光伏并網(wǎng)逆變器的案例
光伏并網(wǎng)逆變器
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光伏逆變器交流過壓問題怎么解決？
現(xiàn)在光伏并網(wǎng)發(fā)電越來越普及，尋常的百姓家也能實時見到光伏電站的身影了。然而，對老百姓來講，對光伏并網(wǎng)系統(tǒng)尤其是并網(wǎng)逆變器仍然沒有像對電視冰箱那樣的熟悉就，甚至連一些安裝公司的技術(shù)人員都還不能做到對逆變器常見故障的果斷迅速排查。
因此，當(dāng)逆變器反饋出一些系統(tǒng)故障信息時，大家就會顯得束手無策了。因此了解解決逆變器故障的小竅門，是確保逆變器正常工作的重要條件。
從原理上來講，光伏逆變器自身是不會產(chǎn)生電壓的，逆變器顯示的電壓一部分來自光伏組件，叫做直流電壓，另一部分來自電網(wǎng)叫做交流電壓。如果 “并網(wǎng)逆變器顯示交流過壓問題”時該怎么處理。
根據(jù)相關(guān)規(guī)定，光伏并網(wǎng)逆變器必須在規(guī)定的電網(wǎng)電壓范圍內(nèi)工作，能夠?qū)崟r監(jiān)測且與電網(wǎng)電壓同步，當(dāng)逆變器檢測到電網(wǎng)電壓(交流電壓)超出規(guī)定的范圍時，那逆變器就必須跳脫停止工作，為的是確保設(shè)備安全及保護操作人員的人身安全。
根據(jù)多年來的“臨床經(jīng)驗”，當(dāng)逆變器出現(xiàn)交流過壓時無非以下三種情況：
情況一：并網(wǎng)距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致電壓抬高
并網(wǎng)逆變器到電網(wǎng)并網(wǎng)點距離太遠(yuǎn)，會導(dǎo)致逆變器交流端子側(cè)的電壓差增大，超過逆變器規(guī)定并網(wǎng)電壓范圍時，逆變器就會顯示電網(wǎng)過壓。另外，逆變器到并網(wǎng)點所使用的線纜太長、太細(xì)、出現(xiàn)纏繞或者材質(zhì)不合規(guī)等情況，都會導(dǎo)致逆變器交流端電壓差增大，因此線纜選擇與合理布局使用就特別重要。
針對這種情況首先要排查并網(wǎng)距離是否過長，最好能選擇就近并網(wǎng)的方案;其次檢查線纜分布及線纜質(zhì)量，選擇合理布線方式及合格交流電纜。
情況二：多臺逆變器集中一個接入點
國內(nèi)光伏發(fā)電其實興起時間并不長，供電局在選擇逆變器并網(wǎng)時經(jīng)驗不是很多，而且有時候會顯得不專業(yè)或者欠考慮。經(jīng)常出現(xiàn)的情況就是，將多臺單相逆變器接到同一相上，這樣就很容易導(dǎo)致電網(wǎng)電壓不平衡，而且電網(wǎng)電壓抬高，自然造成并網(wǎng)電壓過高。
展開 應(yīng)用 | Icepak應(yīng)用于光伏箱式逆變器的散熱分析
根據(jù)光伏箱式逆變器的輸入條件及指標(biāo)要求，確定側(cè)面與底部進風(fēng)、上出風(fēng)的通風(fēng)散熱方案，運用CFD仿真軟件ansys icepak對集裝箱在某地區(qū)夏季的最高氣溫等特定條件下的流場、溫度場仿真分析。通過分析流場、溫度，集裝箱方案設(shè)計滿足系統(tǒng)使用要求，并且從中摸索出一些關(guān)于風(fēng)道、風(fēng)機的設(shè)計依據(jù)。
光伏箱式逆變器是將光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)所需的交直流配電、逆變和監(jiān)控通訊等設(shè)備集中安裝在一個特種封閉集裝箱內(nèi)，完成光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)控制、數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程傳輸功能的裝置。光伏箱式逆變器因其成本低、安裝調(diào)試簡單、外形美觀、適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境能力強而廣泛應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
