王凱 劉加勇 顧瑩瑩

摘要：該品牌光伏并網(wǎng)逆變器采用九折型材結(jié)構(gòu)，不同發(fā)熱源之間無(wú)遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問(wèn)題，嚴(yán)重影響關(guān)鍵元器件的壽命；逆變核心單元使用電解電容，壽命相對(duì)較短，且受溫度影響非常大；交流接發(fā)觸器由外部供電直接控制，吸合時(shí)的過(guò)電流極易沖壞IGBT；交流風(fēng)機(jī)使用外部供電直接控制，長(zhǎng)期運(yùn)行，造成資源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：升級(jí)；電氣圖紙；控制系統(tǒng)；功率單元；散熱系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)效益

一、光伏并網(wǎng)逆變器簡(jiǎn)介

逆變器是一種由半導(dǎo)體器件組成的電力調(diào)整裝置，主要用于把直流電力轉(zhuǎn)換成交流電力，一般由升壓回路和逆變橋式回路構(gòu)成。升壓回路把太陽(yáng)電池的直流電壓升壓到逆變器輸出控制所需的直流電壓；逆變橋式回路則把升壓后的直流電壓等價(jià)地轉(zhuǎn)換成常用頻率的交流電壓。

隨著行業(yè)不斷發(fā)展，各個(gè)逆變器廠商難免會(huì)遭受行業(yè)的多次洗牌，稍有不慎就會(huì)被淘汰，本文所述廠家就是其中的典型代表，企業(yè)被洗牌，光伏電站內(nèi)的逆變器處于無(wú)售后服務(wù)狀態(tài)，導(dǎo)致大量經(jīng)濟(jì)損失，本文所述技術(shù)升級(jí)方案則可以完美解決此類問(wèn)題。

二、方案綜述

1升級(jí)前逆變器概述

該品牌光伏并網(wǎng)逆變器采用九折型材結(jié)構(gòu)，不同發(fā)熱源之間無(wú)遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問(wèn)題，嚴(yán)重影響關(guān)鍵元器件的壽命；逆變核心單元使用電解電容，壽命相對(duì)較短，且受溫度影響非常大；交流接發(fā)觸器由外部供電直接控制，吸合時(shí)的過(guò)電流極易沖壞IGBT；交流風(fēng)機(jī)使用外部供電直接控制，長(zhǎng)期運(yùn)行，造成資源浪費(fèi)。

2升級(jí)后逆變器概述

升級(jí)方案主要包括2部分：外部升級(jí)、內(nèi)部升級(jí)。

（1）外部升級(jí)：前后門(mén)板增開(kāi)進(jìn)風(fēng)口，安裝百葉窗；

（2）內(nèi)部升級(jí)：拆除原有機(jī)器的逆變單元、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，調(diào)整橫梁位置，安裝升級(jí)后的部件。

三.控制系統(tǒng)及模塊化功率單元升級(jí)

1 控制系統(tǒng)升級(jí)

1.1單核控制系統(tǒng)為通用雙核DSP處理器

該品牌500KW逆變器控制系統(tǒng)采用單核控制系統(tǒng)，與升級(jí)后的雙核冗余DSP控制系統(tǒng)相比，單核控制系統(tǒng)控制速度較慢，效率較低；升級(jí)后，控制系統(tǒng)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙DSP控制，各司其職，高效可靠，其包括主控板、AD采樣板、IO控制板；

1.2控制系統(tǒng)軟件升級(jí)

1）LVRT功能：該品牌型逆變器在升級(jí)系統(tǒng)軟件后滿足國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站低電壓穿越功能。認(rèn)證測(cè)試報(bào)告如下：

2）HVRT功能：由中國(guó)電科院、國(guó)網(wǎng)電科院共同起草的最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19964-2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》中要求光伏電站必須具備高電壓耐受能力。

升級(jí)后該品牌500KW型逆變器軟件完全滿足國(guó)網(wǎng)高電壓穿越檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，保障措施如下：

①高速精準(zhǔn)的采樣設(shè)計(jì)，保障HVRT功能的快速響應(yīng)；

②寬裕量的軟硬件的設(shè)計(jì)，保障HVRT功能的安全性；

③可靠的供電系統(tǒng)，保障逆變器的安全。

其穿越曲線如下圖所示：

①光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高到1.3pu時(shí)，光伏發(fā)電站應(yīng)能不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行0.5s；

②光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高到曲線2以上時(shí)，光伏發(fā)電站可以從電網(wǎng)切出。

