逆变器：组串式和集中式，孰优孰劣？
前言：据相关调查，截至2013年12月，在容量为5MW以上的太阳能电站中，全球约2%的电站采用了组串式方案接入。这一比例在德国最高也仅达12%，而在太阳能发展迅速的中国仅不到1%。在美国5MW以上的地面电站达2.3GW，采用组串式方案接入的比例同样不到1%，而在印度这一比例更低，印度作为新兴的太阳能市场，容量5MW以上的光伏地面电站达580MW，几乎所有的5MW以上太阳能地面能电站均采用集中式并网逆变器。综上所述，集中式逆变器在大型地面电站中应用的认可度极高。
IHS统计资料：5MW以上的太阳能电站逆变器应用占比
近年来组串式逆变器也开始应用在5MW以上的大型地面电站中，这引起了太阳能业界对这两个应用方案的争论，那么，组串式方案与集中式方案到底哪个更好呢？它们各自的优势是什么？&
一、关于收益：
某电站实测资料分析
注：考虑到6月8日组串式阵列因停机或其他原因造成的发电量异常，故剔除该日资料。
通过对某电站逆变器的实际资料，从组串输出功率、元件衰减程度、交直流线损三个因素综合考虑，组串式逆变器与A、B两家厂商的相比均低于1%以上，而与C厂家相比也才高出1%，综合平均之后组串式逆变器要比集中式逆变器发电量低0.864%。
二、关于大型地面电站对设备功能的要求：
（1）零电压穿越保护的问题
根据GB/T中对低电压穿越故障的要求，逆变器必须具备零电压穿越能力，要求逆变器能够在电网电压跌至0时，保持0.15s并网运行，当电压跌至曲线1以下，允许逆变器从电网中切出。
光伏发电站的零电压穿越能力要求:
组串式逆变器的劣势：组网方式限制&&其逆变器间无高频载波同步，无法解决逆变器间的并联环流问题；距离箱变远端的逆变器线路阻抗较大；多机并联模式&&多台逆变器在电网电业跌落时会无法统一输出电压及电流的相位。
集中式并网逆变器：均可通过实验室和现场的低电压穿越测试。
（2）防孤岛保护
孤岛效应：是指当电网的部分线路因故障或维修而停电时，停电线路由所连的并网发电装置继续供电，并连同周围负载构成一个自给供电的孤岛的现象。GB/T标准要求电站具有防孤岛保护设备，通常情况下逆变器采用主动+被动双重防孤岛保护，以保障在任何情况下逆变器能可靠地断开与电网的连接。主动保护通常采用向电网注入很小的干扰信号，通过检测回馈信号判断是否失电，而被动保护通常采用检测输出电压、频率和相位的方式来判定孤岛状态的发生。
组串式逆变器：交流侧直接并联，因主动保护而采用注入失真信号的方式无法应用在多机并联的系统中，无法执行孤岛保护中的主动保护。
&&应用风险：产生谐振孤岛将会对线路检修人员造成安全威胁，对用电设备造成损害，严重影响电站的运行安全等等。
集中式逆变器：交流输出无需汇流，直接接入双分裂绕组变压器，同时执行主动和被主动孤岛保护。
（3）支持电网调度
两者共同点：均采用RS485作为通讯接口，回应速度均相应较慢。
组串式逆变器：每兆瓦需对40台逆变器调度，不利于电站的远端调度管理；
集中式逆变器：每兆瓦仅对2台逆变器调度，较为方便。
（4）PID效应抑制策略
目前公认的最为可靠抑制PID效应的解决方法：逆变器负极接地
组串式逆变器：采用虚拟负极接地电路的方式来抑制PID效应，如虚拟电路发生故障组串式逆变器则无法保障对PID效应抑制，远比实体负极接地可靠性差。
集中式逆变器：采用绝缘阻抗监测+GFDI（PV Ground-Fault Detector Interrupter，由分断器件和传感器组成）方案，即逆变器即时监测PV+对地阻抗。当PV+对地阻抗低于阈值的时候，逆变器就会立刻报警停机。
