对于一个光伏发电系统，我们都【dōu】希望它能够始终保持在最大功率点工作，这样【yàng】我们的投资收益才能够【gòu】实现最大【dà】化。但是一个光伏【fú】系统的工作【zuò】是【shì】十分【fèn】复【fù】杂的，往往【wǎng】不能【néng】够达到我们理【lǐ】想中的状态【tài】。
9-20-27日【rì】，在由北极星太阳能【néng】光伏网主办【bàn】的“2017第三届电站质【zhì】量高峰论【lùn】坛”上，来自固【gù】德【dé】威太阳能学院的院【yuàn】长王五雷给【gěi】大家分享【xiǎng】了“光伏系统在非最大功率【lǜ】点【diǎn】工作”的几【jǐ】种情况。他表示，在【zài】光伏电站的实际运行过程中，电网调度要求、功率【lǜ】因数限制【zhì】、功【gōng】率【lǜ】限制、电【diàn】压超限等【děng】诸多因素，都会导致光伏系统无法在最大【dà】功【gōng】率【lǜ】点工作【zuò】。
明确最大功率点定义
由光伏组件的I-U曲线可以看出光【guāng】伏组件的输出曲线是非线性的，在同样的【de】光照条件下【xià】不同的工作电压【yā】具有不同的输出电流【liú】，这样当光伏组件工作【zuò】在【zài】某【mǒu】一个【gè】特点【diǎn】的电压Ump时，它【tā】与光【guāng】伏组件【jiàn】输出的【de】电流Imp的乘积即功【gōng】率P达到最大值，这个工作点【diǎn】就是最大功率点【diǎn】。
电压-功率曲线图
电压-电流曲线图
如上电【diàn】压-功率曲线图所【suǒ】示，曲线的最【zuì】高点，就是我们始终希望光【guāng】伏系统的工作点，而逆【nì】变器【qì】寻找这个最高点【diǎn】的过程就【jiù】是我们熟知的MPPT(最大功【gōng】率【lǜ】点跟踪)。只【zhī】有当逆变器【qì】追踪到了这【zhè】个点【diǎn】，并将它转换【huàn】出来【lái】，才能得【dé】到我们想要的最【zuì】大功率。
对于光【guāng】伏系【xì】统而言，高效运行【háng】，往【wǎng】往还有【yǒu】其他几个前提，即安【ān】全（包括人身安【ān】全和电【diàn】网【wǎng】安全），稳定（无故障运【yùn】行），连【lián】续（无非故障停【tíng】机）。没有这三个前提，单纯追求高效的转换，是不科学也是【shì】不【bú】现实的。
光伏【fú】发电系统【tǒng】在”非最大功率点【diǎn】工作【zuò】状态【tài】“的情况，主要有以下7种：
1、防逆流
目【mù】前，还有很多地方，由于【yú】不同的原【yuán】因，导【dǎo】致【zhì】光伏发电只能自【zì】发自用，余电【diàn】不允许送入电网。此时【shí】，电【diàn】网公司要求【qiú】光伏并网光伏系统【tǒng】安装“防逆【nì】流【liú】”装置。
固德威单相机防逆流示意图
通过【guò】CT实【shí】时监测用电情况，反馈【kuì】给逆变器【qì】，一旦【dàn】光伏【fú】发【fā】电不能【néng】全部被负【fù】载消耗掉，逆变器为了保【bǎo】证“不给电网送电”，需要限制【zhì】自身的【de】功率【lǜ】输出。这种状态，是非常典型的一【yī】种“非最大功率工【gōng】作状态【tài】”。
2、过压降载(交流侧)
光伏发电系统并入电【diàn】网之后，会抬升电网电压【yā】，若该地区电网消纳能力【lì】有【yǒu】限【xiàn】，或线路损失【shī】太大，就要面临【lín】过压降载【zǎi】的问题【tí】。根据NBT-32004的光伏逆变器国家标【biāo】准，当电网电压在正常范围【wéi】(187V~242V)时【shí】，逆变【biàn】器方可正常并网运行。
但当电【diàn】网电压高于设定的限【xiàn】值时(设定限【xiàn】值要【yào】考虑安【ān】全规范，也要结合负载、相关保【bǎo】护器件的耐【nài】压值)，为了保证光伏系【xì】统继续发电，而不是直【zhí】接脱网，需【xū】通过限制逆变器的输【shū】出功率【lǜ】来达到目【mù】的，在这种状态下，逆变器实时【shí】跟踪组【zǔ】件【jiàn】的【de】功率曲【qǔ】线，并【bìng】选取“能【néng】够保证【zhèng】电压不超限”的功率点来输出，进而系统【tǒng】将【jiāng】工作在“非最【zuì】大功率点”的状态。
