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光伏领跑者基地电站组串式逆变器如何选择

放大字体  缩小字体 时间:2018-03-06  来源:优乐娱乐  作者:刘继茂  浏览:3867
核心提示:光伏领跑者基地多数以采煤、采油沉陷区为主,还有一些是盐碱地,以及铜矿、或者其它矿区,各种各样的地形都有。大部分地方多丘陵
 光伏领跑者基地多数以采煤、采油沉陷区为主,还有一些是盐碱地,以及铜矿、或者其它矿区,各种各样的地形都有。大部分地方多丘陵,地形复杂多变,所安装的组件存在朝向不同和局部遮挡现象,组串式逆变器多路MPPT可在一定程度上减少失配带来的发电量损失。针对复杂地形电站的特点,系统设计及组串式逆变器选型时需要重点关注以下几个方面。

1、可靠性高,散热能力强,智能中速风冷综合能力最好

组串式逆变器散热方式主要有强制风冷和自然冷却两种,通过组串式逆变器散热能力对比实验发现,50kW到80kW功率等级的组串式逆变器,强制风冷的散热效果要优于自然冷却散热方式,逆变器内部电容、IGBT等关键部件温升降低了20℃左右,可确保逆变器长寿命高效工作,而采用自然冷却方式的逆变器温升高,元器件寿命降低。同时通过对光伏电站现场运行调研发现,采用自然冷却方式的组串式逆变器由于散热效果差,高温环境下出现降额运行,导致电站发电量损失,影响了投资方的收益。

强制风冷也有采用高速风扇和中速风扇两种,采用高速风扇可以减少散热器的体积和重量,但会增加噪声,风扇寿命也比较短,采用中等调速风扇,散热器稍微大一些,但是在低功率时,风扇不转,在中功率时风扇低速运行,实际是逆变器满功率运行时间不是很多,因此风扇的寿命可以很长。

2、根据不同的地形选择不同的MPPT架构

结合实际,科学设计,根据不同的地形,组件遮挡情况,选择不同MPPT架构的逆变器,降低电站采购成本和维护成本,提高经济效益。

(1)平地无遮挡,光照条件好的地区,建议选择单路MPPT,单级结构的逆变器,可以提高系统可靠性,降低系统成本;

(2)地形复杂山丘电站,如领跑者基地等大型电站,存在朝向不一致和局部遮挡的现象,且不同的山丘遮挡特性不一样,带来组件失配问题,不得不选择多路MPPT,那么每路MPPT 2个组串输入的逆变器会是较好的选择,一个MPPT配置1到2路组串,即使某一路组件发生短路,总电流也不会超过15%,因此不需要配置熔断器,无熔丝易损件。多路MPPT故障定位准确度高,维护更简单。

3、电站的安全性与组件保护和检测

在光伏系统运行过程中,由于组件的质量,外部环境影响或者安装施工操作不当,会造成组件损伤,电路故障等问题,光伏电站一般安装在荒郊野外,或者屋顶,自然环境恶劣,不可避免会遇到天灾人祸,台风,雪灾,沙尘等自然灾害会损坏设备,老鼠等小动物咬坏设备,电缆也有可难被小偷剪断。电站的安全性非常重要。

组串监控功能,监控光伏输入每一个组件的电压和电流,在光伏系统运行过程中,由于组件的质量,外部环境影响或者安装施工操作不当,会造成组件损伤,电路故障等问题。如果没有组串监测功能,有些小问题前期检测不到,最后造成大问题;有些问题需要专门人员去现场排查,时间长,发电量损失大。

直流电弧检测功能,火灾是光伏电站经济效益损失最大的事故,如果是安装在厂房或者民居屋顶上,还很容易危及人身安全。光伏电站一旦发生火灾,不能直接用水来灭火,首先要以最快的速度切断电源,光伏电站中的火灾事故因素很多,直流拉弧是主要的原因。古瑞瓦特公司推出一种电路保护装置AFCI,其主要作用是防止故障电弧引起火灾。它有检测并区别逆变器在启停或开关时产生的正常电弧和故障电弧的能力,发现故障电弧后及时切断电路。

