2.1　大型光伏電站的拓撲結構及特點

由于光伏陣列輸出的是低壓直流電，目前大型光伏電站普遍采用光伏逆變器并聯結構集中并網，進而通過送端配電站實現高壓遠距離交流輸電。以某40MW光伏發電項目為例，大型光伏電站的拓撲結構示意圖如圖2.1所示^[1]。

圖中，u_g表示光伏電站中并網逆變器實際的并網點電壓，u_1pcc和u_2pcc分別表示送端配電站低壓側和高壓側并網公共點（Point of Common Coupling，PCC）電壓。u₁和u₂分別表示受端配電站低壓側和高壓側電壓。

從圖中可以看出，大型光伏電站主要組成部分包括：光伏陣列、大功率并網逆變器、升壓變壓器、輸電線路等。與小功率光伏并網系統相比，大型電站具有以下特點：

① 大型光伏電站一般采用分塊發電、集中并網方案。如圖2.1所示，該大型光伏電站由多組光伏發電單元組成，每組光伏發電單元分別通過各自的0.27kV/10kV雙分裂升壓變壓器匯入10kV/110kV升壓配電站，然后以110kV電壓等級實現遠距離高壓交流輸電；

② 每組光伏發電單元中的光伏陣列和各自的并網逆變器分別通過直流側電容進行連接，并網逆變器之間僅共用并網公共點，避免了各組并網逆變系統之間產生環流；

③ 并網逆變器之間差異較小，當一臺并網逆變器出現故障時，剩余各臺仍能正常工作，從而便于對每臺并網逆變器進行獨立控制；

④ 光伏陣列中光伏組件串聯個數依據直流側最大功率點工作電壓范圍而定，而光伏陣列中光伏組件并聯個數則根據并網逆變器的額定功率而定，由于光伏陣列面積大，組件之間可能存在性能差異；

⑤ 考慮到光伏陣列功率轉換效率問題，并網逆變器的額定功率通常給定在250～500kW之間。依據圖2.1所示的光伏發電項目，當并網逆變器的額定功率P₁=500kW時，整個光伏發電系統需要的并網逆變器總臺數N為

N==80（臺）　　 （2.1）

另一方面，為了降低系統成本，大型光伏電站中并網逆變器通常采用單級式并網結構，即通過光伏陣列和并網逆變器直接實現最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制和并網控制，存在的主要缺點為：

① 并網逆變器MPPT控制和并網電流控制之間相互干擾，降低了控制可靠性；

② 結構不太靈活，光伏陣列輸出電壓合并網逆變器直流側電壓需要匹配，而且在光照強度變化時容易導致逆變失敗；

③ 光照強度變化和MPPT控制都會導致光伏陣列輸出電壓波動，從而降低了并網逆變器的控制性能^[2]。

此外，由于各光伏陣列和并網逆變器之間不具備集群控制功能，并網逆變器在光照不足時逆變效率大大降低，同時低光照強度下的電能質量問題也會惡化。而且由于單臺并網逆變器額定功率較大，當一臺并網逆變器出現故障時，很容易對PCC處的電網電壓產生沖擊。

通過對大型光伏電站拓撲結構及特點的分析可以看出，大型光伏電站中并網發電系統的核心是并網逆變器，并網逆變器作為光伏發電系統與電網連接的核心裝置，其性能直接影響到整個并網發電系統的電能質量。