光伏并網逆變器在光伏電站中的應用及其維護

王熊祥

國家電投集團江蘇新能源有限公司，江蘇 鹽城 224000

0 引言

太陽能發電可以起到保護環境的作用，因此逐漸受到關注，其具有廣闊的應用前景。光伏發電系統主要由光伏組件（方陣）、并網逆變裝置組成[1]。光伏組件（方陣）將太陽能轉化為直流電能，通過并網逆變電源將直流電能轉化為與電網同頻同相的交流電能饋入電網。文章主要以某光伏電站為例，就光伏并網逆變器的工作原理、應用等展開分析。

1 項目概況

國家電網某光伏電站采用分布式安裝結構，設計容量為8.4 MW，其中逆變器采用的是廈門某公司生產的SPI500K-B型8臺、SPI630K-B型6臺，共計14臺，分為7個逆變房安裝，主要由直流配電柜、光伏并網逆變器、散熱通風系統、戶外機柜及其他附屬設備系統集成。

2 光伏并網逆變器的工作原理和散熱系統

2.1 工作原理

光伏組件產生的電能先經過防雷器與直流濾波器。防雷器吸收直流側浪涌電壓，直流濾波器抑制高頻信號傳導干擾，由電容儲能來保持直流電壓穩定，三相全橋逆變單元將直流電轉換成與電網同頻率、同相位的交流電，經過濾波器濾波產生正弦波交流電，再經由交流濾波器抑制高頻信號傳導干擾，然后根據實際應用選擇合適的變壓器將電能饋送至電網，如圖1所示。

圖1 逆變系統工作原理圖

2.2 散熱系統

由于逆變器在運行過程中會產生大量熱量，逆變器主機采用強制風冷，其熱量通過設備頂部的專用散熱風道排至逆變房外。逆變房內部產生的熱量由逆變房內部獨立散熱風機抽出逆變房外部。內部獨立散熱風機采用溫度控制，即當逆變房內部溫度達到一定極限時，風機才會啟動（可設置初始啟動溫度為40 ℃，也可以設置手動開啟風機）。

（1）進風口防護。逆變房設置超大面積進風口。在進風口處，逆變房內部有兩層防護層，外層為防風沙結構百葉，主要用于防止沙石或沙粒及老鼠等小動物進入；里層為過濾棉防塵網，主要用于防止其他顆粒及粉塵進入逆變房內部。進風口防護網可拆卸，需要定期清洗或者更換。

（2）出風口防護。逆變房共有2個主機出風口，均安裝有防護罩，防護罩下方裝有防沙塵過濾網，可有效防止雨水、風沙等對逆變房散熱風道的排風影響。

3 光伏并網逆變器在光伏電站的應用

逆變器在光伏電站中可實現無人監控、自動運行的功能。系統可根據光伏陣列輸出功率來判斷是否進行并網發電。系統運行過程包含啟動、并網發電、待機、正常停機及故障處理5種工作狀態。逆變器工作模式轉換圖如圖2所示，其中，Upv為光伏陣列直流輸出電壓，Ipv為光伏陣列直流輸出電流。

圖2 逆變器工作模式轉換圖

（1）逆變器啟動。啟動是指從停機模式至并網發電模式的準備階段。在此模式下，并網逆變器不斷地檢測光伏組件是否具有足夠的能量進行并網發電，即當光伏組件的開路電壓達到520 V時，光伏并網逆變器從啟動狀態轉入并網發電狀態。

（2）并網發電。并網發電模式是指并網逆變器將光伏陣列的直流電逆變成交流電并入電網。為了盡可能地輸出最大功率，系統采用最大功率點跟蹤（MPPT）控制方式，即必須保證系統不在任何日照及溫度條件下，始終能保證其太陽能電池陣列輸出處于最大[2]。

（3）逆變器待機。待機是指太陽電池陣列輸出的電壓達到一定值，同時電網電壓、頻率等參數均在正常允許范圍內，并網接觸器處于吸合狀態，但光伏陣列輸出能量又不足以持續并網發電。在此模式下，并網逆變器每5 min進行并網發電，當檢測到光伏陣列有足夠的能量滿足持續并網發電條件時，并網逆變器就保持并網發電狀態。

