上能集散式光伏發(fā)電解決方案

上能電氣有限公司目 錄 前言3 集散式方案優(yōu)勢說明7 集散式逆變器技術(shù)優(yōu)勢一覽表12 集散式產(chǎn)品及方案介紹19 集散式方案優(yōu)勢說明光伏逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)的兩大主要部件之一，光伏逆變器核心任務(wù)是跟蹤光伏陣列的最大輸出功率，并將其能量以最小的變換損耗、最佳的電能質(zhì)量饋入電網(wǎng)，因此逆變器方案的選擇將成為光伏電站實(shí)現(xiàn)更高收益、智能化的關(guān)鍵因素。集中式逆變方案是大型光伏地面電站普遍采用的技術(shù)方案，系統(tǒng)技術(shù)相對成熟，電站可靠性較高，投資性價(jià)比高。理論上講，采用更高單機(jī)功率的逆變器可以進(jìn)一步降低光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)，并進(jìn)一步提升系統(tǒng)可靠性。但是集中式光伏電站應(yīng)用中，存在單機(jī)功率過大與光伏組件MPPT失配造成的發(fā)電量損失的矛盾。因此在成熟的集中式光伏電站應(yīng)用中，單機(jī)超過500kW的光伏逆變器應(yīng)用較少。采用小功率的組串式光伏逆變器理論上可以很好地解決光伏組件MPPT的失配造成的發(fā)電量損失，但卻存在輕載情況下轉(zhuǎn)換效率變差，以及輕載情況下的并網(wǎng)電能質(zhì)量劣化的問題，甚至出現(xiàn)其它一些并網(wǎng)及后期運(yùn)維等問題，系統(tǒng)成本造價(jià)相比集中逆變系統(tǒng)也會(huì)提高。因此目前組串型光伏逆變器一般應(yīng)用并網(wǎng)規(guī)模較小的光伏發(fā)電系統(tǒng)中。上能公司創(chuàng)新融合了組串式逆變器與集中式逆變器各自優(yōu)點(diǎn)，推出了新型的集散式1MW逆變解決方案。該方案實(shí)現(xiàn)了1MW逆變器單元的48路MPPT優(yōu)化功能，很好地解決了逆變器單機(jī)大功率化與光伏電池組件并聯(lián)MPPT失配損失之間的矛盾。同時(shí)解決組串式逆變器系統(tǒng)投資成本高、輕載下電能質(zhì)量裂化以及后期運(yùn)維復(fù)雜、成本高的問題。同時(shí)新型1MW逆變器將直流輸入電壓、交流輸出電壓等級提升近40，相同電纜配置情況下，比組串式逆變系統(tǒng)和集中式逆變系統(tǒng)的線損大幅度降低，如果保持相同的線路損耗不變?yōu)樵瓌t，則可以大幅降低系統(tǒng)成本。集散式逆變系統(tǒng)采用多種節(jié)能降耗理念，加之完善的監(jiān)測及保護(hù)功能，并與帶有MPPT優(yōu)化功能的智能匯流箱一起實(shí)現(xiàn)光伏電站的智能監(jiān)控，可以很好的解決前述大型光伏電站面臨的所有主要問題。上能集散式光伏發(fā)電解決方案采用分散優(yōu)化控制、集中并網(wǎng)形式，與傳統(tǒng)的集中式并網(wǎng)電站不同的是，直流匯流箱被替換成帶MPPT優(yōu)化功能的智能匯流箱，每1MW發(fā)電系統(tǒng)具備48路獨(dú)立的MPPT優(yōu)化單元，有效解決了因灰塵遮擋、陰影遮擋、組件劣化、傾角差異等組件失配帶來的發(fā)電損失，同時(shí)新型1MW逆變器將直流輸入電壓、交流輸出電壓等級提升近40，并采用多種節(jié)能降耗理念，在提升發(fā)電效率的同時(shí)顯著降低系統(tǒng)投資成本。