前言
通【tōng】常情况下，考虑到【dào】投【tóu】资收益【yì】的【de】最大化，我【wǒ】们总是【shì】希望光伏系统始终保持【chí】在【zài】最大功率点工作。然而在电网调度要求、功率【lǜ】因【yīn】数限制、功率限【xiàn】制、电【diàn】压超限等诸多因素的影响或要【yào】求下：光伏【fú】系统并非始终工作在最大功【gōng】率点。从表【biǎo】面上看，这些限制因素影响了投资收益，事【shì】实上，却是为了保证电【diàn】网稳定、或【huò】满足负载【zǎi】需【xū】求、甚【shèn】至是【shì】偶尔需要通过限功率保证系统正常【cháng】工作的必要手段。这也从另一层【céng】面上【shàng】说明【míng】，光伏系统工作【zuò】的【de】复杂和多样性。
小固【gù】本文就将阐【chǎn】述光伏系统的“各种【zhǒng】非【fēi】最大功率工【gōng】作状【zhuàng】态”，希望光伏人【rén】更【gèng】好的了解不【bú】同的光伏应用场景。
明确最大功率点定义
由于光伏组件的I-U曲线【xiàn】可以看出光伏【fú】组件的输出曲【qǔ】线是【shì】非【fēi】线性的，在同样的【de】光【guāng】照条【tiáo】件下不同的工作电【diàn】压【yā】具有不同的【de】输【shū】出电流，这样当光伏组件工作在某【mǒu】一【yī】个特点的电压Ump时【shí】，它与光伏组件输【shū】出【chū】的电流Imp的乘积即功率P达到最大【dà】值，这个工作点就是最大功【gōng】率点。为方便查看，这里采用电压-功率曲【qǔ】线图：
图1 组件功率电压曲线
如上图所示，曲线【xiàn】的最高点，就是我们始终希望【wàng】光伏系【xì】统的【de】工【gōng】作点，而逆变器寻找这【zhè】个最高点的过【guò】程就是我们【men】熟知的MPPT(最大功率点跟【gēn】踪【zōng】)。然而光伏系【xì】统并非始终工作在【zài】最大功率【lǜ】点，接下来我们【men】介【jiè】绍五种典型的“非最大功【gōng】率”状态【tài】。
一、过压降载(交流侧)
光伏发电系统【tǒng】并入电网，若【ruò】该地区电网消【xiāo】纳能【néng】力【lì】有限，或线路损失太大，会导电【diàn】网电压抬升。根据NBT-32004的【de】光伏逆变器国家标准，当【dāng】电网电【diàn】压在【zài】正常范围(187V~242V)时，逆变【biàn】器方可正【zhèng】常并【bìng】网运行。
但当电【diàn】网【wǎng】电压高【gāo】于设定的限值时【shí】(设定限值要考虑安全规范，也要【yào】结合负载、相关保护器件【jiàn】的【de】耐压值)，为了【le】保【bǎo】证【zhèng】光【guāng】伏系统【tǒng】继续发电，而不是直接脱网，需【xū】通过【guò】限制【zhì】逆变器的输出功【gōng】率来达到目的，在这种状态下，逆变器实时跟踪组【zǔ】件的功【gōng】率曲线，并选取“能够保【bǎo】证电压【yā】不超限”的功率点来输出【chū】，进而系统将工【gōng】作【zuò】在“非最大功率点”的【de】状态。
当然，这并不是电网电压超【chāo】限的唯一【yī】解决【jué】方案，详情【qíng】见【jiàn】链接【光伏系统【tǒng】常见问题【tí】之电压超限】
二、防逆流
目【mù】前，还有很多地方【fāng】，由【yóu】于不同【tóng】的【de】原因，导致光伏发电只【zhī】能自发自用，余【yú】电不允许送【sòng】入【rù】电网。此时，电网公司要求光伏并网光伏系统安装“防【fáng】逆流”装置【zhì】。以【yǐ】固德威单【dān】相机为例：
图2 固德威单相机防逆流示意图
通过CT实时监【jiān】测【cè】用【yòng】电情【qíng】况【kuàng】，反馈给逆变器，一旦光伏发电不能全【quán】部【bù】被负【fù】载消耗掉，逆变器为了【le】保证‘不【bú】给电网送电’，也【yě】需要限制自身【shēn】的功【gōng】率输出。这种状【zhuàng】态，也是我们要说的第二种“非最大功率工作状【zhuàng】态”。
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三、直流超配限载
“超【chāo】配比【bǐ】”已经是【shì】为光伏人广【guǎng】泛接受的概【gài】念。实际光伏系【xì】统设【shè】计“超配”可以提高【gāo】我们【men】的投资收益。当然，不同光照地区，建议的超配比也不同【tóng】。
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
因此，结合不【bú】同【tóng】地区【qū】的光照情况，合理【lǐ】设计【jì】“超配比”，可以避免【miǎn】光伏系统【tǒng】的“非最大功率工作状态”。
四、阴影遮挡
绿色曲线是无遮挡【dǎng】、光照正【zhèng】常【cháng】的情况【kuàng】下，组件【jiàn】的功率特性曲线。而在阴【yīn】影遮挡的【de】时候，组件的功率【lǜ】特性曲线【xiàn】会出现多波峰的情【qíng】况【kuàng】(红色曲【qǔ】线)。如下图所示：
图3 不同时间段MPPT追踪示意图
这是如果逆【nì】变器没有合【hé】适【shì】的“阴影扫描算法”，光伏系统【tǒng】可能工作在“非最【zuì】大功率状态【tài】”LMPP。
固【gù】德威逆变器可提供在电压范【fàn】围【wéi】内全【quán】局扫描追【zhuī】踪最大功【gōng】率【lǜ】点，保证光伏系统的输出。当然【rán】，实际【jì】上最好的方案【àn】还是【shì】没有阴影遮挡。
五、政策限载或电网调度
政【zhèng】策限载【zǎi】或接受电网的【de】调度，也是光伏【fú】系【xì】统工作在非最大功率状态的重【chóng】要原因。以德国政府【fǔ】为例，其提出【chū】的能源法【fǎ】中要求【qiú】光伏电站按照装机容量的70%发电运行或者接受电网【wǎng】调【diào】度，并且在新的德国安规中可【kě】能【néng】会作为强【qiáng】制【zhì】要求【qiú】项，在电网【wǎng】发【fā】出该指令时，逆【nì】变器会出现不工作最大功率点的情【qíng】况【kuàng】。
同时随着能源互联【lián】网、微电【diàn】网等局【jú】域性独【dú】立电【diàn】网概念的【de】提出，为确保【bǎo】整【zhěng】个系统的【de】稳定运行，光伏系统也可能频繁出现不工【gōng】作在最大【dà】功率【lǜ】点的情况。
总结
本文小固从【cóng】过压降载【zǎi】、防逆【nì】流、直流超配【pèi】限【xiàn】载、阴【yīn】影遮挡、政策限载或电网调度五个方面给光【guāng】伏人介【jiè】绍了光伏系统工作在非最大功率【lǜ】点的应用【yòng】场【chǎng】景【jǐng】。
这【zhè】些应【yīng】用场景从狭义上来看，会对【duì】系统的发电量造成【chéng】影【yǐng】响，实则为【wéi】了保【bǎo】证电网稳定、或满足负载需求【qiú】，所采取【qǔ】的一种必要手段。同时也说明了逆【nì】变【biàn】器在各种光【guāng】伏应用场【chǎng】景中【zhōng】的重要性。
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