光伏并網(wǎng)逆變器在光伏電站中的應(yīng)用及其維護(hù)

王熊祥

國(guó)家電投集團(tuán)江蘇新能源有限公司，江蘇 鹽城 224000

0 引言

太陽(yáng)能發(fā)電可以起到保護(hù)環(huán)境的作用，因此逐漸受到關(guān)注，其具有廣闊的應(yīng)用前景。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏組件（方陣）、并網(wǎng)逆變裝置組成[1]。光伏組件（方陣）將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能，通過并網(wǎng)逆變電源將直流電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同頻同相的交流電能饋入電網(wǎng)。文章主要以某光伏電站為例，就光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理、應(yīng)用等展開分析。

1 項(xiàng)目概況

國(guó)家電網(wǎng)某光伏電站采用分布式安裝結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)容量為8.4 MW，其中逆變器采用的是廈門某公司生產(chǎn)的SPI500K-B型8臺(tái)、SPI630K-B型6臺(tái)，共計(jì)14臺(tái)，分為7個(gè)逆變房安裝，主要由直流配電柜、光伏并網(wǎng)逆變器、散熱通風(fēng)系統(tǒng)、戶外機(jī)柜及其他附屬設(shè)備系統(tǒng)集成。

2 光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理和散熱系統(tǒng)

2.1 工作原理

光伏組件產(chǎn)生的電能先經(jīng)過防雷器與直流濾波器。防雷器吸收直流側(cè)浪涌電壓，直流濾波器抑制高頻信號(hào)傳導(dǎo)干擾，由電容儲(chǔ)能來保持直流電壓穩(wěn)定，三相全橋逆變單元將直流電轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)同頻率、同相位的交流電，經(jīng)過濾波器濾波產(chǎn)生正弦波交流電，再經(jīng)由交流濾波器抑制高頻信號(hào)傳導(dǎo)干擾，然后根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇合適的變壓器將電能饋送至電網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 逆變系統(tǒng)工作原理圖

2.2 散熱系統(tǒng)

由于逆變器在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，逆變器主機(jī)采用強(qiáng)制風(fēng)冷，其熱量通過設(shè)備頂部的專用散熱風(fēng)道排至逆變房外。逆變房?jī)?nèi)部產(chǎn)生的熱量由逆變房?jī)?nèi)部獨(dú)立散熱風(fēng)機(jī)抽出逆變房外部。內(nèi)部獨(dú)立散熱風(fēng)機(jī)采用溫度控制，即當(dāng)逆變房?jī)?nèi)部溫度達(dá)到一定極限時(shí)，風(fēng)機(jī)才會(huì)啟動(dòng)（可設(shè)置初始啟動(dòng)溫度為40 ℃，也可以設(shè)置手動(dòng)開啟風(fēng)機(jī)）。

（1）進(jìn)風(fēng)口防護(hù)。逆變房設(shè)置超大面積進(jìn)風(fēng)口。在進(jìn)風(fēng)口處，逆變房?jī)?nèi)部有兩層防護(hù)層，外層為防風(fēng)沙結(jié)構(gòu)百葉，主要用于防止沙石或沙粒及老鼠等小動(dòng)物進(jìn)入；里層為過濾棉防塵網(wǎng)，主要用于防止其他顆粒及粉塵進(jìn)入逆變房?jī)?nèi)部。進(jìn)風(fēng)口防護(hù)網(wǎng)可拆卸，需要定期清洗或者更換。

（2）出風(fēng)口防護(hù)。逆變房共有2個(gè)主機(jī)出風(fēng)口，均安裝有防護(hù)罩，防護(hù)罩下方裝有防沙塵過濾網(wǎng)，可有效防止雨水、風(fēng)沙等對(duì)逆變房散熱風(fēng)道的排風(fēng)影響。