组件PID修复功能:PID直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面,造成电池片表面钝化,使得组件功率衰减,发电量减少,太阳能发电站的电站收益降低。通过在逆变器中集成PID防护模块,可以有效的避免组件发生PID现象,减少电站发电量损失。同时,PID模块具有修复功能,可以对已发生PID问题的组件进行修复,使组件各项指标参数恢复正常。

组件IV曲线扫描功能:逆变器集成组件IV曲线在线扫描功能,在一定光照条件下,通过不断改变逆变器直流电压,得到一组输出电流曲线,来判断组件是否正常,可以快速发现并定位发电异常组串,最大化提升系统收益。

4、采用先进的技术和器件提高逆变器的性能和效率

功率模块IGBT比分立器件功率MOSFET更可靠:

功率开关器件是逆变器最核心的器件之一,承担电流的转换工作,长时间工作在高温,高电压,大电流状态,是逆变器最容易出故障的器件,每一个功率器件就是一个故障点。光伏逆变器中的功率开关器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模块IGBT。早期的中功率组串式逆变器,一般采取分立器件,由于功率MOSFET电流都比较少,一般都采取多个器件并联的方式。采用分立器件来设计,需要60多个,这么多开关器件堆在一起,会产生一系列的问题。如均流,电磁干扰等等。
大家都知道,功率开关管的失效模式是过压,过温,过流。分立元器件由于器件多,元器件之间距离比较远,所以电路杂散电感大,造成工作时尖峰电压高,元器件容易出现过压损坏;多个元器件并联,阻抗不一致,每一个元器件电流就不一样,阻抗低的元器件电流大,很容易过流;分立器件单端固定,接触面积小,散热很难保持一致,很容易过温。

(1)减少功率器件的个数,50KW采用功率器件来设计只要5个,数量比同规格的集中式逆变器还少,而采用分立器件来设计,前级升压需要15个,后级三电平逆变需要48个。整体面积缩小30%以上,可以提高整机功率密度。

(2)单个功率模块的安装面积比分立元器件散热面积大,在安装上也有很多优势,双端紧固,一体化专用夹具,相对于分立器件单端固定,接触面积更大,应力更小,可靠性更好。功率模块内部集成一个温度感应器,测量精度高,能更准确地检测器件结温,有利于过热保护。

(3)IGBT和母线电容连接导线会产生杂散电感,在IGBT关断的过程中,由于电流快速变化,在IGBT上产生电压尖峰,会造成严重的电磁干扰,增大器件电压应力。寄生电感会随着电流的增加、连接导线尺寸增大、距离增长而增大。功率模块结构紧凑,各功率开关器件之间连接线很短,可以减少电路中的杂散电感,提高逆变器的可靠性。

(4)相对于分立器件,功率模块不足之处是单位面积热耗大,整体散热面积小,功率在50KW以上如果采用自然冷却的方式散热,在环境温度高于40度时,会出现过热保护。但采用强制风冷的方式散热,就可以完全避免这个问题。

薄膜电容让组串式逆变器不再有短板

逆变器作为电子产品,电容是最基本的元器件,直流母线支撑电容主要作用是储能和滤波,要承受很高的脉冲电流和脉冲电压,是逆变器寿命最短的器件之一,直流母线电容现在有铝电解电容和薄膜电容两种,各有优势,电解电容的主要优势是单体容量大,价格低,薄膜电容优势是单体电压高,还有以下优势:

电解电容的寿命一般是2000~3000小时,长寿命的有5000~6000小时,并且容易发生漏液;薄膜电容寿命一般是100000小时以上。而且薄膜电容还具有自愈效应,电容内部微小部分产生短路时,短路产生的能量会融熔和蒸发损坏的电极,从而使该短路点再次处于绝缘状态。

电解电容耐压值一般为500-550V,薄膜电容耐压值一般为1000-1300V,薄膜电容能承受2倍于额定电压的浪涌电压的冲击,能长期承受反向脉冲电压。

 
关键词: 刘继茂 逆变器 光伏

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