前言
通常情况【kuàng】下，考【kǎo】虑【lǜ】到投资【zī】收益的最大化，我们总是希望【wàng】光【guāng】伏系统始终【zhōng】保持【chí】在【zài】最大功率【lǜ】点工作。然而在电网调度要求、功率【lǜ】因数限制、功【gōng】率限制、电【diàn】压超限等诸多因素的影响或要求下：光伏【fú】系统并非始终工作【zuò】在最大功率【lǜ】点。从表面上看，这些限制【zhì】因素影响了投【tóu】资收益，事实上，却是为了保证电【diàn】网稳定【dìng】、或满足负载需【xū】求、甚至是偶尔【ěr】需要【yào】通过【guò】限功率保证系统正常工【gōng】作的【de】必要手【shǒu】段。这【zhè】也【yě】从【cóng】另一层面上说明，光伏系统【tǒng】工作的【de】复杂和多【duō】样性。
小固本文就将阐述光伏【fú】系统的【de】“各种非最大功【gōng】率工【gōng】作状【zhuàng】态”，希望【wàng】光伏人更【gèng】好的了解不同的光伏应用场景【jǐng】。
明确最大功率点定义
由于光伏组件的【de】I-U曲线可以看【kàn】出【chū】光伏组件的输出曲【qǔ】线是非【fēi】线性的，在同样的【de】光照条件下不同的工作【zuò】电压【yā】具有【yǒu】不【bú】同的输出电流，这【zhè】样【yàng】当光伏组件工作在某一个特点的电压Ump时，它与光伏【fú】组件输出的电流Imp的【de】乘积即【jí】功率P达到最大【dà】值，这【zhè】个【gè】工作点就是最大功率【lǜ】点【diǎn】。为【wéi】方便查看，这里采【cǎi】用电压【yā】-功率曲线图：
图1 组件功率电压曲线
如上【shàng】图所示，曲线的最高【gāo】点，就是我们始终【zhōng】希望【wàng】光伏系统【tǒng】的工作点，而逆变【biàn】器寻【xún】找这【zhè】个最高【gāo】点的过程就是我们熟知【zhī】的MPPT(最大功率【lǜ】点跟踪)。然【rán】而【ér】光伏系统并【bìng】非始终工作在【zài】最【zuì】大功率点，接下来我们介绍五种典型的“非最大功率”状态。
一、过压降载(交流侧)
光伏发电系统并【bìng】入【rù】电网，若该地区【qū】电网消纳【nà】能力有限，或线路【lù】损失【shī】太大，会导电网电压抬升。根据NBT-32004的【de】光伏逆变器国家【jiā】标准，当电【diàn】网电压在正常范围【wéi】(187V~242V)时【shí】，逆变器方可【kě】正【zhèng】常并网运行。
但【dàn】当电网电压高于设定的限值时(设定限【xiàn】值要【yào】考虑安全规范，也要结【jié】合负【fù】载、相关保护【hù】器件【jiàn】的【de】耐压值)，为了保证光伏系统继续发电【diàn】，而不是直接脱【tuō】网，需【xū】通过限制逆变器的输出功率来达到目的【de】，在这种【zhǒng】状【zhuàng】态【tài】下，逆变器实时跟【gēn】踪组【zǔ】件的功率【lǜ】曲线，并选取“能够保证电【diàn】压【yā】不超限”的功【gōng】率【lǜ】点来输出【chū】，进而系【xì】统将工作【zuò】在“非最【zuì】大功率点【diǎn】”的状态。
当然，这并【bìng】不是电网电压超限的【de】唯一解决方案，详情见链【liàn】接【光伏系统常【cháng】见问【wèn】题之电压超【chāo】限【xiàn】】
二、防逆流
目前，还有很【hěn】多【duō】地方，由于不同【tóng】的原【yuán】因，导致光【guāng】伏【fú】发电只能自【zì】发自用，余电不【bú】允许送入电网。此时，电【diàn】网公【gōng】司要【yào】求光伏并网光伏系统安装“防逆流【liú】”装置。以固德【dé】威单相机为例：