3 光伏并網(wǎng)逆變器在光伏電站的應(yīng)用

逆變器在光伏電站中可實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控、自動(dòng)運(yùn)行的功能。系統(tǒng)可根據(jù)光伏陣列輸出功率來判斷是否進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電。系統(tǒng)運(yùn)行過程包含啟動(dòng)、并網(wǎng)發(fā)電、待機(jī)、正常停機(jī)及故障處理5種工作狀態(tài)。逆變器工作模式轉(zhuǎn)換圖如圖2所示，其中，Upv為光伏陣列直流輸出電壓，Ipv為光伏陣列直流輸出電流。

圖2 逆變器工作模式轉(zhuǎn)換圖

（1）逆變器啟動(dòng)。啟動(dòng)是指從停機(jī)模式至并網(wǎng)發(fā)電模式的準(zhǔn)備階段。在此模式下，并網(wǎng)逆變器不斷地檢測(cè)光伏組件是否具有足夠的能量進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，即當(dāng)光伏組件的開路電壓達(dá)到520 V時(shí)，光伏并網(wǎng)逆變器從啟動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。

（2）并網(wǎng)發(fā)電。并網(wǎng)發(fā)電模式是指并網(wǎng)逆變器將光伏陣列的直流電逆變成交流電并入電網(wǎng)。為了盡可能地輸出最大功率，系統(tǒng)采用最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）控制方式，即必須保證系統(tǒng)不在任何日照及溫度條件下，始終能保證其太陽(yáng)能電池陣列輸出處于最大[2]。

（3）逆變器待機(jī)。待機(jī)是指太陽(yáng)電池陣列輸出的電壓達(dá)到一定值，同時(shí)電網(wǎng)電壓、頻率等參數(shù)均在正常允許范圍內(nèi)，并網(wǎng)接觸器處于吸合狀態(tài)，但光伏陣列輸出能量又不足以持續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。在此模式下，并網(wǎng)逆變器每5 min進(jìn)行并網(wǎng)發(fā)電，當(dāng)檢測(cè)到光伏陣列有足夠的能量滿足持續(xù)并網(wǎng)發(fā)電條件時(shí)，并網(wǎng)逆變器就保持并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。

（4）正常停機(jī)。當(dāng)光照強(qiáng)度降低時(shí)，陣列輸出功率也隨之降低。當(dāng)陣列功率較低時(shí)，裝置首先進(jìn)入待機(jī)模式。當(dāng)光伏陣列開路電壓持續(xù)5 min低于停機(jī)電壓時(shí)，網(wǎng)側(cè)接觸器斷開而脫離電網(wǎng)。若在手動(dòng)模式下按下停止鍵而停機(jī)，則需點(diǎn)擊運(yùn)行鍵重新并網(wǎng)。

（5）逆變器故障。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到故障時(shí)，如果系統(tǒng)正處于并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)則立即停止并網(wǎng)發(fā)電，并與電網(wǎng)脫開。在此狀態(tài)下，報(bào)警燈點(diǎn)亮、蜂鳴器發(fā)出響聲、液晶顯示屏顯示當(dāng)前故障，值班人員可根據(jù)當(dāng)前顯示故障與故障處理表進(jìn)行處理。發(fā)生故障5 min后系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)是否滿足并網(wǎng)發(fā)電條件，如果條件符合，則逆變器重新并網(wǎng)發(fā)電，否則保持故障狀態(tài)直至系統(tǒng)恢復(fù)正常.

（6）逆變器運(yùn)行及檢查。①逆變器運(yùn)行。正常工作中，必須保證逆變器風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常，室內(nèi)通風(fēng)良好；逆變器正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)維人員不得擅自更改逆變器的任何參數(shù)；逆變器停機(jī)20 min以上方可打開柜門工作；工作人員應(yīng)對(duì)逆變器設(shè)備及逆變器室濾網(wǎng)進(jìn)行定期清掃工作，以確保逆變器散熱良好；逆變器運(yùn)行中應(yīng)無異聲、異味、異常振動(dòng)、電氣運(yùn)行參數(shù)正常，與監(jiān)控系統(tǒng)通信正常，輸出功率正常；新裝逆變器投運(yùn)時(shí)、交直流開關(guān)更換后、二次回路變動(dòng)、重要部件更換后等必須做逆變器緊急停機(jī)試驗(yàn)；逆變器運(yùn)行中嚴(yán)禁開啟前后柜門和拆除防護(hù)網(wǎng)。②逆變器巡回檢查。工作人員要檢查逆變器的外觀正常、表面無積灰、鎖具完好、標(biāo)識(shí)標(biāo)號(hào)完整、防塵網(wǎng)清潔、無破損；檢查逆變器各指示燈工作正常，無故障信號(hào)，參數(shù)正確、保護(hù)功能投入正確；檢查逆變器無異聲、無異味、無異常溫度上升；檢查逆變器交直流側(cè)電纜無老化、發(fā)熱、放電跡象；檢查逆變器交直流側(cè)開關(guān)位置正確，無發(fā)熱現(xiàn)象；檢查逆變器室環(huán)境溫度在正常范圍內(nèi)，通風(fēng)系統(tǒng)正常；檢查逆變器通信正常，所送“四遙”信息正確。