这种情况是大家所【suǒ】不想【xiǎng】看到【dào】的，也【yě】有一些解决方案。但是这【zhè】种状态实际上【shàng】对收【shōu】益仍旧是有保障的。
3、直流超配限载
“超配比【bǐ】”已经是为【wéi】光伏人广泛接【jiē】受【shòu】的概，这个概念指的是组件【jiàn】对比逆变器的【de】额定功率比。实际【jì】光伏系统设计【jì】“超配”可以提高我们【men】的投【tóu】资收益。当然，不同光【guāng】照地区，如【rú】一类、二类、三类地【dì】区，建议的超配比也【yě】不同。
如果超配过大，则会出现下图的情况：
直流侧限载监控图
因【yīn】此，结合不同地区的光照情况，合理【lǐ】设计【jì】“超配比”，可【kě】以【yǐ】避免光伏系统的“非最大功率【lǜ】工作状【zhuàng】态”。
4、阴影遮挡
阴影【yǐng】遮【zhē】挡对PR具有【yǒu】很【hěn】大【dà】影【yǐng】响。如【rú】图中所示，绿色曲【qǔ】线是无遮挡、光照【zhào】正【zhèng】常的情况下，组件的功率特性【xìng】曲线。红【hóng】色曲线是在阴影遮挡的时候，组【zǔ】件的功率特性曲线会出现多【duō】波峰的情况。
不同时间段MPPT追踪示意图
当逆变器【qì】遇到这【zhè】种情况（阴【yīn】影遮挡）时【shí】，如果逆【nì】变器没【méi】有合适的“阴【yīn】影扫描算法”，使用【yòng】常规的算法会难以找到最大功率点。同【tóng】时，由于具【jù】有多个波峰【fēng】，波【bō】峰高度不【bú】同，逆【nì】变【biàn】器【qì】可能追到到最【zuì】低【dī】的那个点【diǎn】，系统损失相对更大。另外，尽管一些逆变器能够【gòu】在【zài】电压范【fàn】围【wéi】内全局扫描追踪最大功率点，保证光伏系统的输【shū】出。实际上最好的方案还是没【méi】有【yǒu】阴影遮挡。
5、政策限载或电网调度
政策限载或接【jiē】受电网的调度，也是【shì】光伏系统工【gōng】作在非【fēi】最大功率状态的重要原因。以德国政府为例，2013年在VDE-AR-N4105规范中提出，要求【qiú】所【suǒ】有的逆变器必须【xū】兼【jiān】容电网给【gěi】的通讯【xùn】的指令，要求光伏电站按【àn】照装机【jī】容【róng】量的70%发电运行或【huò】者接受电【diàn】网【wǎng】调度。并且在新的【de】德国安规中可能会作为强制要求项，在电网发【fā】出该指令时【shí】，逆变器会出现不工作最大功【gōng】率【lǜ】点的情【qíng】况。
同时随【suí】着能源互联网、微电网等局【jú】域性独立电网概念的提出，为确保整个系【xì】统的稳定运行，光伏系【xì】统【tǒng】也可能频繁出【chū】现不工【gōng】作在最大功率点【diǎn】的情【qíng】况。
6、无功补偿
在工【gōng】商业分【fèn】布式应用领域，会有一部分项目前期【qī】设计时【shí】，没有充分【fèn】考虑【lǜ】并【bìng】网点【diǎn】问题以及厂区现有的无功补【bǔ】偿条件。尽管逆变器【qì】能够【gòu】承担一定的无功补偿功能，但这会导致【zhì】有【yǒu】功输出【chū】降低。
7、储能场景
未来，光【guāng】伏发电系【xì】统或【huò】许会和储能有更【gèng】多的【de】结合。当白【bái】天日光充沛时，将光伏系统所发【fā】的电，存【cún】储于【yú】蓄电池，晚上用电高峰【fēng】期便可以使用。但是蓄电池【chí】的充放电会有一些损耗。逆变【biàn】器此时需要【yào】担【dān】负【fù】检【jiǎn】测负载用电需【xū】求的重任【rèn】。
光伏【fú】系统【tǒng】是极其【qí】复杂和多【duō】样的。表面上看【kàn】，电网调度要求、功率因数限【xiàn】制、功率限【xiàn】制、电【diàn】压超限【xiàn】等限制因素会影响投【tóu】资收益。事【shì】实上【shàng】，却是【shì】为了保证电网稳定、或满足负载需求、甚至是【shì】偶尔需要通【tōng】过限功率保证系统【tǒng】正常工作的必【bì】要手段。
