淺析組串式和集中式逆變器安全可靠性

摘要:光伏電站產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性直接影響投資人收益,在長(zhǎng)達(dá)25年的投資回報(bào)期內(nèi),降低產(chǎn)品故障、提高發(fā)電收益,是永恒不變的主題。目前國(guó)內(nèi)光伏電站質(zhì)量長(zhǎng)期可靠性隱患重重,逆變器作為光伏電站的核心發(fā)電單元,其安全可靠性更成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。文章從系統(tǒng)可靠性原理、逆變器失效率、可用度及可維護(hù)性幾方面

  摘要:光伏電站產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性直接影響投資人收益,在長(zhǎng)達(dá)25年的投資回報(bào)期內(nèi),降低產(chǎn)品故障、提高發(fā)電收益,是永恒不變的主題。目前國(guó)內(nèi)光伏電站質(zhì)量長(zhǎng)期可靠性隱患重重,逆變器作為光伏電站的核心發(fā)電單元,其安全可靠性更成為了大家關(guān)注的熱點(diǎn)。文章從系統(tǒng)可靠性原理、逆變器失效率、可用度及可維護(hù)性幾方面對(duì)比分析了集中式逆變器和組串式逆變器的安全可靠性。

  2014年的慕尼黑的intersolar論壇上,資深的光伏從業(yè)人士Manfred Bachler(曾是全球最大的EPC廠商Phoenix solar的首席技術(shù)官)提出了用組串式逆變器改造現(xiàn)存的集中式逆變器的方案,給出的結(jié)論是56年可以收回改造的成本,主要的原因是因?yàn)榧惺侥孀兤骶S護(hù)麻煩,可用性差,僅僅在可用度方面就比組串式逆變器差6%

  近日,行業(yè)內(nèi)對(duì)于組串式與集中式逆變器的故障率、可靠性眾說(shuō)紛紜。本文將從以下幾個(gè)角度詳細(xì)分析,拋磚引玉。

  1、系統(tǒng)可靠性基本原理差異

  組串式方案組件和逆變器直接相連,逆變器輸出通過(guò)升壓變接入電網(wǎng),輸變電鏈路設(shè)備少,直流線纜短,輸電主要以交流線纜為主;集中式方案主要設(shè)備有直流匯流箱、直流配電柜、逆變器以及升壓變,輸變電鏈路設(shè)備多,輸電線路直流線纜較多。筆者將從以下幾個(gè)方面分析系統(tǒng)方案可靠性原理差異。

  1.1直流和交流線路對(duì)系統(tǒng)安全性能的影響

  直流電特點(diǎn)是易產(chǎn)生拉弧故障且不易熄滅,存在無(wú)法撲滅的風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)橹灰泄庹,就?huì)有電流產(chǎn)生,危害性大;交流電由于存在過(guò)零點(diǎn),即使發(fā)生電弧故障,電弧也會(huì)在過(guò)零點(diǎn)處熄滅,危害性小。

  1.2系統(tǒng)故障響應(yīng)時(shí)間

  交流側(cè)出現(xiàn)短路故障時(shí),由于能量來(lái)自于電網(wǎng),能量足夠大,電氣保護(hù)設(shè)備可及時(shí)跳脫,切斷短路路徑,保護(hù)用電設(shè)備;直流側(cè)短路時(shí),由于故障電流小,且斷路器常有降額設(shè)計(jì),斷路器不能快速保護(hù),切斷短路路徑,其間可能出現(xiàn)絕緣老化、軟化,進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)。

 

1-1 直流線纜間發(fā)生短路燒毀     1-2直流斷路器拉弧起火

  1.3關(guān)鍵設(shè)備成熟度

  由于交流電技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了100多年,發(fā)電技術(shù)穩(wěn)定、成熟,應(yīng)用范圍廣,與之相關(guān)的電器件也已發(fā)展成熟;而直流電是隨著光伏行業(yè)才逐步發(fā)展起來(lái)的,技術(shù)積累少,有很多亟待解決的技術(shù)難題;且直流電壓范圍廣,能量差異較大,相關(guān)應(yīng)用器件發(fā)展還不成熟,如,用于高壓直流保護(hù)的器件,只有極少數(shù)廠家才能提供。

   1.4系統(tǒng)關(guān)鍵器件選型

  當(dāng)前,逆變器器件選型時(shí),部分廠家為追求低成本,交流斷路器用在集中式逆變器直流側(cè)的現(xiàn)象非常普遍,這樣會(huì)對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)極大的安全隱患;首先,由于交流電和直流電電壓等級(jí)不同,交流斷路器用于直流場(chǎng)景,則工作電壓超出器件額定電壓,長(zhǎng)期使用會(huì)造成斷路器功能失效,安全隱患大;其次,由于直流電壓等級(jí)高,工作電流大,斷路器切斷過(guò)程易產(chǎn)生電弧,直流和交流特點(diǎn)不同,斷路器滅弧裝置設(shè)計(jì)也勢(shì)必不同,當(dāng)交流斷路器應(yīng)用在直流場(chǎng)景時(shí),直流電弧不能有效熄滅,如果電弧持續(xù)太久(幾十毫秒),則會(huì)產(chǎn)生爆炸事故。

  從以上系統(tǒng)角度分析可知,組串式逆變器比集中式逆變器可靠性更好,組串式方案比集中式方案更安全,更可靠。據(jù)統(tǒng)計(jì),集中式逆變器幾乎每月都有起火燒毀的重大事故,而組串式直流線纜很短,交流部分安全性經(jīng)過(guò)一百多年驗(yàn)證,全球范圍至今10G以上組串式電站,也未聽(tīng)說(shuō)發(fā)生過(guò)嚴(yán)重的起火事故。



作者:李相華 來(lái)源:黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 責(zé)任編輯:wutongyufg

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