光伏并網(wǎng)逆變器中發(fā)揮重要作用的主功率模塊
IGBT的熱耗是最大的，約10﹪的有功功率轉(zhuǎn)化為耗散功率，尤其是在集裝箱內(nèi)這種多臺設(shè)備緊湊布置且空間相對狹小的環(huán)境中這部分熱量會使
IGBT模塊中的二極管芯結(jié)溫升高，系統(tǒng)可靠性降低，甚至導(dǎo)致設(shè)備停機或燒毀。因此應(yīng)對集裝箱及逆變器采取良好的通風(fēng)散熱措施，即使是在西北夏季最高氣溫下也能使集裝箱內(nèi)溫度保持在適宜的范圍內(nèi)。
1、理論基礎(chǔ)及仿真
集裝箱內(nèi)逆變器、直流柜、通訊柜采用雙排布置模式，配電箱壁掛在集裝箱墻壁上，集裝箱采用底進風(fēng)上出風(fēng)的強制風(fēng)冷散熱模式。
光伏箱式逆變器的物理模型參數(shù)說明如下：
1）環(huán)境溫度為某地區(qū)七月份最高氣溫45℃，大氣壓909hPa，氣流狀態(tài)為紊流，系統(tǒng)求解的迭代次數(shù)為200次。
2）集裝箱尺寸為長4000mm×寬2700mm×高 2896 mm，逆變器 IGBT模塊360mm×215mm×152 mm，電抗器652mm×658mm×400mm。由于功耗器件集成度較高，且主要熱源IGBT熱耗分布較均勻，工程仿真熱模型采用均勻體積熱源等效實際熱源。
展開 光伏逆變器散熱原理分析
在夏天運行的逆變器，外殼溫度比較高觸碰會有燙手的感覺。那么逆變器外殼是熱好還是不熱好？以及為什么外殼會有燙手的感覺？下面就針對這個兩問題結(jié)合逆變器散熱來做一些分析和解答。
一、常見金屬導(dǎo)熱系數(shù)及散熱器材料選擇
銀導(dǎo)熱性最好，銅、金次之，然后是鋁，而散熱器通常用鋁來制作主要因為：相較于金、銀、銅而言，鋁的重量輕、價格便宜而且耐腐蝕、利用加工設(shè)備可以制成各種復(fù)雜的形狀，能滿足電子電力行業(yè)對散熱器的諸多要求，因此被認(rèn)為是制作散熱器的最佳材料。
二、熱傳導(dǎo)和熱均衡
逆變器中的元器件都有其額定工作溫度，如果逆變器散熱性能差，隨著逆變器持續(xù)工作，元器件的熱量傳遞不到外界，其溫度就會越來越高。溫度過高會降低元器件性能和壽命，為了保持逆變器內(nèi)部元器件工作溫度在額定溫度范圍內(nèi)，保證其效能和使用壽命，就需要導(dǎo)熱材料把逆變器內(nèi)部熱量傳遞出來。
從熱傳導(dǎo)角度來講，逆變器內(nèi)外溫度越均衡，即內(nèi)部發(fā)熱元器件和散熱器、外殼溫度越接近，其熱能傳導(dǎo)性越好。如果逆變器外冷內(nèi)熱，意味著逆變器散熱性能不優(yōu)。
這就類似保溫杯與普通水杯的關(guān)系。裝有相同溫度熱水的杯子，普通杯比保溫杯散熱快，杯壁也比保溫杯杯壁燙。這是因為保溫杯內(nèi)外壁之間為真空，無導(dǎo)熱介質(zhì)，因此外壁溫度低，內(nèi)部熱量散不出去，達(dá)到保溫效果；普通杯的杯壁為單層，能較好的傳遞內(nèi)部熱量，因此外壁發(fā)燙但降溫比保溫杯更快。
逆變器的散熱原理與單層杯散熱原理類似，能將逆變器內(nèi)部元器件的熱量快速地傳遞出來，達(dá)到迅速降低逆變器內(nèi)部元器件溫度的目的，逆變器提高工作和使用壽命。
由上可知良好的散熱性能對于逆變器十分重要，下面就具體講解逆變器發(fā)熱和散熱的基本原理。
三、逆變器散熱和散熱設(shè)計
1、電路中，有源元器件只要通上電流就會有熱量產(chǎn)生。
展開 
基于Flotherm分析的光伏逆變器的散熱設(shè)計
本文涉及的IGBT散熱器優(yōu)化方案就是通過Command Center模塊實現(xiàn)的。
以上介紹了Flotherm的仿真原理，對于一個實際換熱問題， 借助flotherm實現(xiàn)仿真的前提需獲取物理模型參數(shù)，例如模型外形尺寸，關(guān)鍵器件尺寸，熱耗分布，接觸熱阻，材料屬性等等。
2.1 物理模型
下面對小功率光伏逆變器的物理模型參數(shù)作如下說明：