上能新型集散式光伏逆變系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的集中式并網(wǎng)方案，不僅可以將系統(tǒng)發(fā)電量提升25以上，而且系統(tǒng)造價(jià)也可降低,相比組串式逆變器方案而言，系統(tǒng)造價(jià)降低0.10.15元/瓦（1015萬/1MW），同時(shí)在輸出電能質(zhì)量和并網(wǎng)性能方面，不存在多機(jī)并聯(lián)帶來的諧波劣化，甚至與電網(wǎng)諧振的問題，顯著優(yōu)于組串式逆變器。每1MW光伏發(fā)電單元由12臺智能MPPT匯流箱和1臺1MW集散式逆變器組成，典型的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如下：更高發(fā)電量集散式1MW逆變器輸入MPPT路數(shù)將高達(dá)48路，最大限度地減少了因灰塵遮擋、陰影遮擋、組件劣化等不同特性而導(dǎo)致的組件失配帶來的發(fā)電量損失，相比于傳統(tǒng)的集中式解決方案，預(yù)計(jì)對發(fā)電量的貢獻(xiàn)將有至少25以上的提升。更低系統(tǒng)投資成本集散式解決方案具備明顯的系統(tǒng)投資成本優(yōu)勢，可大幅降低輸入/輸出電纜、變壓器、交流匯流箱成本。相比組串式方案，系統(tǒng)總投資成本降低約0.10.15元/瓦（1015萬/1MW）。更優(yōu)的并網(wǎng)性能高壓輸電網(wǎng)對并網(wǎng)的光伏發(fā)電在調(diào)度響應(yīng)、故障穿越、限發(fā)、超發(fā)、諧波限值、功率變化率、緊急啟停等方面都有嚴(yán)格要求。集中型逆變器在電站中數(shù)量少，通訊控制簡單，適應(yīng)電網(wǎng)能力遠(yuǎn)優(yōu)于組串型逆變器。多臺組串型逆變器應(yīng)用于大型光伏電站中，一旦電網(wǎng)出現(xiàn)故障，由于設(shè)備眾多控制復(fù)雜，電網(wǎng)耦合、等效并網(wǎng)阻抗降低，導(dǎo)致與電網(wǎng)出現(xiàn)諧振的概率大大增加，多臺組串型逆變器組成的大型逆變器系統(tǒng)容易出現(xiàn)大量脫網(wǎng)甚至設(shè)備自身損壞情況。集散式逆變器繼承了傳統(tǒng)集中式逆變器低諧波，電網(wǎng)適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合獨(dú)特的雙模組工作模式，具有更加優(yōu)良的并網(wǎng)電能質(zhì)量。電流諧波指標(biāo)顯著優(yōu)于組串型，且不存在組串型多機(jī)并聯(lián)帶來的輕載諧波“串?dāng)_”問題更高逆變效率上能集散式逆變器采用動(dòng)態(tài)母線電壓調(diào)整技術(shù)，充分結(jié)合電纜損耗及逆變器不同電壓等級下效率，直流輸入電壓750-850V動(dòng)態(tài)調(diào)整，系統(tǒng)效率更高，同時(shí)相比固定母線電壓工作方式，IGBT承受電壓應(yīng)力更低，可靠性更高。上能集散式逆變器中國效率高達(dá)98.32%，明顯領(lǐng)先業(yè)內(nèi)同類產(chǎn)品。 更低的后期維護(hù)成本相比于組串式逆變器整機(jī)維護(hù)方式，上能集散式逆變器器件級的維護(hù)方式具備更低的維護(hù)成本。同時(shí)，在占地幾百甚至數(shù)千畝的大規(guī)模電站中，對完全分散的組串式逆變器進(jìn)行更換，尤其是山地或丘陵電站，維護(hù)人員花費(fèi)路途上的時(shí)間及維修難度也是組串型的大規(guī)模電站不利因素之一。