光伏電站核心需求及集中型并網(wǎng)逆變器技術(shù)發(fā)展趨勢張磊博士，總工程師特變電工西安電氣科技有限公司2014年5月

1光伏電站的核心需求4優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性2高效率設(shè)計3集成化設(shè)計

……….目錄6易維護(hù)設(shè)計5高可靠性設(shè)計

1光伏電站的核心需求

輔助系統(tǒng)：無功補(bǔ)償裝置，電站監(jiān)控系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)測儀光伏電站核心需求光伏電站的核心需求：如何提高投資收益率？影響光伏電站系統(tǒng)效率的有電氣因素和環(huán)境因素電氣因素：匹配損失、逆變器效率、變壓器效率、線損環(huán)境因素：覆塵、溫度組件匹配性溫度灰塵覆蓋直流線路損耗變壓器損耗逆變器損耗交流線路損耗光伏電站系統(tǒng)效率80%7%2%3%2%2%2%2%如何提高光伏電站的系統(tǒng)效率影響光伏電站初始投資成本的有技術(shù)因素和管理因素技術(shù)因素：技術(shù)方案、電站布局、設(shè)備選型管理因素：施工、工程管理、其他費用如何降低光伏電站的初始投資成本數(shù)據(jù)來源：中投證劵研究所匯流箱光伏逆變器直流配電柜通訊設(shè)備無功補(bǔ)償裝置箱變高壓環(huán)網(wǎng)柜環(huán)境監(jiān)測儀影響光伏電站電網(wǎng)兼容性的有光照因素和電網(wǎng)因素光照因素：組件輸出功率的變化會影響逆變器輸出電流諧波電網(wǎng)因素：弱電網(wǎng)特性會造成逆變器與電網(wǎng)之間的諧振如何改善光伏電站的電網(wǎng)兼容性電網(wǎng)對逆變器的功能需求也越來越多，包括四遙功能，低/零/高電壓穿越，無功補(bǔ)償功能等如何增強(qiáng)光伏電站設(shè)備的可靠性高熱逆變器壽命降低、效率衰減高寒橡膠、塑料變脆劣化，壽命縮短沙塵污染機(jī)柜，器件絕緣性能下降高海拔系統(tǒng)絕緣和散熱性能下降優(yōu)質(zhì)的器件選型流暢的功率和散熱設(shè)計控制芯片及供電電源備份高海拔設(shè)計超強(qiáng)的過載能力智能診斷系統(tǒng)完善的保護(hù)功能光伏電站基本應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境中，作為光伏電站的核心設(shè)備，逆變器的可靠性尤為重要現(xiàn)場應(yīng)用的逆變器越來越多，如何保證安裝維護(hù)簡單如何簡化光伏電站的安裝和維護(hù)施工窗口期短施工環(huán)境惡劣，條件差設(shè)備安裝接線工作量大設(shè)備調(diào)試時間長設(shè)備維護(hù)困難設(shè)備維護(hù)成本高電站型逆變器系統(tǒng)的施工，安裝，接線，調(diào)試周期能否少于10天？可插拔模塊化前維護(hù)設(shè)計！單臺電站型逆變器維護(hù)時間能否小于20分鐘？一體化預(yù)裝預(yù)調(diào)試！技術(shù)發(fā)展趨勢高效率高度集成化優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性電網(wǎng)公司集中型光伏并網(wǎng)逆變器技術(shù)發(fā)展趨勢電網(wǎng)兼容性好高可靠性易維護(hù)運營方可靠性高建設(shè)方易安裝調(diào)試維護(hù)方便投資方投資成本低發(fā)電量高