（1）邊界條件：環(huán)境溫度為60℃，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。氣流狀態(tài)為紊流，系統(tǒng)求解域定義為箱體體積的36倍。系統(tǒng)求解的迭代次數(shù)設(shè)為500次。
（2）主要尺寸參數(shù)：機箱的幾何尺寸為750×540×380mm，IGBT模塊熱源尺寸31.5×68.4×10mm，電抗器的尺寸為71×71×25mm。
（3）材料參數(shù)：本系統(tǒng)共涉及五種材料Steel（Mild），Copper（Pure），Aluminum-6061，Silicon Carbide（Typical），Typical ChipArray。其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示：
圖1 小功率光伏逆變器結(jié)構(gòu)模型
小功率光伏逆變器主要由直流輸入模塊、升壓模塊、逆變模塊和交流輸出模塊組成。主要熱耗點分布于圖1所示的升壓和逆變PCB下端的A、B、C、D、E五個IGBT模塊以及位于機箱背部編號為1~7的七個電感。箱體中各單板或模塊上所有功耗器件的型號、熱耗、最大殼溫等參數(shù)見表1。
表1 關(guān)鍵功耗器件熱參數(shù)
關(guān)鍵功耗器件
熱耗（W）
允許Tcmax（℃）殼溫
M._A~M._C
108W
135℃
M._D~M.
展開 RS瑞森半導(dǎo)體碳化硅二極管在光伏逆變器的應(yīng)用
主要性能：
極小的反向恢復(fù)電荷可降低開關(guān)損耗；
出色的熱管理可降低冷卻要求；
Vce(sat)正溫度系數(shù)易并聯(lián)；
低VF，高浪涌電流耐量；
符合軍工民用考核標(biāo)準(zhǔn)：GJB 7400-2011，器件參數(shù)一致性較好;
三、碳化硅在光伏逆變器的應(yīng)用
碳化硅(SiC)是一種非常適合電力應(yīng)用的半導(dǎo)體，這主要歸功于它能夠承受高電壓，比硅可使用的電壓高十倍?；谔蓟璧陌雽?dǎo)體具有更高的熱導(dǎo)率、更高的電子遷移率和更低的功率損耗；從而碳化硅(SiC)二極管已經(jīng)進入迅速擴張的太陽能逆變器市場，尤其是在歐洲已經(jīng)意識到了太陽能的優(yōu)點，正在推動商業(yè)和個人使用太陽能，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)，為了最大限度利用太陽能，用碳化硅二極管的光伏逆變器更加具有較高的效率和可靠性。
展開 基于ICEPAK熱仿真的光伏逆變器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
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[ 摘 要 ] 本文以獲得最優(yōu)的整機結(jié)構(gòu)布局為目標(biāo)，采用ICEPAK軟件對若干型號的光伏逆變器進行了熱設(shè)計。首先介紹了相變導(dǎo)熱墊片在光伏逆變器散熱方案中的應(yīng)用，根據(jù)熱仿真結(jié)果證實了比原始方案“陶瓷墊片”具有更好的工藝性和價格優(yōu)勢、更小的溫升。接著利用ICEPAK出色的溫度/流體場解算能力，闡述了如何利用熱仿真結(jié)果輔助某型三相光伏逆變器調(diào)整機械設(shè)計，最終達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程。
[ 關(guān)鍵詞 ] 相變 熱仿真 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
1. 前言
