智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的開發(fā)

韓善楚

摘要：目前，國家對新能源技術(shù)的發(fā)展十分重視，支持政策不斷，我國的光伏電站數(shù)量急劇增多。智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的開發(fā)已經(jīng)成為發(fā)展的趨勢，基于此，本文從國內(nèi)外現(xiàn)狀水平和發(fā)展趨勢入手，主要對相關(guān)問題進行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能化;光伏逆變-升壓預裝式;變電站;開發(fā)

一、國內(nèi)外現(xiàn)狀水平和發(fā)展趨勢

隨著世界人口的增長和工業(yè)化水平的不斷提高，能源的消耗越來越大，傳統(tǒng)發(fā)電能源如煤炭、石油越來越緊缺，帶來的環(huán)境污染、全球變暖等問題，越來越嚴重。為了使人類、資源和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，國家大力提倡節(jié)能減排，鼓勵開發(fā)利用新型可再生能源發(fā)電是解決上述問題的關(guān)鍵。其中太陽能光伏發(fā)電被世界認為是最具有技術(shù)含量和發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。目前太陽能光伏發(fā)電站所用光伏逆變器、升壓變壓器、測控裝置是其重要組成的核心部件，光伏逆變器實現(xiàn)從太陽能光伏電池板產(chǎn)生的直流電匯流后，逆變成交流電的轉(zhuǎn)換，升壓變壓器是實現(xiàn)電能升壓傳輸和利用，測控裝置是實現(xiàn)系統(tǒng)的管理、監(jiān)測、控制等。

目前，光伏發(fā)電使用的升壓預裝式變電站和太陽能光伏發(fā)電逆變器柜是兩個獨立的配電設備，并且是分開安裝的。這樣現(xiàn)場需要兩個土建基礎(chǔ)，會使施工難度加大、成本增加、設備間現(xiàn)場連接工作加大、占地面積增大等。為節(jié)約土地資源、節(jié)約成本，對目前這種現(xiàn)象進行改進，很有必要，其發(fā)展的趨勢應該為：緊湊、安全、智能。

二、智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的開發(fā)

智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站是一種將低壓進線單元、光伏發(fā)電逆變器單元、低壓測控單元、UPS控制電源單元、升壓變壓器單元、高壓并網(wǎng)出線單元等，集成在一個外殼內(nèi)而成的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中一種重要的配電設備。

高壓并網(wǎng)出線單元部分采用模塊化負荷開關(guān)環(huán)網(wǎng)柜，柜體采用標準化型材結(jié)構(gòu)，負荷開關(guān)采用真空負荷開關(guān)+熔斷器組合電器，對應不同升壓變壓器容量時，只要更改不同電流等級的高壓熔斷器即可。負荷開關(guān)采用手動/電動操作方式，可以實現(xiàn)遠動操作。當變壓器或負載回路發(fā)生長期過載或短路等故障時，高壓熔斷器可以迅速熔斷，并在熔斷器撞擊器的帶動下，分斷負荷開關(guān)。負荷開關(guān)分閘時，有明顯的分斷點，在不影響其他光伏變電站正常發(fā)電的情況下，可以更換高壓熔斷器。

為配套光伏發(fā)電逆變器（正常逆變器的容量500kW或630kW），我們在智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站中，升壓變壓器采用低損耗、抗突發(fā)短路能力強，且低壓線圈為雙分裂繞組結(jié)構(gòu)形式的變壓器。升壓變壓器可以是干式、也可以是油浸式變壓器。低壓側(cè)雙分裂繞組結(jié)構(gòu)，低壓雙分裂繞組可以并聯(lián)運行，也可以單獨運行，實現(xiàn)了兩臺逆變器之間的電氣隔離。這不但減小了兩支路間的電磁干擾及環(huán)流影響，并且兩臺逆變器的交流輸出分別經(jīng)變壓器濾波，輸出電流諧波小，提高了輸出的電能質(zhì)量。并且當一個支路發(fā)生短路時，除能有效地限制短路電流外，還能使另一支路電壓保持一定水平，不致影響用戶的運行。并且可以與逆變器的容量完美配合，降低了成本，提高了性價比。