3）頻率適應(yīng)性

升級(jí)后該品牌500KW型逆變器滿足國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站具備一定的耐受系統(tǒng)頻率異常的能力，應(yīng)能夠在下表所示電網(wǎng)頻率偏離下運(yùn)行。

4）AGC/AVC功能

升級(jí)后該品牌500KW型逆變器滿足國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T19964-2012《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中要求的光伏電站具備AGC/AVC功能。

《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中4.1.3條規(guī)定，光伏發(fā)電站有功功率控制系統(tǒng)應(yīng)能夠接收并自動(dòng)執(zhí)行電力系統(tǒng)調(diào)度結(jié)構(gòu)下達(dá)的有功功率及用功功率變化的控制指令；7.1條規(guī)定光伏發(fā)電站應(yīng)能根據(jù)電力系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令，光伏發(fā)電站自動(dòng)調(diào)節(jié)其發(fā)出（或吸收）的無(wú)功功率，實(shí)現(xiàn)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的控制。

2模塊化功率單元升級(jí)

該品牌500KW逆變器逆變單元使用電解電容作為母線支撐，電流紋波大，電容壽命短；IGBT使用密集型四并聯(lián)方式，散熱效果差；逆變單元無(wú)獨(dú)立風(fēng)道，溫升高，影響IGBT使用壽命。

2.1 IGBT模塊升級(jí)為通用的英飛凌模塊

采用了三相全橋逆變控制方式，選用了英飛凌公司通用的最新一代FF600系列IGBT功率模塊，具有更低的飽和壓降（Vcesat），更低的導(dǎo)通損耗，整機(jī)具有更高的效率。

每個(gè)IGBT功率模塊內(nèi)部由4只型號(hào)為FF600R12ME4開(kāi)關(guān)管并聯(lián)組成（600A*4=2400A），以提高每相的耐受電流。該IGBT功率模塊的最大特點(diǎn)是管芯溫度可達(dá)150度。

IGBT功率模塊的基本參數(shù)如下：

2.2 直流母排升級(jí)為疊層母排

直流母排由傳統(tǒng)的普通母排升級(jí)為疊層母排，其優(yōu)點(diǎn)如下：

①高的可靠性和安全性；

②降低雜散電感，降低尖峰電壓，保護(hù)IGBT；

③更低的阻抗，更低的電壓降；

④容易散熱冷卻，更小的溫升。

3 成套散熱系統(tǒng)升級(jí)

3.1 電抗器散熱獨(dú)立風(fēng)道的設(shè)計(jì)

輸出電抗器設(shè)計(jì)溫升為120℃，為保證熱源（線包）的良好散熱，通過(guò)對(duì)電抗器加裝獨(dú)立風(fēng)道的方式，可以顯著降低電抗器運(yùn)行時(shí)的溫升，保證了電抗安全、可靠運(yùn)行。

3.2 逆變單元散熱獨(dú)立風(fēng)道的設(shè)計(jì)

逆變單元是光伏并網(wǎng)逆變器的核心部件，逆變單元的良好散熱，直接關(guān)系到逆變器的可靠性與壽命。逆變單元加裝獨(dú)立風(fēng)道，增加進(jìn)風(fēng)量，可以較好的解決該品牌逆變器在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的單元散熱缺陷。

四.總結(jié)

通過(guò)對(duì)該品牌500KW逆變器的控制系統(tǒng)升級(jí)、模塊化功率單元升級(jí)、成套散熱系統(tǒng)升級(jí)等核心升級(jí)方案，完全解決了原有溫升、器件故障、電網(wǎng)兼容等問(wèn)題。使得升級(jí)后的逆變器有了更高的轉(zhuǎn)換效率，更好的電網(wǎng)友好性，重新獲得了電站全壽命周期內(nèi)的售后服務(wù)，更加安全高效的運(yùn)行，從而使得電站發(fā)電量普遍提升8%以上。

中節(jié)能東臺(tái)電站共計(jì)有66臺(tái)該品牌500KW逆變器，單臺(tái)年均提升發(fā)電量4.4萬(wàn)度，每度電按照1.4元計(jì)算，收益提高6.16萬(wàn)元，66臺(tái)合計(jì)每年多創(chuàng)造406.56萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益，保證了電站年度運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。并且可節(jié)約1195噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少865噸二氧化碳、26噸二氧化硫、11噸氮氧化物、20噸粉塵，由此可見(jiàn)還具有極大的社會(huì)效益。

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