浅谈光伏技术之逆变器的故事

作者: | 发布日期: 2018 年 07 月 12 日 14:46 | 分类: 新能源知识

1.关于光伏扶贫项目

前一段时间,国家质检总局曝光了一批逆变器不合格名单。在本不平静的光伏圈里,又激起了波澜。笔者看了一下不合格原因,也看了厂家名单(名单中不乏上市公司,也不乏主要产品在10KW以下的著名厂家)基本就做出了判断:原因不在逆变器厂家,在电网。

绝大多数逆变器在城市里应用都没有什么问题,但是到了农村,特别是没有进行过农网改造的农村就会问题频出。

1.1 下面一个较典型的因为低电压不能并网的案例

“某3台逆变器安装在某庄农户家。有 1 台是单独安装在一个农户家。另外两台 5KW 逆变器安装在另外一个农户家。这 3 台逆变器在稳定运行一周后,开始出现 3 台逆变器反复启动。且在天气温度高的情况下(中午 12 点-下午 15 点) ,基本停止工作不发电。”

原因:由于该村是个大村。并且该村的电压偏低。安装时气温还比较适宜,顺利并网。过了一星期左右的时间,当地气温升高,大部分的农户家里开空调,当用电量大了以后,致使当地的电网电压偏低。超出了逆变器的交流电压输出范围的下限(187-270VAC)。 又一周后,项目现场下过大雨,村里用电量变少,电网的电压就又满足了逆变器电压要求,系统工作正常。”

很多公司遇到这种情况都会把逆变器的电压调宽,从原来的(178-270)VAC调到(140-270)VAC,有海外市场的企业会把“安规”调整到“澳洲安规”。从而造成抽检不合格。

1.2还有一种情况是电压超上限,导致逆变器不工作。

“某扶贫项目几十台逆变器并联组网时,逆变器出现输出电压过高导致的重连,有异常响声等问题,影响用户发电量。”

为什么会出现这样的现象?我们做一个计算。

首先,线路的电阻,即逆变器端到变压器端的阻抗(这里按照纯电阻计算,交流电比较复杂)

R=ρ*L/S铜电阻率0.0175,铝电阻率0.0283(项目现场使用铝线)

当地并网点离变压器1400米L=1400M

输电线径95mm S=95

R=ρ*L/S=0.0283*1400/95=0.4Ω

该项目每条火线上平均有13台机器,太阳光照强时,平均一台机器往外输出电流为10A,那么13台机器电流就为130A,此时电压最大能被抬升130*0.4=52V!即从变压器到逆变器端的电压会被抬升52V。根据在现场测试结果,中午时,变压器低压侧的电压最高达到240V,加上电压抬升,到逆变器输出端电压将达到240+52=292V,实际抬升的电压会更高。超出逆变器电压范围,所以会报错重连。在光照弱时,逆变器往外输出电流小,电压抬升小,逆变器输出端电压在正常范围内,也就能正常发电。这也是为什么现场有时重连现象更频繁的原因。

逆变器厂家也会把电压(178-270)VAC的上限调高,有时候会调高到320VAC。从而也会造成抽检不合格。

1.3 光伏扶贫遇到的问题

由于国家农村电网分布广,发展不一,农网的电能质量一些问题和特点给光伏发电,尤其逆变器端的运行带来了一定挑战,同时现行的光伏逆变器标准更多的是依据地面电站,发达地区电网而设计,因此存在着一定的不适应性,这些均要求光伏发电设计端,EPC端等做出合理的设计和考量,获得最大的发电稳定性和效率。

对光伏发电而言,农村电网有如下几个电能质量特点容易影响到逆变器的正常运行:

1)线路损耗大

线路导线有效截面较小很多分布式光伏发电装置是依托现有的输配电设施进行电站建设,一些区域由于施工较早,既有设施容量偏低,对负荷(光伏发电容量,对电网而言是一个反向的负荷)预期不准确,导致导线截面选择过小,采用铝线电阻率偏高,电源点建设较少,低压配电线路供电半径较长,当供电半径超过一定长度时(合理建议最大不超过0.5km,配变应设在接近负荷中心的位置),线路损耗太大,均造成逆变器侧端电压远高于PCC(公共接入点)电压,导致逆变器电压范围高出法定要求范围(CQC电压范围187V—252V),逆变器频繁跳脱,发电量较少或无法正常工作;

2)三相电压不平衡 农村电网电工水平低,设计或增容时三相负载不平衡,引起中点偏移,导致相电压不平衡,负载轻的一相电压偏高,负载重的一相电压偏低,部分地区因此超过国标要求的《三相电压允许不平衡度》要求,导致逆变器无法正常工作;