機械設(shè)計是光伏逆變器整機研發(fā)的重要內(nèi)容，而光伏逆變器本身的結(jié)構(gòu)特點決定了大部分機械件的總體尺寸、空間布局、形狀暨材質(zhì)選擇又取決于整機熱設(shè)計。傳統(tǒng)的熱設(shè)計方法有解析法和實驗法。由于在實際產(chǎn)品中熱傳輸途徑非常復(fù)雜，解析法通常僅具有理論上的指導(dǎo)意義而難以滿足工程實際需求。實驗法雖然具有準(zhǔn)確度高的優(yōu)點，但是卻有耗時長、成本高及難以探測系統(tǒng)內(nèi)部溫度等缺點。而基于流體力學(xué)、傳熱學(xué)、數(shù)值分析的現(xiàn)代熱仿真技術(shù)是一種高技術(shù)、高速度、低成本的方法，它對優(yōu)化光伏逆變器的熱設(shè)計、為機械設(shè)計提供合理方向具有重要指導(dǎo)意義。隨著商用數(shù)值仿真軟件的完善，熱仿真技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。本文通過產(chǎn)品實例，介紹了利用行業(yè)領(lǐng)先的Icepak軟件熱仿真來指導(dǎo)光伏逆變器結(jié)構(gòu)優(yōu)化。仿真結(jié)果都經(jīng)過實際產(chǎn)品的實驗驗證，誤差均較小，表明Icepak具有較高的工程實用價值。
2. 相變導(dǎo)熱墊片的應(yīng)用
某型單相組串光伏逆變器早期散熱方案如圖1，熱源為BOOST側(cè)晶體管和逆變側(cè)晶體管，晶體管與散熱器間為2mm厚陶瓷墊片。為獲得更好的導(dǎo)熱效果，陶瓷墊片兩個底面要預(yù)先涂導(dǎo)熱膏。在安裝時為定位各陶瓷墊片，又需要事先將2個“陶瓷墊片定位塑料框(圖2)”固定在散熱器上。
展開 分布式光伏電站整體配套解決方案
（4）并網(wǎng)箱
主要由箱體、電源開關(guān)、并網(wǎng)接觸器、保護裝置、監(jiān)控裝置以及通信設(shè)備等組成。是供光伏電站直接向電網(wǎng)饋電之用的電氣設(shè)備，是光伏發(fā)電系統(tǒng)中重要的組成部分。主要功能為將光伏電站產(chǎn)生的電能進行整流、變流、濾波等處理，并將其直接投入到電網(wǎng)中。同時，光伏電路并網(wǎng)箱還能進行功率調(diào)節(jié)、保護裝置的設(shè)置以及電網(wǎng)監(jiān)控等功能。
（5）光伏支架
光伏支架是支撐光伏電站組件的骨骼，可以將光伏組件固定在屋頂、地面、水面等各種光伏電站應(yīng)用場景，可以使光伏電站穩(wěn)定運行25年時間。是由鋅鋁鎂材質(zhì)的U型鋼或C型鋼及支撐連接配件等組合而成，不僅可以輕易搬運和組裝，還具有易維護、使用壽命長、經(jīng)濟成本低等優(yōu)點，是光伏電站不可或缺的材料配件之一。
3.解決方案
以戶用光伏為例
（1）確定安裝容量
根據(jù)可用面積估算電站的容量，電站不能有建筑、樹木遮擋形成陰影。
（2）選擇并網(wǎng)模式
有自發(fā)自用、余電上網(wǎng)（發(fā)電自用，用不完的賣給電網(wǎng)，適合用電量較大的家庭）和全額上網(wǎng)（發(fā)的電全部賣給電網(wǎng)，適合農(nóng)村租賃市場）兩種模式，根據(jù)自身情況進行選擇。
（3）光伏組件選擇
根據(jù)項目需求、成本、轉(zhuǎn)換效率和可用面積等因素，選擇組件。
（4）逆變器選擇
需要綜合考慮所負(fù)載的電器最大的功率和每天的用電量，如果需要將光伏逆變器接入一個5千瓦的電器設(shè)備中，那么需要選擇功率大于5千瓦的逆變器。
（5）選擇并網(wǎng)配電箱
需要了解用戶所需，盡量采用國內(nèi)知名廠家的國產(chǎn)柜型。
（6）選擇交直流線纜
直流電纜要求：直流電纜一般選擇光伏認(rèn)證專用線纜，目前常用的是PV1-F1*4mm。光伏陣列到逆變器的直流電纜長度應(yīng)盡可能短，以減少線纜上的功率損耗。
展開 光伏電站是如何設(shè)計的？全面講解光伏系統(tǒng)設(shè)計過程
光伏電站是如何設(shè)計的？全面講解光伏系統(tǒng)設(shè)計過程
太陽能光伏發(fā)電是新能源和可再生能源的重要組成部分，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有發(fā)展前景的新能源技術(shù)，因而越來越受到人們的青睞。太陽能發(fā)電的利用通常有兩種方式，一種是將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的電力輸送到電網(wǎng)中供給其他負(fù)載使用，而在需要用電的時候則從電網(wǎng)中獲取電能，稱為并網(wǎng)發(fā)電方式。另一種是依靠蓄電池來進行能量存儲的所謂獨立發(fā)電方式，它主要用于因架設(shè)線路困難市電無法到達(dá)的場合，應(yīng)用十分廣泛。