4 光伏并網(wǎng)逆變器的維護(hù)

維護(hù)可以使逆變器能夠進(jìn)行最佳運(yùn)行的關(guān)鍵，確保設(shè)備有較長(zhǎng)的使用壽命。其包括預(yù)防性維護(hù)和補(bǔ)救性維護(hù)。

4.1 預(yù)防性維護(hù)

預(yù)防性維護(hù)包括經(jīng)常執(zhí)行的一些程序，這些程序用于預(yù)防電源系統(tǒng)發(fā)生故障以及能夠得到最大運(yùn)行效率。為了提高逆變器系統(tǒng)操作的效率和可靠性，應(yīng)定期（每3個(gè)月）完成預(yù)防維護(hù)操作：保持環(huán)境衛(wèi)生，避免對(duì)逆變器造成灰塵或化學(xué)污染；定期檢查一次輸入、輸出電纜的接線端子，仔細(xì)查看測(cè)量接觸是否良好；定期檢查風(fēng)扇的工作狀態(tài)，防止雜物堵住出風(fēng)口，如有損壞，應(yīng)及時(shí)更換；定期檢查逆變器的工作狀態(tài)[3]。

4.2 補(bǔ)救性維護(hù)

逆變器一旦發(fā)生故障，故障燈將點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出警報(bào)聲，觸摸屏顯示當(dāng)前故障，同時(shí)并網(wǎng)逆變器將會(huì)停機(jī)。處理方案如下：①當(dāng)逆變器因IGBT模塊過溫而停機(jī)時(shí)，首先對(duì)IGBT模板進(jìn)行降溫處理，檢查散熱器冷卻風(fēng)扇是否正常工作，風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、工作電源及測(cè)溫電路，無明顯異常，待IGBT模溫度降低后可恢復(fù)并網(wǎng)；②通信發(fā)生故障時(shí)，會(huì)造成液晶與DSP通信發(fā)生中斷，此時(shí)需要等待10 min后，觀察通信是否正常，再檢查RS485通信連接線是否可靠連接，有無出現(xiàn)松動(dòng)、損壞等現(xiàn)象；③當(dāng)軟啟動(dòng)故障時(shí)，基本判斷為輸出緩沖出現(xiàn)問題，需先檢查緩沖線路是否有松動(dòng)，緩沖電阻、輸出保險(xiǎn)絲是否正常，如果這種情況發(fā)生較頻繁，則需聯(lián)系供應(yīng)商進(jìn)行保修（維修）處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器的工作原理及系統(tǒng)的分析，將光伏并網(wǎng)逆變器應(yīng)用在光伏電站上，可以實(shí)現(xiàn)無人監(jiān)控、自動(dòng)運(yùn)行的功能。光伏并網(wǎng)逆變器對(duì)光伏電站的發(fā)電效率影響較大，起著至關(guān)重要的作用。為了保證光伏發(fā)電站可以安全、可靠運(yùn)行，有必要對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器進(jìn)行維護(hù)工作，預(yù)防性維護(hù)和補(bǔ)救性維護(hù)光伏并網(wǎng)逆變器可以有效利用光伏并網(wǎng)逆變器的有效運(yùn)行，為新能源光伏發(fā)電的持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。