集散式和組串式運(yùn)維費(fèi)用對比（100MW電站，假設(shè)1%逆變器故障率）年維修費(fèi)用 （質(zhì)保期外）集散式組串式100MW*0.36元/w*1%*25%(25%為估算單臺平均維修成本比例)100MW*0.45元/W*1%*50%(50%為估算單臺平均維修成本比例)年設(shè)備維護(hù)費(fèi)：9萬元年設(shè)備維護(hù)費(fèi)：22.5萬年發(fā)電量損失100MW *1%*6h*0.9元/度（單臺損失滿載發(fā)電時(shí)間6h）100M*1%*2h*0.9元/度（單臺損失滿載發(fā)電時(shí)間2h）年發(fā)電量損失收入：0.54萬元年發(fā)電量損失收入：0.18萬元年維護(hù)成本9+0.54=9.54萬元22.5+0.18=22.68萬元更高系統(tǒng)可靠性l智能MPPT匯流箱功率模塊采用大規(guī)模市場應(yīng)用的IGBT半導(dǎo)體器件并結(jié)合更為成熟高效軟開關(guān)技術(shù)，提高電能利用的效率，來實(shí)現(xiàn)電能損失的減少，相對于硅器件IGBT，碳化硅MOSFET雖然在降低導(dǎo)通電阻和減小開關(guān)損耗等方面具有性能優(yōu)勢，但是規(guī)模量產(chǎn)時(shí)間不足兩年，規(guī)模應(yīng)用時(shí)間不足一年，器件可靠性有待市場檢驗(yàn)。l智能MPPT匯流箱每個(gè)組串搭載專利的智能電子開關(guān)，并具備直流側(cè)主動(dòng)斷開保護(hù)，發(fā)生異常時(shí)可靠分?jǐn)啵煽啃燥@著高于熔斷器保護(hù)方案，真正實(shí)現(xiàn)光伏陣列的組串級保護(hù)。l每個(gè)輸入支路具備支路智能防反功能，檢測到支路反向電流倒灌時(shí)，通過智能電子開關(guān)可靠分?jǐn)啵幻總€(gè)MPPT優(yōu)化單元模塊之間具備防逆流二極管，避免模塊故障后其它模塊的電流倒灌帶來的故障擴(kuò)大化。l逆變器具備專利直流電容及交流電容的壽命預(yù)測功能，電容損壞前可提前給出預(yù)警；l專利的多級交流風(fēng)機(jī)故障檢測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器內(nèi)部每一個(gè)交流風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，出現(xiàn)故障，可立即發(fā)出告警，l專利的多級交流風(fēng)機(jī)調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)熱量與出風(fēng)量的最優(yōu)匹配，進(jìn)一步降低控制系統(tǒng)損耗，顯著提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命；散熱風(fēng)機(jī)的冗余設(shè)計(jì)：任何一只風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障后，均不影響逆變器的正常工作；l雙DSP 控制系統(tǒng)，主控DSP“失控”后仍可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全關(guān)機(jī)；更智能化監(jiān)控及診斷方案l智能MPPT匯流箱每個(gè)輸入支路配有瑞士LEM品牌高精度霍爾傳感器，檢測精度99%由于該逆變器方案中輸入/輸出電壓都進(jìn)行了相應(yīng)的提升，因此減少了逆變器內(nèi)部的“銅損”，同時(shí)配合采用最新一代的半導(dǎo)體功率器件及控制技術(shù)，實(shí)測新型的1MW光伏逆變器最大轉(zhuǎn)換效率達(dá)到99.08%，從而進(jìn)一步減少發(fā)電系統(tǒng)的損耗，提升發(fā)電收益。