（5）分断器件保护
组串式逆变器：直流侧采用直流开关而非断路器，直流开关在直流侧发生接地故障的时候并不具备分断能力，因此无法切点故障点，会造成硬件保护功能的缺失。
三、关于维护效率：
（1）备用逆变器
组串式逆变器：若按100MW电站算，组串式逆变器需要4000台，而厂家提供的只有10台，比例仅为0.25%。但其元器件数量众多，逆变拓扑复杂等原因故障率远高于0.25%。而多数大型地面电站地处沙漠、戈壁，其物流、搬运等均成了比较现实的问题。　　
（2）现场更换
组串式逆变器：大型地面电站占地面积通常较大，部分电站现场道路条件较差，地形特殊，造成现场维护的诸多不便。特别是山地、丘陵电站，现场道路条件较差，运维人员无法将组串式逆变器直接运输至故障点进行更换。
集中式并网逆变器：多采用器件组件化设计，主要器件均可通过插拔的方式快速更换，在故障定位后，维护时间不会超过20分钟。另外，集中式逆变厂商在电站附近的城市均建立有售后服务中心及备件管理中心。
（3）维护成本
组串式逆变器：整机更换的维护方式的成本更高，在质保期过后，其维护费用将在电站运行费用中占比不小。
集中式逆变器：更换故障组件方式的维护成本低。
通过以上各方面的比较，我们或许可以看到集中式逆变器的优势是远远大于组串式逆变器的。但是未来组串式逆变器的发展会不会更好，会不会把这些缺点都变成优点，成功逆袭集中式逆变器，这些都是有可能的。
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在交直流混合微电网中，当存在多个连接交流母线和直流母线的双向AC/DC变换器；或者多个共直流母线的逆变器之间存在零序环流，它的产生是由于多个逆变器/双向变换器由于硬件参数不能完全一致，控制信号无法完全同步导致的，不同于非共直流母线的逆变器，零序环流会导致逆变器输出电流畸变，增加开关应力，增加系统损耗，同时还会影响电压电流波形质量，因此，在多个公母线的协同工作的逆变器之间必须对零序环流加以抑制。
在交直流混合微电网中，当存在多个连接交流母线和直流母线的双向AC/DC变换器；或者多个共直流母线的逆变器之间存在零序环流，它的产生是由于多个逆变器/双向变换器由于硬件参数不能完全一致，控制信号无法无安全同步导致的，不同于非共直流母线的逆变器，零序环流会导致逆变器输出电流畸变，增加开关应力，增加系统损耗，同时还会影响电压电流波形质量，因此，在多个公母线的协同工作的逆变器之间必须对零序环流加以抑制。
．中国知网．[引用日期]
清除历史记录关闭并网逆变器并联系统的鲁棒控制与环流分析
天津大学电气与自动化工程学院、天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室的研究人员方红伟、陶月、肖朝霞等，在2017年第18期《电工技术学报》上撰文，对应用于并网逆变器并联系统的鲁棒控制策略进行研究和设计，在分析并联系统的电路结构和环流特点的基础上，提出简单的单桥臂控制方法。
采用基于H∞控制的结构奇异值综合方法，抑制各种不确定性的影响，使并网并联系统的稳定性和性能得到提高，实现并网电流的准确控制和环流的抑制。同时，给出系统稳定运行的不确定性范围，所设计的控制器在给定范围内能保证系统稳定运行。仿真与实验结果验证了控制方案的有效性。
近年来，利用可再生能源发电的分布式发电技术得到了越来越多的重视和应用。分布式发电系统通常通过并网逆变器和电网连接，并按要求向电网输送有功和无功功率。作为接口设备，并网逆变器的作用是准确控制注入电网的电流成正弦波形，从而实现规定的有功和无功功率的输送。因此，并网逆变器的控制方法就成为分布式发电领域的研究热点之一[1]。
