过载损失比例均为 0%。这说明容配比小于等于 1.20∶1 时未发生逆变器过载损失，光伏方阵每千瓦年发电量保持一致。当容配比增加到 1.25∶1 时，开始出现逆变器过载损失，此时光伏方阵每千瓦年发电量也从之前的1225.00 kWh 降至 1224.78 kWh，相比未发生逆变器过载损失时，光伏方阵每千瓦年发电量减少了0.02%。随着容配比的继续提高，逆变器过载损失也继续增大，光伏方阵每千瓦年发电量也随之继续减少，这说明光伏方阵每千瓦年发电量值的大小与容配比及逆变器过载损失均相关。
2 逆变器过载造成的发电量损失校正方法
结合上文中表 1 的实测结果和表 2 中的模拟结果进行分析可以发现：在实际测试中，当容配比为 1.15∶1 时，逆变器发生了过载损失，相较于容配比为 1.05∶1 时，光伏方阵每千瓦年发电量损失为 0.86%;而根据模拟结果，当容配比为1.15∶1 时，未发生逆变器过载情况。这说明，根据模拟结果得到的因逆变器过载而损失的光伏方阵每千瓦发电量比实际的因逆变器过载而损失的光伏方阵每千瓦发电量小。因此，本文利用最小二乘法多项式曲线拟合的方法，以光伏方阵的实际发电量损失数据去校正模拟得到的光伏方阵发电量损失数据，以便于最终得到更贴近实际情况的光伏方阵最优容配比。
文章来源：基于逆变器过载损失的双面组件光伏电站最优容配比分析