智能兆瓦箱系統(tǒng)開發(fā)及應(yīng)用

付東升

摘 要：一站式智能兆瓦箱系統(tǒng)為太陽能電站建設(shè)的核心部分，可實現(xiàn)變流器、監(jiān)控系統(tǒng)、開關(guān)柜、干（油）升壓變、配電、門禁監(jiān)控以及消防報警系統(tǒng)等進行結(jié)合，相比以往集中站建設(shè)方式，其對占地面積的要求更小，對進一步推動城市節(jié)能環(huán)保具有重要意義。為充分發(fā)揮其所具有的安全性、可靠性等優(yōu)點，需要基于其特點來做好智能兆瓦箱系統(tǒng)的開發(fā)，通過其應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢來促進太陽能電站的持續(xù)健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能兆瓦箱系統(tǒng)；太陽能站；系統(tǒng)開發(fā)

在光伏發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展背景下，世界上兆瓦級光伏發(fā)電系統(tǒng)以及兆瓦級聯(lián)網(wǎng)光伏電站建設(shè)數(shù)量不斷增多，近年來我國也加大了對光伏發(fā)電項目的推動，發(fā)光發(fā)電裝機容量持續(xù)增加，對促進光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。在光伏行業(yè)不斷發(fā)展壯大的情況下，以往的技術(shù)設(shè)備逐漸不能滿足發(fā)展需求，還需要基于實際條件來進行專業(yè)分析和優(yōu)化，消除現(xiàn)存的各類缺陷。

一、智能兆瓦箱系統(tǒng)設(shè)計需求

太陽能現(xiàn)在已經(jīng)逐漸成為重要的能源，對促進社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。而一站式智能兆瓦箱系統(tǒng)為太陽能電站核心部分，可對各功能子系統(tǒng)進行集合，最終可以利用一臺兆瓦箱系統(tǒng)代替以往6～8臺產(chǎn)品組成的系統(tǒng)，所需資源支持更小，并且在實際運行中也具有更高安全性與可靠性。通過不斷研發(fā)升級，現(xiàn)在已經(jīng)取得了良好成果，可實現(xiàn)智能云控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)視頻的實時傳輸，視頻圖像可以達到PAL制每秒25幀，NTSC制每秒30幀。滿足標準20英尺集裝箱設(shè)計，集成2臺1250kW光伏逆變器、干（油）升壓變、監(jiān)控單元、配電、開關(guān)柜、門禁監(jiān)控及煙霧報警系統(tǒng)、溫濕度自動控制通風(fēng)系統(tǒng)等，能夠有效應(yīng)對沿海、高海拔以及強風(fēng)沙地區(qū)運行需求，并且安裝體積更小，安裝調(diào)試方便，但是功率密度可提升50%。[1]

二、智能兆瓦箱系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)難點

（一）系統(tǒng)供電方案設(shè)計

1.問題分析

光伏逆變器為光伏發(fā)電系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，具有低電壓穿越功能，當電網(wǎng)出現(xiàn)低電壓穿越故障時，光伏逆變器在不脫網(wǎng)的同時向電網(wǎng)提供無功支撐，確保電網(wǎng)可以盡快恢復(fù)到正常供電狀態(tài)。要求光伏逆變器必須要具有較高可靠性，可保持較長服務(wù)壽命。[2]但是現(xiàn)在光伏逆變器控制系統(tǒng)供電方案在電網(wǎng)低電壓穿越時存在較多不足，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，電網(wǎng)低電壓穿越故障時，電網(wǎng)電壓跌落，通過電網(wǎng)側(cè)取電在跌落時間段失電，不能滿足逆變器控制系統(tǒng)供電需求。第二，主接觸器控制線圈為感性負載，吸合時功率較大，維持吸合所需功率較小，一般為交流側(cè)供電方式。但是在出現(xiàn)低電壓穿越故障時，電網(wǎng)電壓跌落，接觸器線包失電導(dǎo)致接觸器斷開脫網(wǎng)。第三，現(xiàn)在大部分廠家均是選擇設(shè)置UPS的方案來滿足低電壓穿越要求，不僅成本比較高，并且壽命短需要定期更換。

2.解決要點

為有效解決現(xiàn)存的供電系統(tǒng)問題，需要在原有基礎(chǔ)上對供電方案進行調(diào)整，利用AC/DC高頻開關(guān)電源以及DC/DC高頻開關(guān)電源同時向光伏逆變器系統(tǒng)供電，提高系統(tǒng)母線電壓穩(wěn)定性，并且可實現(xiàn)系統(tǒng)供電1+1備份，系統(tǒng)運行可靠性更高。[3]同時，低電壓穿越時，DC/DC高頻開關(guān)電源能夠滿足光伏逆變器壽命要求。并且經(jīng)過有效電路以及工作時序控制，在接觸器吸合過程中，能夠有效隔離接觸器供電與控制系統(tǒng)供電，降低了兩者之間存在的干擾。