当在并网模式下运行时，控制方法主要分为间接电流控制和直接电流控制两大类。由于电压谐波和参数变化等不确定因素的影响，间接电流控制方法的电流波形控制难度很大，容易产生畸变。所以，目前并网逆变器一般采用直接电流控制，其动态响应快、鲁棒性较强。但由于逆变器的非线性特性和参数不确定性等影响，采用直接电流控制也会出现并联环流、波形畸变等问题。因此，国内外研究者着力于采取多种改进型直接电流控制方法以提高系统的控制性能。
文献[5]讨论了三相逆变器并网问题，并采用H∞控制器提高电网线路感抗变化时并网电流控制的鲁棒性。文献[6]采用状态反馈控制，同时为了减少传感器，使用了状态观测器。文献[7]比较了采用PI、PR和无差拍控制的单相光伏并网逆变器的控制性能。文献[8]采用模型预测控制方法提高了系统的快速响应性和参数鲁棒性。文献[9]采用自校正预测控制，实时修改预测模型，进一步提高了系统的鲁棒性。以上直接电流控制方法一定程度上提高了系统的控制性能和鲁棒性，但均没有考虑共直流母线逆变器并联系统的环流问题。
随着分布式发电系统功率等级的提高，接口逆变器的并联运行成为必然的选择。当共直流母线的多台逆变器并联运行时，单元间互相影响，并联系统为耦合系统。该类系统中多种环流成分共同存在，严重影响系统的正常运行，其中零序环流最为突出。因此，抑制环流成为并联系统控制的突出问题。
环流产生的根本原因是单台逆变器控制性能具有一定限制，当外部干扰、不确定因素影响及耦合作用共同作用到系统上时，系统性能的下降就会明显地表现出来。所以，提高单台逆变器的控制性能和鲁棒性是减小耦合系统中其他逆变器对其影响、抑制环流的最直接有效的方法。
近些年有学者尝试将H∞ 控制方法应用于逆变器控制领域。文献[13]考虑电网电压扰动、非线性负载电流等不确定性，对四桥臂逆变器设计H∞ 控制器进行中线电流和输出电压控制。文献[14]在线路阻抗和负载有较大不确定性下，对比了基于自适应增益规划的瞬时均流控制器与基于混合灵敏度设计和结构奇异值方法的鲁棒控制器的均流性能。上述表明H∞ 控制是针对系统不确定性以提高系统控制鲁棒性的有效方法。
本文将深入探讨单台逆变器的H∞控制器的设计方法。首先分析共直流母线并联逆变器系统的电路结构和环流特点，得出用于鲁棒控制器设计的系统的解耦数学模型。在此基础上进行H∞控制器的设计，应用综合方法，使所设计的控制器具有较高的控制性能和较强的鲁棒性，实现了对环流的有效抑制。最后对控制器进行离散化处理，结果验证了该设计方法的合理性和有效性。
图1 单相逆变器并联拓扑结构
本文将H∞控制器设计方法应用于逆变器并联系统。通过对并网逆变器并联系统的分析，将复杂的环流控制问题归结为单桥臂电流控制问题。通过得到一个高性能、强鲁棒性的控制器，实现了电流的准确控制和环流的有效抑制。通过几组对比实验，验证了本文所提控制方法对并联系统优越的控制效果，证明了该方法的可行性，并得到以下结论：
1）H∞控制方法适用于不确定性（参数变化及外部干扰）在小范围内变化的系统，与PI控制相比，H∞控制能显著增强控制的鲁棒性，保持较高的控制性能。
2）本文所提方法将不易准确测量的变量（网侧电压）当作干扰处理，得到了较好的控制效果，对其他相关控制系统设计具有较好的参考价值。
3）需精心设计权函数、合理估计不确定性范围，从而保证得到高性能的控制器。
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