2高效率設(shè)計

如何提升逆變器的效率？

逆變器綜合效率uINV等于轉(zhuǎn)換效率uCON和MPPT效率uMPPT的乘積，既要提升逆變器轉(zhuǎn)換效率，也要提升MPPT的效率高效率設(shè)計高效率設(shè)計高效率的硬件設(shè)計----優(yōu)質(zhì)的器件選型和控制IGBT損耗電抗器損耗散熱系統(tǒng)損耗逆變器總損耗控制系統(tǒng)損耗上下電抗共用鐵芯，電抗器效率提升15%采用共軛電抗器設(shè)計，使電抗器尺寸減小了10%風(fēng)機(jī)最大功耗小于450W，業(yè)界最低根據(jù)環(huán)境溫度和逆變器輸出功率進(jìn)行綜合判斷的智能風(fēng)機(jī)控制策略，風(fēng)機(jī)損耗降低65%采用第四代IGBT模塊，其飽和壓降的降低可以減少15%的導(dǎo)通損耗采用軟開關(guān)技術(shù)，開關(guān)損耗降低30%優(yōu)良的耐熱性能，提高了模塊的過載能力高效的控制系統(tǒng)電源設(shè)計，減少損耗夜間自耗電小于60W高效率設(shè)計高效率的軟件設(shè)計----智能變步長MPPT算法智能判斷，自動變步長的多模式MPPT算法MPPT電壓下限自適應(yīng)調(diào)整技術(shù)MPPT靜態(tài)效率99.9%MPPT動態(tài)效率99.5%高效率設(shè)計智能MPPT算法共軛電抗器調(diào)速節(jié)能風(fēng)機(jī)最小開關(guān)損耗ＳＶＰＷＭ調(diào)制技術(shù)高效率功率模塊先進(jìn)的散熱和控制系統(tǒng)通過以上的軟硬件優(yōu)化設(shè)計，TBEA光伏并網(wǎng)逆變器最高效率超過98.7%，歐洲效率達(dá)到98.4%最高效率μMAX>98.7%歐洲效率μEURO=98.4%

3集成化設(shè)計

集成化設(shè)計功率集成化----業(yè)界最高的功率密度輸出電壓315V尺寸：寬1.5*深0.85*高2.2過載能力：120%500kW逆變器集成直流配電柜后尺寸不變！功率等級提升后尺寸不變！輸出電壓315V尺寸：寬1.5*深0.85*高2.2過載能力：120%集成直流配500kW逆變器輸出電壓340V尺寸：寬1.5*深0.85*高2.2過載能力：110%630kW逆變器集成化設(shè)計功能集成化----業(yè)界最豐富的功能配置直流電表交流電表通訊管理機(jī)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)光纖接口500kW/630kW逆變器將逆變器，直流配電柜，通信柜，交流配電柜等設(shè)備集成在一起，同時配備照明，滅火器，工具箱等設(shè)施，形成一體化機(jī)房集成化設(shè)計系統(tǒng)集成化----業(yè)界尺寸最小的一體化機(jī)房1MW一體化機(jī)房由2臺500kW逆變器鏡像放置組成整體尺寸：長3.0*寬2.4*高2.6功率提升后尺寸不變！1.25MW一體化機(jī)房由2臺630kW逆變器鏡像放置組成整體尺寸：長3.0*寬2.4*高2.6

4優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性

優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性弱光照情況下的逆變器輸出電能質(zhì)量諧波抑制比例諧振PR控制在兩相靜止坐標(biāo)系中進(jìn)行閉環(huán)運算，不依賴電網(wǎng)相位角，不受電網(wǎng)波動影響，可以大幅提高弱光下的逆變器的電能質(zhì)量。通過PR控制器的使用，在20%負(fù)載下，將輸出電流諧波從2.8%降低到2.28%可兼容多種電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)GDW617GB/T19964BDEW可方便設(shè)置電網(wǎng)特性電壓上限電壓下限頻率上限頻率下限優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性最大程度，更方便的兼容各種電網(wǎng)特性優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性低電壓穿越/零電壓穿越正常運行故障出現(xiàn)故障穿越故障恢復(fù)優(yōu)良的電網(wǎng)兼容性低電壓穿越/零電壓穿越測試結(jié)果A、B、C相電壓跌落50%A、B、C相電壓跌落0%

