前言
通常【cháng】情况下，考虑到投资收【shōu】益的最大化，我【wǒ】们总是希望光伏系【xì】统【tǒng】始【shǐ】终保持在最大功率【lǜ】点【diǎn】工【gōng】作。然而【ér】在电【diàn】网调度要求、功【gōng】率因数限制、功率限制、电压超【chāo】限等诸多因素的影响或要【yào】求【qiú】下：光伏【fú】系统并非始终工作在最大功率点。从【cóng】表【biǎo】面上看，这些【xiē】限制因素【sù】影响了投【tóu】资收【shōu】益，事实上，却【què】是为了保证电网稳定、或满足【zú】负【fù】载需求、甚至是偶尔需要通过【guò】限功率保【bǎo】证系统正常工作的【de】必要手段【duàn】。这也从另一层【céng】面上说【shuō】明，光伏系统工作的【de】复杂和多样性。
小固本文就将阐述光【guāng】伏系统的【de】“各种【zhǒng】非最【zuì】大功【gōng】率工作状【zhuàng】态【tài】”，希望光伏【fú】人更好的了解不同的【de】光伏应用场景。
明确最大功率点定义
由于光伏组件的【de】I-U曲线可以【yǐ】看出光伏组件的输出曲线是非【fēi】线性【xìng】的，在同样的【de】光照【zhào】条件下【xià】不同的工作电压【yā】具有不同的输出电流，这样当光伏组件工作在某一【yī】个特【tè】点的电压【yā】Ump时，它与光伏组件输出的电流Imp的乘积即功率P达到最【zuì】大值，这个工作点就【jiù】是【shì】最大功率点【diǎn】。为方【fāng】便查【chá】看【kàn】，这里采用电压【yā】-功【gōng】率曲线图【tú】：
图1 组件功率电压曲线
如上图所示，曲线的最高点，就是我们始【shǐ】终希望光【guāng】伏系统的工作点，而逆变器寻找这【zhè】个最高【gāo】点【diǎn】的过【guò】程【chéng】就是我们熟知的MPPT(最大功率点跟【gēn】踪)。然而【ér】光伏【fú】系【xì】统并【bìng】非始终工作在最大【dà】功率点，接下来我们【men】介【jiè】绍五种典型【xíng】的“非最大功率”状态。
一、过压降载(交流侧)
光伏发电系统并入电网，若【ruò】该地区【qū】电【diàn】网消【xiāo】纳【nà】能力【lì】有限，或线路损失太大，会导电网电压抬升【shēng】。根据【jù】NBT-32004的光伏逆变器国【guó】家标准【zhǔn】，当电网【wǎng】电压在【zài】正常范围(187V~242V)时，逆变器方可正常并【bìng】网运【yùn】行。
但当电网电压【yā】高于设定【dìng】的限值【zhí】时(设定限值要考虑安全【quán】规范，也要结合负载、相关保护器【qì】件【jiàn】的耐压值)，为了保证光伏【fú】系统继【jì】续发【fā】电，而不是直接脱网，需【xū】通【tōng】过限制逆变【biàn】器【qì】的输出功率来【lái】达到目的【de】，在这种状态下，逆变器实时【shí】跟【gēn】踪组件的功【gōng】率曲【qǔ】线，并选取“能够保证电【diàn】压不超限”的功【gōng】率【lǜ】点【diǎn】来输出，进【jìn】而系统将工【gōng】作在“非最大【dà】功率点”的状态。
当然，这并不是【shì】电网电压超【chāo】限的唯一解决方案【àn】，详情见链接【光【guāng】伏系统【tǒng】常见问【wèn】题之电压超【chāo】限】
二、防逆流
目前，还有很多地【dì】方，由于不同【tóng】的原【yuán】因，导致【zhì】光伏发电只能自发【fā】自用，余电不允许送入【rù】电网。此【cǐ】时，电网公【gōng】司【sī】要求【qiú】光伏并网【wǎng】光【guāng】伏系统【tǒng】安装“防逆流”装置【zhì】。以固德威单相机为例：
图2 固德威单相机防逆流示意图
通过CT实【shí】时监测用电情况，反【fǎn】馈给逆变器，一旦光伏发电不能【néng】全部被负【fù】载【zǎi】消【xiāo】耗掉，逆变器为【wéi】了保证‘不【bú】给电网送电’，也需要限制自身的功率输【shū】出。这种状态【tài】，也【yě】是我们【men】要说的第【dì】二种“非最大【dà】功率工作状【zhuàng】态”。
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三、直流超配限载
“超配【pèi】比”已经是为【wéi】光伏人【rén】广泛接【jiē】受【shòu】的概念。实际光【guāng】伏系统设计“超配【pèi】”可以提高【gāo】我们的【de】投资收益。当然，不同光照地区，建【jiàn】议的超配比也不【bú】同。
如果超配过大，则会出现下图的情况：
图3 直流侧限载监控图
因【yīn】此，结【jié】合不【bú】同地区的光照情况，合【hé】理设计“超配比”，可以【yǐ】避免光伏系统的【de】“非【fēi】最大功率工【gōng】作状态”。
四、阴影遮挡
绿色曲线是无遮挡【dǎng】、光照正常的情况下，组件的功率特【tè】性曲线。而在阴影遮挡的时【shí】候【hòu】，组件的功率特性【xìng】曲线会出【chū】现【xiàn】多波峰的【de】情况(红色曲线)。如下【xià】图所【suǒ】示：
图3 不同时间段MPPT追踪示意图
这【zhè】是如果【guǒ】逆变器没有合适的“阴影【yǐng】扫描算法”，光伏系统可能工作在“非最大【dà】功率状态【tài】”LMPP。
固德威【wēi】逆变器可提供在电压范围内全局扫描【miáo】追踪【zōng】最大功率点，保证光伏系【xì】统【tǒng】的输出【chū】。当然，实际上【shàng】最【zuì】好的方【fāng】案还是没有【yǒu】阴影遮挡。
五、政策限载或电网调度
政策限载或接受电网的调【diào】度，也是光【guāng】伏系【xì】统工作在非最大【dà】功率状态的重要原【yuán】因。以德国政府为例，其【qí】提【tí】出的能源法中要【yào】求【qiú】光伏电站按照装机容量的70%发【fā】电运行或者接受电网【wǎng】调度，并且在【zài】新的德国【guó】安规中【zhōng】可能会作为【wéi】强【qiáng】制【zhì】要求项，在电网【wǎng】发【fā】出【chū】该指令时，逆变器会出现不工作最大功率点的情况。
同时随【suí】着能源互【hù】联网、微【wēi】电【diàn】网等局【jú】域性【xìng】独立电网概念的提【tí】出，为确保整个系统的稳定运行【háng】，光伏系统也可能频【pín】繁出现不工作在最【zuì】大功率【lǜ】点的情况【kuàng】。
总结
本文【wén】小固从过【guò】压【yā】降载、防【fáng】逆【nì】流、直【zhí】流超配限载、阴影遮挡、政策限载或电网调度【dù】五个方【fāng】面给光伏人介绍【shào】了光【guāng】伏系统【tǒng】工作在非最大功率【lǜ】点的应用场景。
这些应用【yòng】场景从狭义上来看【kàn】，会对系统的发电【diàn】量造【zào】成影响，实则为【wéi】了保证电网稳定、或满足负载【zǎi】需求【qiú】，所采取的一种必要手段。同时【shí】也说明了【le】逆变【biàn】器在各种光伏【fú】应用【yòng】场景中【zhōng】的【de】重【chóng】要性。
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