2.1　大型光伏电站的拓扑结构及特点

由于光伏阵列输出的是低压直流电，目前大型光伏电站普遍采用光伏逆变器并联结构集中并网，进而通过送端配电站实现高压远距离交流输电。以某40MW光伏发电项目为例，大型光伏电站的拓扑结构示意图如图2.1所示^[1]。

图2.1　大型光伏电站拓扑结构示意图

图中，u_g表示光伏电站中并网逆变器实际的并网点电压，u_1pcc和u_2pcc分别表示送端配电站低压侧和高压侧并网公共点（Point of Common Coupling，PCC）电压。u₁和u₂分别表示受端配电站低压侧和高压侧电压。

从图中可以看出，大型光伏电站主要组成部分包括：光伏阵列、大功率并网逆变器、升压变压器、输电线路等。与小功率光伏并网系统相比，大型电站具有以下特点：

① 大型光伏电站一般采用分块发电、集中并网方案。如图2.1所示，该大型光伏电站由多组光伏发电单元组成，每组光伏发电单元分别通过各自的0.27kV/10kV双分裂升压变压器汇入10kV/110kV升压配电站，然后以110kV电压等级实现远距离高压交流输电；

② 每组光伏发电单元中的光伏阵列和各自的并网逆变器分别通过直流侧电容进行连接，并网逆变器之间仅共用并网公共点，避免了各组并网逆变系统之间产生环流；

③ 并网逆变器之间差异较小，当一台并网逆变器出现故障时，剩余各台仍能正常工作，从而便于对每台并网逆变器进行独立控制；

④ 光伏阵列中光伏组件串联个数依据直流侧最大功率点工作电压范围而定，而光伏阵列中光伏组件并联个数则根据并网逆变器的额定功率而定，由于光伏阵列面积大，组件之间可能存在性能差异；

⑤ 考虑到光伏阵列功率转换效率问题，并网逆变器的额定功率通常给定在250～500kW之间。依据图2.1所示的光伏发电项目，当并网逆变器的额定功率P₁=500kW时，整个光伏发电系统需要的并网逆变器总台数N为

N==80（台）　　 （2.1）

另一方面，为了降低系统成本，大型光伏电站中并网逆变器通常采用单级式并网结构，即通过光伏阵列和并网逆变器直接实现最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制和并网控制，存在的主要缺点为：

① 并网逆变器MPPT控制和并网电流控制之间相互干扰，降低了控制可靠性；

② 结构不太灵活，光伏阵列输出电压合并网逆变器直流侧电压需要匹配，而且在光照强度变化时容易导致逆变失败；

③ 光照强度变化和MPPT控制都会导致光伏阵列输出电压波动，从而降低了并网逆变器的控制性能^[2]。

此外，由于各光伏阵列和并网逆变器之间不具备集群控制功能，并网逆变器在光照不足时逆变效率大大降低，同时低光照强度下的电能质量问题也会恶化。而且由于单台并网逆变器额定功率较大，当一台并网逆变器出现故障时，很容易对PCC处的电网电压产生冲击。

通过对大型光伏电站拓扑结构及特点的分析可以看出，大型光伏电站中并网发电系统的核心是并网逆变器，并网逆变器作为光伏发电系统与电网连接的核心装置，其性能直接影响到整个并网发电系统的电能质量。