5高可靠性設(shè)計

高可靠性設(shè)計優(yōu)質(zhì)的核心器件選型，與國際知名廠商合作功率模塊低壓配電交直流電容電子類器件散熱風(fēng)機(jī)（德國）（德國）（德國）（德國）（德國）（德國）（荷蘭）（美國）（德國）（美國）（美國）（瑞典）（美國）低溫升設(shè)計，強(qiáng)過載能力低溫升設(shè)計：逆變器采用前進(jìn)風(fēng)，后出風(fēng)方式，可靠墻安裝，風(fēng)道短，風(fēng)阻低，散熱性能高強(qiáng)過載能力：在50℃范圍內(nèi)可以達(dá)到120%的過載能力，當(dāng)高于50℃時，按照降額曲線進(jìn)行降額高可靠性設(shè)計控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)冗余設(shè)計高可靠性設(shè)計冗余設(shè)計確保系統(tǒng)的高可靠性控制系統(tǒng)采用主從雙DSP芯片冗余設(shè)計，確保控制的可靠性和穩(wěn)定性供電系統(tǒng)采用3路供電冗余設(shè)計，確保供電可靠性和安全性220Vac廠供電主DSP從DSP控制系統(tǒng)光伏陣列450-820Vdc供電逆變器輸出側(cè)315Vac供電高海拔設(shè)計高可靠性設(shè)計逆變器在高海拔地區(qū)應(yīng)用的特點溫度低→降低功率器件溫升氣壓低→電氣間隙的擊穿電壓降低空氣稀薄→風(fēng)流量減小，散熱條件變差I(lǐng)GBT溫度場IGBT速度場電氣間隙增加1.5倍疊層母排加強(qiáng)絕緣考慮空氣密度對散熱風(fēng)扇的影響3000m3000m以下無需降額完善的保護(hù)功能高可靠性設(shè)計告警信息液晶顯示排除方法散熱風(fēng)機(jī)故障W01檢測風(fēng)機(jī)供電液晶通信故障告警液晶通信故障檢測與LCD連接的通信線溫度傳感器異常W05檢查風(fēng)機(jī)接線端子輸入Breaker斷開直流斷路器斷開檢測直流斷路器是否閉合24V輔助電源冗余輔助電源故障檢測輔助電源及其連線是否正常直流防雷直流防雷器失效檢測直流防雷模塊是否損壞交流防雷交流防雷器失效檢測直流防雷模塊是否損壞啟動中自檢運行中實時保護(hù)開機(jī)前告警

6易維護(hù)設(shè)計

模塊化設(shè)計易維護(hù)設(shè)計整機(jī)采用模塊化設(shè)計，模塊化生產(chǎn)，模塊化安裝現(xiàn)場單模塊維護(hù)時間小于20分鐘，非專業(yè)人士也可操作控制電路采用完全密封的模塊化設(shè)計，灰塵無法進(jìn)入，保證可靠性模塊化設(shè)計理念可插拔設(shè)計易維護(hù)設(shè)計功能模塊都實現(xiàn)可插拔設(shè)計，維護(hù)簡單功率端子采用新型結(jié)構(gòu)，可穩(wěn)定插拔超過1000次維護(hù)時無需安裝功率和信號線纜，更加快捷可插拔設(shè)計理念前維護(hù)設(shè)計易維護(hù)設(shè)計所有器件均可從前門維護(hù)，操作簡單逆變器可靠墻放置，無需后維護(hù)空間逆變器背出風(fēng)，無需額外的逆變器室風(fēng)機(jī)及風(fēng)道，換熱效率高前維護(hù)設(shè)計理念

7特變電工西安電氣科技有限公司

特變電工西安電氣科技有限公司是特變電工旗下的全資子公司，是專業(yè)從事光伏并網(wǎng)技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)的國家高新技術(shù)企業(yè)，光伏并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品功率等級從3kW至1250kW，是國內(nèi)最大的光伏并網(wǎng)逆變器生產(chǎn)商之一特變電工西安電氣科技有限公司150人的高素質(zhì)研發(fā)團(tuán)隊，博士碩士占比超過60%，5年以上電力電子產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗的工程師占比超過50%13年專注于光伏技術(shù)研究的積累，已經(jīng)形成自主知識產(chǎn)權(quán)專利67項，其中發(fā)明專利18項通過UL認(rèn)證的光伏逆變器實驗室，具備1MW功率等級的全性能測試平臺完