UPS控制電源單元可以提供不間斷控制電源，為本設備的智能化控制，提供了電源保障。低壓測控單元可以實現(xiàn)“無人值班”的運行管理方式，可以實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙”功能。從而可以實現(xiàn)主母線的電壓、低壓主回路的電流、有功/無功功率、干式變壓器線圈溫度、油浸式變壓器的油溫、油位、壓力釋放、預裝式變電站內(nèi)環(huán)境溫度的實時在線監(jiān)測，高/低壓開關(guān)的分合閘、逆變器的并網(wǎng)與分離等的遠程控制，高/低開關(guān)分合閘狀態(tài)、預裝式變電站門禁狀態(tài)等遠程通信，都通過智能測控裝置的RS485接口，傳輸?shù)焦夥娬镜暮笈_，進行實時監(jiān)控。通過UPS提供不間斷控制電源，以保證測控裝置記錄的數(shù)據(jù)不丟失而得以長期保存。

為實施各功能單元的模塊化、標準化設計生產(chǎn)，我們將光伏逆變器的容量設定為兩種標準容量：500、630kW。這樣，對應不同電壓等級10kV、35kV的公共電網(wǎng)，可以形成兩類干式變壓器和油浸式變壓器，各有4個容量的標準方案：1.升壓變壓器低壓側(cè)單繞組，變壓器容量為500kVA;2.升壓變壓器低壓側(cè)單繞組，變壓器容量為630kVA;3.升壓變壓器低壓側(cè)雙分裂，變壓器容量為1000kVA;4.升壓變壓器低壓側(cè)雙分裂，變壓器容量為1250kVA。

本逆變器采用標準化容量為500/630kW，最大輸入工作電壓為DC1000V，可根據(jù)需要輸出AC315、360等電壓等級。逆變器的控制系統(tǒng)應采用高性能的微處理器，可實現(xiàn)反饋信號的處理和AD轉(zhuǎn)換、DC/DC變換器和PWM逆變器控制脈沖的調(diào)節(jié)等功能?？刂葡到y(tǒng)能穩(wěn)定的實現(xiàn)最大功率點跟蹤的控制，以確保逆變器獲得最大的功率輸入。逆變器的通訊裝置，采用RS485通訊接口，通訊規(guī)范為Modbus，并可以連續(xù)存儲一個月以上的逆變器所有的運行數(shù)據(jù)和所有的故障記錄。逆變器柜體采用統(tǒng)一標準尺寸，方便模塊化生產(chǎn)和快速組裝。

三、智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的實施

智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的結(jié)構(gòu)組成如下圖虛線部分：

從上圖虛線部分可以看出，本產(chǎn)品是將逆變器、升壓并網(wǎng)配電裝置、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控管理等集成在一起。其與常規(guī)將這些分開生產(chǎn)（無虛線）和安裝相比，減少占地面積，縮短生產(chǎn)周期、便于集中管理、方便現(xiàn)場安裝。

目前常規(guī)光伏發(fā)電站主要由光伏發(fā)電逆變器部分和升壓并網(wǎng)配電部分兩部分組成，這是相對獨立的兩個部分，分別為戶外逆變器柜和光伏箱式變電站，電氣一次方案圖如下圖。

智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的電氣一次方案圖如下圖所示。

從上面兩個電氣一次方案圖中可以看出，智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站，在低壓側(cè)逆變器與變壓器之間，取消了光伏箱式變電站中原有的低壓斷路器，采用與逆變器保護斷路器合二為一的方式。這樣，在不降低性能且滿足原有功能的情況下，降低了成本，縮小了體積。

四、產(chǎn)品發(fā)展前景

智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站由于采用了標準化、模塊化設計生產(chǎn)，不僅提高了產(chǎn)品性能，還減小了體積，節(jié)省了材料，降低了投資成本。使其具有體積小、安裝快捷、操作方便、安全性能好、自動化程度高等優(yōu)點，使光伏發(fā)電系統(tǒng)中的逆變和升壓配電核心部分，提高了一個新臺階，發(fā)展前景廣闊。

結(jié)束語

綜上所述，太陽能光伏發(fā)電已經(jīng)被世界認為是最具有技術(shù)含量和發(fā)展前景的發(fā)電技術(shù)之一。智能化光伏逆變-升壓預裝式變電站的發(fā)展，不僅可以節(jié)約土地資源，還可以有效的節(jié)約成本。相關(guān)人員還要加大對其研發(fā)，使其發(fā)展為更安全、更智能化。

參考文獻

[1]韓曉沛.光伏電站智能運維與建設解析[J].電子世界.2018（14）

[2]許彬.西藏（高海拔）光伏電站運維研究及應用[J].能源研究與管理.2018（04）