关于光伏系统的研究和分析

通常情况下，考虑到投资收益的最大化，我们总是希望光伏系统始终保持在最大功率点工作。然而在电网调度要求、功率因数限制、功率限制、电压超限等诸多因素的影响或要求下：光伏系统并非始终工作在最大功率点。从表面上看，这些限制因素影响了投资收益，事实上，却是为了保证电网稳定、或满足负载需求、甚至是偶尔需要通过限功率保证系统正常工作的必要手段。这也从另一层面上说明，光伏系统工作的复杂和多样性。

明确最大功率点定义

由于光伏组件的I-U曲线可以看出光伏组件的输出曲线是非线性的，在同样的光照条件下不同的工作电压具有不同的输出电流，这样当光伏组件工作在某一个特点的电压Ump时，它与光伏组件输出的电流Imp的乘积即功率P达到最大值，这个工作点就是最大功率点。为方便查看，这里采用电压-功率曲线图：

图1 组件功率电压曲线

如上图所示，曲线的最高点，就是我们始终希望光伏系统的工作点，而逆变器寻找这个最高点的过程就是我们熟知的MPPT（最大功率点跟踪）。然而光伏系统并非始终工作在最大功率点，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）

光伏发电系统并入电网，若该地区电网消纳能力有限，或线路损失太大，会导电网电压抬升。根据NBT-32004的光伏逆变器国家标准，当电网电压在正常范围（187V~242V）时，逆变器方可正常并网运行。

但当电网电压高于设定的限值时（设定限值要考虑安全规范，也要结合负载、相关保护器件的耐压值），为了保证光伏系统继续发电，而不是直接脱网，需通过限制逆变器的输出功率来达到目的，在这种状态下，逆变器实时跟踪组件的功率曲线，并选取“能够保证电压不超限”的功率点来输出，进而系统将工作在“非最大功率点”的状态。

二、防逆流

目前，还有很多地方，由于不同的原因，导致光伏发电只能自发自用，余电不允许送入电网。此时，电网公司要求光伏并网光伏系统安装“防逆流”装置。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实时监测用电情况，反馈给逆变器，一旦光伏发电不能全部被负载消耗掉，逆变器为了保证‘不给电网送电’，也需要限制自身的功率输出。这种状态，也是我们要说的第二种“非最大功率工作状态”。

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三、直流超配限载

“超配比”已经是为光伏人广泛接受的概念。实际光伏系统设计“超配”可以提高我们的投资收益。当然，不同光照地区，建议的超配比也不同。

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

因此，结合不同地区的光照情况，合理设计“超配比”，可以避免光伏系统的“非最大功率工作状态”。

四、阴影遮挡

绿色曲线是无遮挡、光照正常的情况下，组件的功率特性曲线。而在阴影遮挡的时候，组件的功率特性曲线会出现多波峰的情况（红色曲线）。如下图所示：

图3 不同时间段MPPT追踪示意图

这是如果逆变器没有合适的“阴影扫描算法”，光伏系统可能工作在“非最大功率状态”LMPP。

固德威逆变器可提供在电压范围内全局扫描追踪最大功率点，保证光伏系统的输出。当然，实际上最好的方案还是没有阴影遮挡。

五、政策限载或电网调度

政策限载或接受电网的调度，也是光伏系统工作在非最大功率状态的重要原因。以德国政府为例，其提出的能源法中要求光伏电站按照装机容量的70%发电运行或者接受电网调度，并且在新的德国安规中可能会作为强制要求项，在电网发出该指令时，逆变器会出现不工作最大功率点的情况。

同时随着能源互联网、微电网等局域性独立电网概念的提出，为确保整个系统的稳定运行，光伏系统也可能频繁出现不工作在最大功率点的情况。

本文小固从过压降载、防逆流、直流超配限载、阴影遮挡、政策限载或电网调度五个方面给光伏人介绍了光伏系统工作在非最大功率点的应用场景。

这些应用场景从狭义上来看，会对系统的发电量造成影响，实则为了保证电网稳定、或满足负载需求，所采取的一种必要手段。同时也说明了逆变器在各种光伏应用场景中的重要性。