图2 固德威单相机防逆流示意图
通过CT实时监测用电【diàn】情况【kuàng】，反馈给【gěi】逆【nì】变器【qì】，一【yī】旦光伏发电不能全部被【bèi】负【fù】载消耗掉，逆变器为了【le】保证‘不给电网送电【diàn】’，也【yě】需【xū】要限制自身的功率输出。这种状【zhuàng】态，也是我们要说的第【dì】二种“非最大功【gōng】率工作状态”。
友【yǒu】情提示：如果您需要【yào】此功【gōng】能，请在购买小固产品【pǐn】前，与销【xiāo】售沟通好，必要【yào】时可与技术人【rén】员确认技术【shù】方案【àn】。
三、直流超配限载
“超配【pèi】比”已经是为光伏人广泛接受的概念。实际光【guāng】伏系统【tǒng】设【shè】计“超配”可以【yǐ】提【tí】高我们的投资收【shōu】益。当然，不同【tóng】光照地区【qū】，建议【yì】的超【chāo】配比也不同。
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【cǐ】，结合不同地区的光照情况，合理设计“超【chāo】配比”，可以【yǐ】避免【miǎn】光伏系统的“非【fēi】最大功【gōng】率工作状【zhuàng】态”。
四、阴影遮挡
绿色曲【qǔ】线是无遮挡、光照正常的情况【kuàng】下，组【zǔ】件的功率特性曲线。而在阴影【yǐng】遮挡的时候，组件的功率特【tè】性曲线会出现多波【bō】峰的【de】情况(红色【sè】曲线)。如下图所【suǒ】示：
图3 不同时间段MPPT追踪示意图
这是如果逆变器没有【yǒu】合适的“阴影扫【sǎo】描算法”，光伏【fú】系统可能【néng】工【gōng】作在【zài】“非最大功【gōng】率状态”LMPP。
固德威【wēi】逆变器可提【tí】供在电压【yā】范围内全局扫描【miáo】追踪【zōng】最大功率点【diǎn】，保【bǎo】证光伏系统的输出。当然，实【shí】际【jì】上最好的方案还【hái】是没有阴影遮挡【dǎng】。
五、政策限载或电网调度
政策限载或接【jiē】受电网【wǎng】的调度，也【yě】是光伏【fú】系统工作【zuò】在非最大功率状态的【de】重要原因【yīn】。以【yǐ】德【dé】国政府为例，其提出的【de】能源法中要求光伏电站按照装机容【róng】量的70%发【fā】电运行【háng】或【huò】者接【jiē】受电网调【diào】度，并且在新的德国安规中可【kě】能会作【zuò】为强制【zhì】要【yào】求项，在电网发出该指令时，逆变器会出现不工作最大功率【lǜ】点【diǎn】的情况【kuàng】。
同时随着【zhe】能源互联网、微电网等【děng】局域【yù】性独立【lì】电网【wǎng】概念的【de】提出，为确【què】保整【zhěng】个系统的稳定运行，光伏系【xì】统【tǒng】也可能频繁出现不【bú】工作在最大功率点【diǎn】的情况。
总结
本文【wén】小【xiǎo】固从过【guò】压【yā】降载、防【fáng】逆流、直流超配限载、阴影遮挡、政策限载或电网调度五个方【fāng】面给光【guāng】伏人介绍了光【guāng】伏系【xì】统【tǒng】工作在非最【zuì】大功率点的应用场【chǎng】景。
这【zhè】些【xiē】应【yīng】用场景从狭义上【shàng】来【lái】看，会对系统的【de】发电量造【zào】成影响，实则为了【le】保证电网【wǎng】稳【wěn】定、或满足负载需求，所【suǒ】采取【qǔ】的一种必要手段。同时【shí】也说明了逆变器在各种光【guāng】伏应用场景【jǐng】中的重要性。
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