1、 輸入/輸出電壓等級相應(yīng)提升近40%,內(nèi)部導(dǎo)通損耗，即“銅損”相應(yīng)降低；2、 采用德國英飛凌最新一代低損耗IGBT半導(dǎo)體器件(EconoDUAL 3)，配合自主研發(fā)的經(jīng)最優(yōu)調(diào)校過的光伏專用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)IGBT損耗的最小化。同比業(yè)界其它逆變器品牌所采用的IGBT而言,IGBT半導(dǎo)體器件的損耗可降低約7%以上3、 采用高效、低損耗的分布式多段氣隙技術(shù)及有取向矽鋼片磁性元件設(shè)計(jì)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁性元件損耗的最小化；4、 優(yōu)化SVPWM 控制發(fā)波技術(shù)，進(jìn)一步降低IGBT功率器件開關(guān)損耗；5、 集多個(gè)先進(jìn)的節(jié)能控制理念于一身：（4）可配置的雙模組工作模式: 輕載情況下一組功率單元關(guān)閉, 減小”固有”損耗所占比例, 可有效提升輕載情況下系統(tǒng)效率.經(jīng)實(shí)際測量,啟用雙模組工作模式,歐洲效率可提高約0.2%.（5）專利交流風(fēng)扇智能調(diào)速功能: 通過分布在機(jī)器內(nèi)部的25個(gè)獨(dú)立溫度檢測探頭,監(jiān)控逆變器每個(gè)關(guān)鍵部件的溫度狀況,進(jìn)而通過交流風(fēng)扇調(diào)速電路,控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)發(fā)熱量與通風(fēng)量的最優(yōu)匹配,實(shí)現(xiàn)最大限度的節(jié)能;（6）無電站環(huán)境風(fēng)扇整體散熱設(shè)計(jì):通過整體的逆變器散熱風(fēng)道設(shè)計(jì)，配合逆變器內(nèi)部配置的德國EBM高風(fēng)壓大功率交流散熱風(fēng)機(jī)，上能MW光伏逆變系統(tǒng)無需配置逆變器室內(nèi)的環(huán)境散熱風(fēng)機(jī)，從而進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本，及系統(tǒng)運(yùn)行自耗電;（7）無損直流母線放電技術(shù):實(shí)現(xiàn)直流母線電容安全放電電路的可控制,進(jìn)一步降低系統(tǒng)能耗。4）集散式1MW逆變方案可進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本。采用雙繞組升壓變壓器替代雙分裂變壓器，降低系統(tǒng)成本約2分錢/瓦：集散式1MW逆變方案，輸出可以直接接入通用的1MW雙繞組升壓變壓器，1MW雙繞組升壓變壓器不僅技術(shù)更加成熟，而且成本也會(huì)較1MW雙繞組升壓變壓器降低10左右，約2分錢/瓦。雙分裂變壓器系統(tǒng)方案與雙繞組變壓器系統(tǒng)方案集散式1MW逆變方案可以大幅節(jié)省輸入/輸出電纜成本：集散式逆變方案將輸入直流電壓由傳統(tǒng)的500VDC左右的直流電壓提升到穩(wěn)定的800VDC的高壓，同等功率下電流下降37以上，因此對于同樣電纜損耗的電站設(shè)計(jì)而言，則輸入直流電纜的成本可以節(jié)省約37。同樣對于交流輸出而言，集散式逆變方案的交流輸出電壓也由傳統(tǒng)的315VAC電壓，提升到500VAC, 同等功率下電流下降33以上，因此對于同樣電纜損耗的電站設(shè)計(jì)，則輸出交流電纜的成本可以節(jié)省約33。綜上所述，采用集散式逆變方案，電站電纜成本將有大幅降低，考慮同等線纜損耗的設(shè)計(jì)，電纜成本可以降低約5分錢。