一、光伏系統(tǒng)構(gòu)成
光伏發(fā)電系統(tǒng)是由太陽能電池方陣，蓄電池組，充放電控制器，逆變器，交流配電柜，太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。
二、光伏系統(tǒng)設(shè)計要點
三、光伏系統(tǒng)設(shè)計流程
1.資源調(diào)查
在進行光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計之前，首先需要對光照條件、氣象條件等進行詳細(xì)的調(diào)查，以確定建設(shè)地點的可行性。調(diào)查過程中需要了解區(qū)域的氣候狀況、陰影遮擋情況、土地用途、電網(wǎng)容量等因素，為后續(xù)的設(shè)計和制定方案提供依據(jù)。
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
在光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常重要的一步，其中包括光伏陣列、并網(wǎng)逆變器、匯流箱等組成部分的選型、布置，以及配電方案的制定等。需要考慮的因素包括系統(tǒng)整體功率、投資成本、電網(wǎng)接口能力、故障排除能力等多個方面。
3.組件選型
光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計中，組件的選型是關(guān)鍵的一步。需要根據(jù)系統(tǒng)功率、結(jié)構(gòu)布置、光照條件等多個因素，選擇合適的組件類型和規(guī)格。并且需要考慮到組件的性能、效率、壽命等因素，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
4.電氣設(shè)計
在電氣設(shè)計方面，需要對系統(tǒng)的電路圖、接線方案、保護及監(jiān)控措施等進行詳細(xì)的規(guī)劃。同時需要考慮到電網(wǎng)接口能力、并網(wǎng)保護等因素。
展開 戶用儲能逆變器深度解讀
直流耦合系統(tǒng)工作原理
資料來源：spiritenergy，海通證券研究所
混合型光伏+儲能系統(tǒng)
資料來源：固德威光伏社區(qū)，海通證券研究所
混合逆變器集成了離并網(wǎng)功能，提高了充電效率。并網(wǎng)逆變器出于安全考慮，會在停電期間自動關(guān)閉太陽能電池板系統(tǒng)的電源。而混合逆變器能讓用戶同時擁有離網(wǎng)和并網(wǎng)功能，因此即使在停電期間也可以使用電力?；旌?em>逆變器簡化了能源監(jiān)控，可以通過逆變器面板或連接的智能設(shè)備檢查性能和能源生產(chǎn)等重要數(shù)據(jù)。如果系統(tǒng)有兩個逆變器，則必須分別監(jiān)控它們。DC 耦合降低了 AC-DC 轉(zhuǎn)換的損耗。電池充電效率約為 95-99%，而交流耦合則為 90%。
混合逆變器經(jīng)濟、緊湊、安裝簡單。安裝帶有直流耦合電池的新混合逆變器可能比將交流耦合電池改裝到現(xiàn)有系統(tǒng)更便宜，因為控制器比并網(wǎng)逆變器要便宜一些，切換開關(guān)比配電柜也要便宜一些，直流耦合方案還可以做成控制逆變一體機，設(shè)備成本和安裝成本都可以節(jié)省。尤其是對中小功率的離網(wǎng)系統(tǒng)來說，直流耦合系統(tǒng)極具成本效益?；炷婺K化程度高，新增組件和控制器很簡便，可以使用成本相對較低的直流太陽能控制器輕松添加額外的組件。且混合逆變器旨在隨時集成存儲，可以更輕松地添加電池組。混逆系統(tǒng)較為緊湊，使用高壓電池，電纜尺寸更小，損耗更低。
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