智能化光伏逆变-升压预装式变电站的开发

韩善楚

摘要：目前，国家对新能源技术的发展十分重视，支持政策不断，我国的光伏电站数量急剧增多。智能化光伏逆变-升压预装式变电站的开发已经成为发展的趋势，基于此，本文从国内外现状水平和发展趋势入手，主要对相关问题进行研究，以供参考。

关键词：智能化;光伏逆变-升压预装式;变电站;开发

一、国内外现状水平和发展趋势

随着世界人口的增长和工业化水平的不断提高，能源的消耗越来越大，传统发电能源如煤炭、石油越来越紧缺，带来的环境污染、全球变暖等问题，越来越严重。为了使人类、资源和环境协调发展，国家大力提倡节能减排，鼓励开发利用新型可再生能源发电是解决上述问题的关键。其中太阳能光伏发电被世界认为是最具有技术含量和发展前景的发电技术之一。目前太阳能光伏发电站所用光伏逆变器、升压变压器、测控装置是其重要组成的核心部件，光伏逆变器实现从太阳能光伏电池板产生的直流电汇流后，逆变成交流电的转换，升压变压器是实现电能升压传输和利用，测控装置是实现系统的管理、监测、控制等。

目前，光伏发电使用的升压预装式变电站和太阳能光伏发电逆变器柜是两个独立的配电设备，并且是分开安装的。这样现场需要两个土建基础，会使施工难度加大、成本增加、设备间现场连接工作加大、占地面积增大等。为节约土地资源、节约成本，对目前这种现象进行改进，很有必要，其发展的趋势应该为：紧凑、安全、智能。

二、智能化光伏逆变-升压预装式变电站的开发

智能化光伏逆变-升压预装式变电站是一种将低压进线单元、光伏发电逆变器单元、低压测控单元、UPS控制电源单元、升压变压器单元、高压并网出线单元等，集成在一个外壳内而成的太阳能光伏发电系统中一种重要的配电设备。

高压并网出线单元部分采用模块化负荷开关环网柜，柜体采用标准化型材结构，负荷开关采用真空负荷开关+熔断器组合电器，对应不同升压变压器容量时，只要更改不同电流等级的高压熔断器即可。负荷开关采用手动/电动操作方式，可以实现远动操作。当变压器或负载回路发生长期过载或短路等故障时，高压熔断器可以迅速熔断，并在熔断器撞击器的带动下，分断负荷开关。负荷开关分闸时，有明显的分断点，在不影响其他光伏变电站正常发电的情况下，可以更换高压熔断器。

为配套光伏发电逆变器（正常逆变器的容量500kW或630kW），我们在智能化光伏逆变-升压预装式变电站中，升压变压器采用低损耗、抗突发短路能力强，且低压线圈为双分裂绕组结构形式的变压器。升压变压器可以是干式、也可以是油浸式变压器。低压侧双分裂绕组结构，低压双分裂绕组可以并联运行，也可以单独运行，实现了两台逆变器之间的电气隔离。这不但减小了两支路间的电磁干扰及环流影响，并且两台逆变器的交流输出分别经变压器滤波，输出电流谐波小，提高了输出的电能质量。并且当一个支路发生短路时，除能有效地限制短路电流外，还能使另一支路电压保持一定水平，不致影响用户的运行。并且可以与逆变器的容量完美配合，降低了成本，提高了性价比。

UPS控制电源单元可以提供不间断控制电源，为本设备的智能化控制，提供了电源保障。低压测控单元可以实现“无人值班”的运行管理方式，可以实现遥测、遥信、遥控、遥调“四遥”功能。从而可以实现主母线的电压、低压主回路的电流、有功/无功功率、干式变压器线圈温度、油浸式变压器的油温、油位、压力释放、预装式变电站内环境温度的实时在线监测，高/低压开关的分合闸、逆变器的并网与分离等的远程控制，高/低开关分合闸状态、预装式变电站门禁状态等远程通信，都通过智能测控装置的RS485接口，传输到光伏电站的后台，进行实时监控。通过UPS提供不间断控制电源，以保证测控装置记录的数据不丢失而得以长期保存。

为实施各功能单元的模块化、标准化设计生产，我们将光伏逆变器的容量设定为两种标准容量：500、630kW。这样，对应不同电压等级10kV、35kV的公共电网，可以形成两类干式变压器和油浸式变压器，各有4个容量的标准方案：1.升压变压器低压侧单绕组，变压器容量为500kVA;2.升压变压器低压侧单绕组，变压器容量为630kVA;3.升压变压器低压侧双分裂，变压器容量为1000kVA;4.升压变压器低压侧双分裂，变压器容量为1250kVA。

本逆变器采用标准化容量为500/630kW，最大输入工作电压为DC1000V，可根据需要输出AC315、360等电压等级。逆变器的控制系统应采用高性能的微处理器，可实现反馈信号的处理和AD转换、DC/DC变换器和PWM逆变器控制脉冲的调节等功能。控制系统能稳定的实现最大功率点跟踪的控制，以确保逆变器获得最大的功率输入。逆变器的通讯装置，采用RS485通讯接口，通讯规范为Modbus，并可以连续存储一个月以上的逆变器所有的运行数据和所有的故障记录。逆变器柜体采用统一标准尺寸，方便模块化生产和快速组装。

三、智能化光伏逆变-升压预装式变电站的实施

智能化光伏逆变-升压预装式变电站的结构组成如下图虚线部分：

从上图虚线部分可以看出，本产品是将逆变器、升压并网配电装置、数据采集、监控管理等集成在一起。其与常规将这些分开生产（无虚线）和安装相比，减少占地面积，缩短生产周期、便于集中管理、方便现场安装。

目前常规光伏发电站主要由光伏发电逆变器部分和升压并网配电部分两部分组成，这是相对独立的两个部分，分别为户外逆变器柜和光伏箱式变电站，电气一次方案图如下图。

智能化光伏逆变-升压预装式变电站的电气一次方案图如下图所示。

从上面两个电气一次方案图中可以看出，智能化光伏逆变-升压预装式变电站，在低压侧逆变器与变压器之间，取消了光伏箱式变电站中原有的低压断路器，采用与逆变器保护断路器合二为一的方式。这样，在不降低性能且满足原有功能的情况下，降低了成本，缩小了体积。

四、產品发展前景

智能化光伏逆变-升压预装式变电站由于采用了标准化、模块化设计生产，不仅提高了产品性能，还减小了体积，节省了材料，降低了投资成本。使其具有体积小、安装快捷、操作方便、安全性能好、自动化程度高等优点，使光伏发电系统中的逆变和升压配电核心部分，提高了一个新台阶，发展前景广阔。

结束语

综上所述，太阳能光伏发电已经被世界认为是最具有技术含量和发展前景的发电技术之一。智能化光伏逆变-升压预装式变电站的发展，不仅可以节约土地资源，还可以有效的节约成本。相关人员还要加大对其研发，使其发展为更安全、更智能化。

参考文献

[1]韩晓沛.光伏电站智能运维与建设解析[J].电子世界.2018（14）

[2]许彬.西藏（高海拔）光伏电站运维研究及应用[J].能源研究与管理.2018（04）