 图三：AC Coupling拓扑结构（图片来源：SMA-Australia） AC Coupling拓扑结构通常包含两个部分：光伏供电系统和蓄电池供电系统。光伏系统由光伏阵列和并网逆变器组成；蓄电池系统由蓄电池库和双向逆变器组成。AC Coupling拓扑的运行原理十分类似微型逆变器的设计拓扑原理，即若干个交流源并联。在独立储能系统的应用中，双向逆变器内部会模拟电网信号给并网逆变器参考，来支持光伏供电系统的运行。当不需要光伏系统运行时，双向逆变器将会变化参考信息来启动逆变器的防孤岛保护来断开连接。这种控制方式的弊端是对于并网逆变器的继电器开关寿命有损耗，同时如果并网逆变器和双向逆变器的通信出问题，则非常容易出现充电过量或用电过度的问题。并网系统在这个拓扑上优势依然明显，在有条件并网的情况下，多余的电量和不足的电量均可以导入或从电网摄取。由于大家对于“交流源并联”的拓扑结构都比较熟悉，在此就不再过多赘述。  图四：AC Coupling实际应用结构（图片来源：SMA-Australia） 最后我们来比较下DC Coupling和AC Coupling两种拓扑结构的优劣，主要从系统可靠性和可行性两个方面来分析。 就我个人观点，就目前的主流系统科技而言，两种拓扑的可靠性都有待改进，最主要是在通信这块。DC Coupling需要设置充电控制器和逆变器之间的通信，这里面主要存在两个问题。第一，充电控制器通过自己的shunt对于蓄电池电量状态有一个测量和计算，而逆变器也有一个shunt来计算蓄电池电量，而充电控制器和逆变器往往不是同一个生产制造商，shunt的精准度，核心处理器的测算方法以及测算误差都不一样，这样就会存在一个对于蓄电池是否该充电的逻辑决定分歧。同样，AC Coupling需要设置 并网逆变器与蓄电池逆变器之间的通信，如果在此期间出现任何通信故障，则很容易出现过度充电的情况，并且具有失火隐患。由于蓄电池内部是化学反应，一旦发生火灾也会是属于化学火灾，其危害程度绝对不容小视。第二点就是逆变器的报错通信，据我的了解范围内，目前的产品除了个别一线品牌的具备报错功能外，大部分的双向逆变器都不具备报警通信错误，或者生产商默认不存在机器的通信错误。其实归根究底还是拓扑结构的问题，因为通信是两方面的，如果双向逆变器的通信功能正常，而并网逆变器通信故障，这样依然会造成通信故障。目前澳洲比较常用的在微网系统中的解决方案是在采购阶段双向逆变器和并网逆变器从同一制造商选购,例如SMA和Selectronic均有AC Coupling储能系统的套餐，同时采用蓄电池安全状态的感应器监控。 在可行性方面两种拓扑结构都非常的优秀。言简意赅就是彻底的颠覆了传统太阳能系统的发电时段和用户的用电习惯。对于传统系统，如果用户需要使用大功率用电器，最好在太阳能峰值时段区间内使用，这对于大多数民用系统来说都不太可行。储能系统的引入从“shifting load”的概念改变为“shifting power”并且提供了UPS供电的选项。在微网系统中偶尔的断电属于正常现象，而持续时间又不方面确定，UPS可以确保部分必须24小时持续运行的机器的安全性和稳定性，目前澳大利亚几乎大部分的政府机构，银行以及医院都已经配备了相当成熟的这种系统。然而安全性的确是阻挠储能系统可行性推广的一个挑战，尤其在我国人口密集分布的地区。试想你在居民楼楼顶或楼内放十几个二十个质量保证未知的蓄电池，因为种种原因发生了火灾，还是那种你喷水都不一定灭的掉的化学反应，后果实在不堪设想。澳大利亚标准AS 4089和AS 62040专门对蓄电池库的安装和选址进行了严格的要求和规范，然而近几年的电池库火灾摧毁整栋别墅的例子依然不少。 由于储能系统的理念相对较新，对于设计要求也比传统的光伏系统高一些，下一篇我们将会着重介绍设计方面的注意事项以及方法。 作者简介： 张帅杰，澳大利亚光伏工程师。毕业于澳大利亚新南威尔士大学可再生能源及太阳能工程系。师从Richard Corkish博士和Alistair Sproul教授。目前就职于澳大利亚一家光伏科技设计研发公司。 |