3)配变容量小,系统阻抗高 负荷高峰时出现超负荷情况,导致电压偏低,负载低谷时电压又偏高,单日周期内电压有明显的大范围变化,超过《供电电压允许偏差》范围,变电站主变采用有载自动调压式变压器可以减缓这个问题;配变容量、配电线路长还有一个严重的问题是使得系统阻抗相比很大,系统阻抗大带来的显著问题是使得逆变器多机并联的系统稳定性下降、谐波放大,单一点数量越多越明显,通常逆变器厂家会限制逆变器交流端到PCC点的传输距离,以及总的并联数量。

1.4 个人对农村光伏扶贫的建议:

农网目前特点是电网差、线损大、安全用电水平有待提高。其中线损是指供电系统在传输电能的过程中,在线路和变压器中的损耗电量。

线损有以下几种表现。

(1)设备漏电:乡镇企业、农户大多以便宜价格购进城市淘汰下来的非标准用电设备,长年失修,漏电严重。

(2)线路老化:集中表现在拆股线,小线径导线长年负荷重,加速老化,难经风雨,漏电多,电压降大。

(3)设备超载:大多数农户一方面是缺乏电器知识,另一方面是图省钱蛮干,使得配变、电机、线路超载运行,热耗增加。

(4)配电变压器容量不合适,损耗高:由于线路供电半径过长,电压质量差,线损大,耗电严重。

(s)私拉乱接,室内布线差:农村遇农忙季节、集会场合,私拉乱接,违章用电;室内线路敷设私自安装,老化失修,捕电严重。

(6)管理混乱:表现在窃电普遍、表计失准、用人情电、账目混乱等方面,管理失控。【1】

由于上述因素,从技术层面来说,对于偏远、没有经过农网改造的农村,不适合一家一户一台逆变器。而应该规划为一个并网点,减少逆变器的使用量。从其他层面来说,中国人有一个特点“不患寡,而患不均”。如果离变压器较远的用户,天天出问题,收益相对减少,很难保证他们没有意见。

2.关于逆变器认识的一些误区

不知道从什么时候开始,光伏设计开始流行逆变器超配。这没有错,但是大家超配有些过头了。

我们用公认业内最好的“合肥阳光”逆变器为例。SG500MX的参数如下图:

首先,为什么最大输入电压不是1200V,不是1100V?因为市场上主流的母线支撑电容最大耐压等级是1100V,我们的IBGT一般是1200V/1400A,按照木桶原理,我们要按照电容的耐压等级设计逆变器的输入电压,那么逆变器的直流电压上限是1000V(留100V的余量,可以延长电容的寿命)。我们做组件串并联设计的时候,不要刻意的用1000V去除以组件的开路电压,用900V或者950V就可以了。

其次,为什么MPPT电压的上限是850V下限是460V?SG500MX的输出交流电压是315V,315是交流电压的平均值,平均值跟最大值的关系是1.41*315=445V。

为什么上限是850V,这个问题就有一点复杂了。这牵扯到逆变器IGBT的损耗问题。

IGBT的损耗主要包括通态损耗和开关损耗。

通态损耗主要取决于IGBT的导通饱和压降Vce(sat),开关损耗主要取决于开通时间Ton和关断时间Toff,不同的频率及不同的电路方式,这两种损耗所占的总损耗的比例是不同的。当工作频率较低时,通态损耗是主要的,建议选取低饱和压降的IGBT;当工作频率较高时,开关损耗是主要的,建议选取短拖尾电流的快速IGBT。

选用更大电流的模块则可把开关速度提高并减小开关损耗。开关损耗包括开通损耗和关断损耗,在串联谐振电路中,IGBT开通时做到零电压开通是较易做到的,这时的开通损耗极小;IGBT关断时做到接近零电流关断是可以做到的,这时的关断损耗也较小。栅极电阻RG减小可缩短开通时间Ton和关断时间Toff,并减小了开通损耗和关断损耗,但却增加了浪涌电压和电磁干扰。

所以电压越高IGBT的开关应力越大,开关损耗变的很高。这就是为什么下图所示850V时逆变器的效率最低。

组串逆变器也一样,并不是组件串联的数量越多越好,而是适中最好。希望光伏设计师学会看逆变器的效率曲线图。不要去研究24块一串好,还是23块一串好。而是看最高和最低环境温度时那种配置效率更高,不然就失去了组串逆变器的意义。

[1]翟明军.金蓉 农村电网改造的技术措施探讨[期刊论文] – 中国农村水利水电 2005(11)

文章来源:古瑞瓦特 张喆

微信扫描二维码或者搜索微信号(energytrend)关注我们。

announcements 在线投稿     mail转寄     mail打印
Share

发表评论