（4）正常停機。當光照強度降低時，陣列輸出功率也隨之降低。當陣列功率較低時，裝置首先進入待機模式。當光伏陣列開路電壓持續5 min低于停機電壓時，網側接觸器斷開而脫離電網。若在手動模式下按下停止鍵而停機，則需點擊運行鍵重新并網。

（5）逆變器故障。當系統檢測到故障時，如果系統正處于并網發電狀態則立即停止并網發電，并與電網脫開。在此狀態下，報警燈點亮、蜂鳴器發出響聲、液晶顯示屏顯示當前故障，值班人員可根據當前顯示故障與故障處理表進行處理。發生故障5 min后系統自動檢測是否滿足并網發電條件，如果條件符合，則逆變器重新并網發電，否則保持故障狀態直至系統恢復正常.

（6）逆變器運行及檢查。①逆變器運行。正常工作中，必須保證逆變器風機運行正常，室內通風良好；逆變器正常運行時運維人員不得擅自更改逆變器的任何參數；逆變器停機20 min以上方可打開柜門工作；工作人員應對逆變器設備及逆變器室濾網進行定期清掃工作，以確保逆變器散熱良好；逆變器運行中應無異聲、異味、異常振動、電氣運行參數正常，與監控系統通信正常，輸出功率正常；新裝逆變器投運時、交直流開關更換后、二次回路變動、重要部件更換后等必須做逆變器緊急停機試驗；逆變器運行中嚴禁開啟前后柜門和拆除防護網。②逆變器巡回檢查。工作人員要檢查逆變器的外觀正常、表面無積灰、鎖具完好、標識標號完整、防塵網清潔、無破損；檢查逆變器各指示燈工作正常，無故障信號，參數正確、保護功能投入正確；檢查逆變器無異聲、無異味、無異常溫度上升；檢查逆變器交直流側電纜無老化、發熱、放電跡象；檢查逆變器交直流側開關位置正確，無發熱現象；檢查逆變器室環境溫度在正常范圍內，通風系統正常；檢查逆變器通信正常，所送“四遙”信息正確。

4 光伏并網逆變器的維護

維護可以使逆變器能夠進行最佳運行的關鍵，確保設備有較長的使用壽命。其包括預防性維護和補救性維護。

4.1 預防性維護

預防性維護包括經常執行的一些程序，這些程序用于預防電源系統發生故障以及能夠得到最大運行效率。為了提高逆變器系統操作的效率和可靠性，應定期（每3個月）完成預防維護操作：保持環境衛生，避免對逆變器造成灰塵或化學污染；定期檢查一次輸入、輸出電纜的接線端子，仔細查看測量接觸是否良好；定期檢查風扇的工作狀態，防止雜物堵住出風口，如有損壞，應及時更換；定期檢查逆變器的工作狀態[3]。

4.2 補救性維護

逆變器一旦發生故障，故障燈將點亮，蜂鳴器發出警報聲，觸摸屏顯示當前故障，同時并網逆變器將會停機。處理方案如下：①當逆變器因IGBT模塊過溫而停機時，首先對IGBT模板進行降溫處理，檢查散熱器冷卻風扇是否正常工作，風機、風道、工作電源及測溫電路，無明顯異常，待IGBT模溫度降低后可恢復并網；②通信發生故障時，會造成液晶與DSP通信發生中斷，此時需要等待10 min后，觀察通信是否正常，再檢查RS485通信連接線是否可靠連接，有無出現松動、損壞等現象；③當軟啟動故障時，基本判斷為輸出緩沖出現問題，需先檢查緩沖線路是否有松動，緩沖電阻、輸出保險絲是否正常，如果這種情況發生較頻繁，則需聯系供應商進行保修（維修）處理。

5 結束語

綜上所述，通過對光伏并網逆變器的工作原理及系統的分析，將光伏并網逆變器應用在光伏電站上，可以實現無人監控、自動運行的功能。光伏并網逆變器對光伏電站的發電效率影響較大，起著至關重要的作用。為了保證光伏發電站可以安全、可靠運行，有必要對光伏并網逆變器進行維護工作，預防性維護和補救性維護光伏并網逆變器可以有效利用光伏并網逆變器的有效運行，為新能源光伏發電的持續發展奠定基礎。