更小體積，節(jié)約占地面積，降低建設(shè)成本： 集成直流輸入配電柜功能； 可選集成智能通訊管理機(jī)功能 1MW逆變器系統(tǒng)體積為24008002060mm，較行業(yè)平均水平總體積降低近50，將進(jìn)一步節(jié)省電站的建設(shè)成本； 采用預(yù)裝式電站方式，箱體體積大大降低，降低運(yùn)輸、安裝成本； 由于逆變器系統(tǒng)體積減少，電站建設(shè)成本將有14分錢左右的節(jié)省。集散式1MW逆變方案，電站建設(shè)成本將下降35分/瓦：其中采用智能MPPT匯流箱，成本略有增加，但在升壓變壓器、交直流電纜、土建房、直流配電柜上成本都會(huì)降低。從而系統(tǒng)成本相應(yīng)降低。1.2 產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理1、智能MPPT匯流箱EJB-16-M4型智能匯流箱具備4路MPPT尋優(yōu)功能；內(nèi)部采用軟開關(guān)Boost電路提升PV輸出電壓， 此設(shè)計(jì)方案相對于傳統(tǒng)的匯流箱+逆變器，基本設(shè)計(jì)思想為：p 采用Boost電路作MPPT尋優(yōu)，1MW系統(tǒng)多達(dá)48路MPPT，更高的電池板利用率 p Boost電路采用軟開關(guān)技術(shù)，變換效率高p 匯流箱到逆變器直流電壓提升到750820V，減小線纜損耗，減少線纜成本p 電池板電壓工作范圍從傳統(tǒng)方案的450V820V拓寬到250V850V，從而更為有效的利用各種氣象條件下的電量收集 p 每個(gè)組串搭載專利的智能電子開關(guān)，并具備直流側(cè)主動(dòng)斷開保護(hù)，發(fā)生異常時(shí)可靠分?jǐn)鄍 輸出斷路器搭載專利的主動(dòng)斷路保護(hù)技術(shù)，檢測到異常后由控制系統(tǒng)發(fā)出指令實(shí)現(xiàn)輸出斷路器快速斷開p 每個(gè)輸入支路具備支路智能防反功能，檢測到支路反向電流倒灌時(shí)，一方面通過智能電子開關(guān)可靠分?jǐn)鄬?yīng)電池組串支路，同時(shí)通過每個(gè)功率單元配置的防反二極管，可以有效避免模塊故障后其它模塊的電流倒灌帶來的故障擴(kuò)大化。p 每個(gè)輸入支路具備都支路防雷模塊，避免雷電過電壓沖擊而設(shè)備損壞。p 自然冷散熱技術(shù)，電抗器采用鑄鋁型材包裹立體散熱方式，無裸露電纜，可靠性更高p 在具備傳統(tǒng)匯流箱監(jiān)控功能基礎(chǔ)上，基于強(qiáng)大的28335浮點(diǎn)運(yùn)算處理器，實(shí)現(xiàn)附加功能：組串性能，壽命分析，異常工況的檢測，保護(hù)等如下圖所示， EJB-16-M4型智能匯流箱包含16路PV支路輸入，經(jīng)升壓匯流后輸出750V-820V直流電到逆變器。 2、1MW集散式逆變器CP-1000型大功率并網(wǎng)型逆變器采用最新一代半導(dǎo)體功率變換器件，功能強(qiáng)大全數(shù)字控制平臺，使得該款太陽能逆變器無論在產(chǎn)品性能上，還是產(chǎn)品功能上都達(dá)到業(yè)界領(lǐng)先的水平。該系列產(chǎn)品主要特點(diǎn)如下：l具備完全自主知識產(chǎn)權(quán)，適合中國市場應(yīng)用；l采用工業(yè)化設(shè)計(jì)理念，適應(yīng)惡劣運(yùn)行環(huán)境要求；l基于雙DSP數(shù)字化平臺，具備冗余控制功能；l先進(jìn)的控制算法，系統(tǒng)工作具備寬適應(yīng)性與高穩(wěn)定性；l高電能質(zhì)量與高系統(tǒng)效率，對電網(wǎng)綠色無“污染”；l具備完善的通訊接口