某公司500KW逆變器技術(shù)升級(jí)

1、    某公司500kw逆變器技術(shù)升級(jí)    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)熱源之間無遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問題，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

2、把太陽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)熱源之間無遮擋，存在明顯熱串?dāng)_問題，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)的過電流極易沖壞igbt

3、；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)：前后門板增開進(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

4、）lvrt功能：該品牌型逆變器在升級(jí)系統(tǒng)軟件后滿足國家電網(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：由中國電科院、國網(wǎng)電科院共同起草的最新國家標(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網(wǎng)高電壓穿越檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，保障措施如下：高速精準(zhǔn)的采樣設(shè)計(jì)，保障hvrt功能的快速響應(yīng)；寬裕量的軟硬件的設(shè)計(jì)，保障hvrt功能的安全性；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：光伏發(fā)電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高到1.3pu

5、時(shí)，光伏發(fā)電站應(yīng)能不脫網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行0.5s；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)

6、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ff600

7、r12me4開關(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：高的可靠性和安全性；降低雜散電感，降低尖峰電壓，保護(hù)igbt；更低的阻抗，更低的電壓降；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

8、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)過程中存在的單元散熱缺陷。四.總結(jié)通過對(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4.4萬度，每度電按照1.4元計(jì)算，收益提高6.16萬元，66臺(tái)合計(jì)每年多創(chuàng)造406.56萬元經(jīng)濟(jì)效益，保證了電站年度運(yùn)營經(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，由此可見還具有極大的社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：1林渭勛.現(xiàn)代電力電子電路【m】. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2陳道煉. dc-ac逆變技術(shù)及其應(yīng)用【m】. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.3tuladar a，jin h，unger t，et al. parallel operation of single phase inverter modules with no control interconnection c. i