（二）檢測電路設(shè)計

1.技術(shù)難點

通過光伏逆變器可以實現(xiàn)太陽能發(fā)電向交流電轉(zhuǎn)變后并網(wǎng)，如果在并入電網(wǎng)過程中逆變器出現(xiàn)問題，便會造成太陽能電池輸入正負極性反接，輕則會直接損壞逆變器，重則會產(chǎn)生火花將電纜燒毀，產(chǎn)生重大的安全事故。為保證逆變器運行正常，一般會選擇用A/D讀取直流輸入電壓或輸入電流，然后通過控制芯片來判斷太陽能電池組串輸入是否存在反接情況，達到檢測電路的效果。但是此種檢測方法要求每一路獨立的太陽能電池組串均要進行電壓采樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，需要占用較多控制芯片接口資源，實際運行成本比較高。另外，現(xiàn)在所經(jīng)驗的檢測方法，對多路獨立電池接入的反接保護措施不具備自診斷功能，安全隱患比較大。

2.解決方法

可對光伏逆變器輸入反接檢測電路方法進行創(chuàng)新，使其具有自診斷功能，要求在多路太陽能電池內(nèi)任何一路存在反接情況時，可以直接通過LED1顯示出來。并且光電耦合器向控制芯片輸出信號，控制芯片輸入信號電壓將會發(fā)生變化，采取相應(yīng)控制措施處理，避免太陽能電池反接產(chǎn)生的安全隱患。假如電阻R2與R3之間連接線斷開，則控制芯片AD端輸入信號電壓會發(fā)生一定變化，同時控制芯片會發(fā)出告警信息，提示線纜已經(jīng)斷開，達到故障自診斷的目的。

（三）PID效應(yīng)

1.設(shè)計難點

PID效應(yīng)為光伏發(fā)電近年來影響較大的衰減效應(yīng)，現(xiàn)在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)不斷擴大，系統(tǒng)電壓逐漸增大，組件內(nèi)部電池片相對于大地壓力不斷增高，而光伏組件鋁邊框要求接地處理，這樣就會造成晶體硅光伏組件內(nèi)電路與其接地金屬框之間產(chǎn)生負的高電壓。受到高壓影響，組件電池封裝材料以及組件上下表面層材料內(nèi)將會出現(xiàn)離子遷移的情況，使得光伏電池組件光伏性能持續(xù)衰減。就研究表明，可以向電池組件輸出負極接地或?qū)﹄姵亟M件輸出端與大地之間施加正電壓，以此種方法預(yù)防PDI效應(yīng)的產(chǎn)生。例如為光伏逆變器每個獨立輸入均連接一個PID電源，通過電源對組件和大地間施加正電壓，但是在實際操作中會發(fā)現(xiàn)，如果對每個獨立組件來連接一個PID電源，將會產(chǎn)生更多成本，造成系統(tǒng)成本浪費。

2.解決方法

可優(yōu)化電路設(shè)計以及軟件控制方法，對PID效應(yīng)進行有效預(yù)防。即通過對光伏電池組串端口電壓進行采集，判斷光伏逆變器的工作狀態(tài)，待光伏逆變器停止工作時，向光伏電池板正負極以及大地之間來施加正電壓以免PID效應(yīng)的產(chǎn)生。

三、結(jié)語

對智能兆瓦箱系統(tǒng)進行設(shè)計研究，對進一步推動光伏發(fā)電行業(yè)的發(fā)展具有重要意義，不僅可以降低前提建設(shè)成本，同時還可以提高光伏發(fā)電系統(tǒng)運行的可靠性與安全性，實現(xiàn)高效并網(wǎng)，真正達到節(jié)能環(huán)保發(fā)展的目的。

參考文獻：

[1]項添春，王旭東，馬世乾，丁一.智能園區(qū)兆瓦級多微電網(wǎng)建設(shè)與運行模式[J].分布式能源，2017，2（04）：1-6.

[2]陳兆圣.兆瓦級風(fēng)力機的智能控制算法研究[D].電子科技大學(xué)，2013.

[3]趙陽.兆瓦級變漿距風(fēng)力發(fā)電機組智能控制系統(tǒng)的研究[D].東華大學(xué)，2011.