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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jī)容量持續(xù)增加，對促進(jìn)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(jìn)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(jìn)社會經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yùn)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(dá)到PAL制每秒25幀，NTSC制每秒30幀。滿足標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)風(fēng)沙地區(qū)運(yùn)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(dāng)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(fù)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(jìn)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(yùn)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(fù)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(yùn)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(dá)到檢測電路的效果。但是此種檢測方法要求每一路獨(dú)立的太陽能電池組串均要進(jìn)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(yùn)行成本比較高。另外，現(xiàn)在所經(jīng)驗的檢測方法，對多路獨(dú)立電池接入的反接保護(hù)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(jìn)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(dá)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(kuò)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(fù)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(fù)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(dú)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(dú)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(fèi)。

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(jìn)行有效預(yù)防。即通過對光伏電池組串端口電壓進(jìn)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(fù)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(jìn)行設(shè)計研究，對進(jìn)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(yùn)行的可靠性與安全性，實現(xiàn)高效并網(wǎng)，真正達(dá)到節(jié)能環(huán)保發(fā)展的目的。

參考文獻(xiàn)：

[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(yùn)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(jī)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(jī)組智能控制系統(tǒng)的研究[D].東華大學(xué)，2011.