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智能兆瓦箱系统开发与应用

摘要:一站式智能兆瓦箱系统为太阳能电站建设的核心部分,可实现变流器、监控系统、开关柜、干(油)升压变、配电、门禁监控以及消防报警系统等进行结合,相比以往集中站建设方式,其对占地面积的要求更小,对进一步推动城市节能环保具有重要意义。为充分发挥其所具有的安全性、可靠性等优点,需要基于其特点来做好智能兆瓦箱系统的开发,通过其应用技术优势来促进太阳能电站的持续健康发展。

关键词:智能兆瓦箱系统;太阳能站;系统开发

在光伏发电技术快速发展背景下,世界上兆瓦级光伏发电系统以及兆瓦级联网光伏电站建设数量不断增多,近年来我国也加大了对光伏发电项目的推动,发光发电装机容量持续增加,对促进光伏发电行业的发展具有重要意义。在光伏行业不断发展壮大的情况下,以往的技术设备逐渐不能满足发展需求,还需要基于实际条件来进行专业分析和优化,消除现存的各类缺陷。

一、智能兆瓦箱系统设计需求

太阳能现在已经逐渐成为重要的能源,对促进社会经济持续发展具有至关重要的作用。而一站式智能兆瓦箱系统为太阳能电站核心部分,可对各功能子系统进行集合,最终可以利用一台兆瓦箱系统代替以往6~8台产品组成的系统,所需资源支持更小,并且在实际运行中也具有更高安全性与可靠性。通过不断研发升级,现在已经取得了良好成果,可实现智能云控制,实现网络视频的实时传输,视频图像可以达到PAL制每秒25帧,NTSC制每秒30帧。满足标准20英尺集装箱设计,集成2台1250kW光伏逆变器、干(油)升压变、监控单元、配电、开关柜、门禁监控及烟雾报警系统、温湿度自动控制通风系统等,能够有效应对沿海、高海拔以及强风沙地区运行需求,并且安装体积更小,安装调试方便,但是功率密度可提升50%。[1]

二、智能兆瓦箱系统设计技术难点

(一)系统供电方案设计。1.问题分析。光伏逆变器为光伏发电系统的重要设备之一,具有低电压穿越功能,当电网出现低电压穿越故障时,光伏逆变器在不脱网的同时向电网提供无功支撑,确保电网可以尽快恢复到正常供电状态。要求光伏逆变器必须要具有较高可靠性,可保持较长服务寿命。[2]但是现在光伏逆变器控制系统供电方案在电网低电压穿越时存在较多不足,主要体现在以下几个方面:第一,电网低电压穿越故障时,电网电压跌落,通过电网侧取电在跌落时间段失电,不能满足逆变器控制系统供电需求。第二,主接触器控制线圈为感性负载,吸合时功率较大,维持吸合所需功率较小,一般为交流侧供电方式。但是在出现低电压穿越故障时,电网电压跌落,接触器线包失电导致接触器断开脱网。第三,现在大部分厂家均是选择设置UPS的方案来满足低电压穿越要求,不仅成本比较高,并且寿命短需要定期更换。2.解决要点。为有效解决现存的供电系统问题,需要在原有基础上对供电方案进行调整,利用AC/DC高频开关电源以及DC/DC高频开关电源同时向光伏逆变器系统供电,提高系统母线电压稳定性,并且可实现系统供电1+1备份,系统运行可靠性更高。[3]同时,低电压穿越时,DC/DC高频开关电源能够满足光伏逆变器寿命要求。并且经过有效电路以及工作时序控制,在接触器吸合过程中,能够有效隔离接触器供电与控制系统供电,降低了两者之间存在的干扰。(二)检测电路设计。1.技术难点。通过光伏逆变器可以实现太阳能发电向交流电转变后并网,如果在并入电网过程中逆变器出现问题,便会造成太阳能电池输入正负极性反接,轻则会直接损坏逆变器,重则会产生火花将电缆烧毁,产生重大的安全事故。为保证逆变器运行正常,一般会选择用A/D读取直流输入电压或输入电流,然后通过控制芯片来判断太阳能电池组串输入是否存在反接情况,达到检测电路的效果。但是此种检测方法要求每一路独立的太阳能电池组串均要进行电压采样,结构复杂度高,需要占用较多控制芯片接口资源,实际运行成本比较高。另外,现在所经验的检测方法,对多路独立电池接入的反接保护措施不具备自诊断功能,安全隐患比较大。2.解决方法。可对光伏逆变器输入反接检测电路方法进行创新,使其具有自诊断功能,要求在多路太阳能电池内任何一路存在反接情况时,可以直接通过LED1显示出来。并且光电耦合器向控制芯片输出信号,控制芯片输入信号电压将会发生变化,采取相应控制措施处理,避免太阳能电池反接产生的安全隐患。假如电阻R2与R3之间连接线断开,则控制芯片AD端输入信号电压会发生一定变化,同时控制芯片会发出告警信息,提示线缆已经断开,达到故障自诊断的目的。(三)PID效应。1.设计难点。PID效应为光伏发电近年来影响较大的衰减效应,现在光伏并网系统不断扩大,系统电压逐渐增大,组件内部电池片相对于大地压力不断增高,而光伏组件铝边框要求接地处理,这样就会造成晶体硅光伏组件内电路与其接地金属框之间产生负的高电压。受到高压影响,组件电池封装材料以及组件上下表面层材料内将会出现离子迁移的情况,使得光伏电池组件光伏性能持续衰减。就研究表明,可以向电池组件输出负极接地或对电池组件输出端与大地之间施加正电压,以此种方法预防PDI效应的产生。例如为光伏逆变器每个独立输入均连接一个PID电源,通过电源对组件和大地间施加正电压,但是在实际操作中会发现,如果对每个独立组件来连接一个PID电源,将会产生更多成本,造成系统成本浪费。2.解决方法。可优化电路设计以及软件控制方法,对PID效应进行有效预防。即通过对光伏电池组串端口电压进行采集,判断光伏逆变器的工作状态,待光伏逆变器停止工作时,向光伏电池板正负极以及大地之间来施加正电压以免PID效应的产生。

三、结语

对智能兆瓦箱系统进行设计研究,对进一步推动光伏发电行业的发展具有重要意义,不仅可以降低前提建设成本,同时还可以提高光伏发电系统运行的可靠性与安全性,实现高效并网,真正达到节能环保发展的目的。

参考文献:

[1]项添春,王旭东,马世乾,丁一.智能园区兆瓦级多微电网建设与运行模式[J].分布式能源,2017,2(04):1-6.

[2]陈兆圣.兆瓦级风力机的智能控制算法研究[D].电子科技大学,2013.

[3]赵阳.兆瓦级变浆距风力发电机组智能控制系统的研究[D].东华大学,2011.602

作者:付东升 单位:上海正泰电源系统有限公司

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