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摩臣5细数光伏逆变器的八大智能功能
2022-11-16

  光伏电站(系统)中逆变器的地位举足轻重,一台无人值守可全自动运行的光伏逆变器究竟有多智能?今天摩臣5来梳理一下。


  1. 智能MPPT

  MPPT(Maximum Power Point Tracker)技术是逆变器的核心关键技术,它是指逆变器实时追踪找寻组件(方阵)的最大输出功率的能力。光伏组件的输出功率受辐照、温度等多种因素的影响,并不总能输出标称的额定功率,逆变器的任务就是实时追踪到每一时刻条件下组件能输出的最大功率,最大化提升发电量。


不同辐照度对输出功率的影响


不同温度对输出功率的影响


  逆变器通过测量电流、电压和功率,判断出当前工作点与峰值点的位置关系,智能调节工作点电压(或电流),使其向峰值功率点靠拢,从而使光伏系统始终保持运行在峰值功率点附近。


MPPT追踪原理图


  2. 智能防孤岛

  逆变器内部置有防孤岛(Anti-Islanding)保护电路,实时智能侦测所要并入的电网的电压(V)、频率(f)等信息,与预置电压、频率值实时进行比较,如所侦测到的实际值在合理的范围之内,则逆变器正常工作;反之,则根据不同的实测值在相应的时间内断开电流,停止输出,并报故障。


  防孤岛与低电压穿越本质上是相互矛盾的,但在一些无人值守的电站或大型地面电站中,又具有某种同时存在的必要和理由。国标相关规定对防孤岛保护和低电压穿越的时间都有规定,当电网出现故障时,孤岛即将产生,此时光伏系统只要支撑1S左右的时间等待电网恢复,如果2S后仍未恢复,此时可切出。在此过程中,逆变器始终保持对电网信息的侦测状态。


  3. 智能组串监测

  随着技术的发展,逆变器在原有MPPT监测的基础上,早已实现智能的组串逐串监测。组串监测相较于MPPT监测,对电压电流的监测精确到了每一个支路组串,用户可以清晰地查看每一路组串的实时运行数据,如果组串的电压不一致,则反向证明是哪一个组串的组件块数不一致,一目了然。


  4. 智能I-V曲线扫描诊断

  光伏组件I/V曲线指光伏组件的输出电流与输出电压之间存在的一种对应关系的关系,研究人员通过曲线的形式将它表达了出来。


I-V曲线图


  一旦组件发生阴影遮挡、损坏或者接触不良等情况时,组件和组串的I/V曲线都会发生明显的变化。


  传统的测试组件的I/V曲线是需要借助专门的测试工具(I/V曲线测试仪和辐照度计等设备),需将待测试的组串从逆变器上取下,逐一测量,花费时间较长,且耽误发电。


  目前,主流高性能逆变器自身已具备智能I-V曲线扫描及诊断功能,主要的实现原理如下:


  ⑴ 测量组串开路电压Voc和短路电流Isc。

  ⑵ 测量最大功率点电压Vmpp和电流Impp,峰值功率Pmax。

  ⑶ 识别光伏组件/阵列缺陷,阴影遮挡,光伏组件灰尘损失,温升损失、功率衰减,串并联配置损失等。


有遮挡(左)与无遮挡的I/V曲线扫描对比


  5. 智能防PID效应

  光伏组件的PID(Potential Induced Degradation)效应,是指组件在长时间工作后性能会逐渐衰减的一种情况。PID效应的直接危害就是大量电荷聚集在电池片表面,使电池表面出现钝化现象,使得电池组件的填充因子(FF)、开路电压、短路电流减少。减少太阳能电站的输出功率,减少发电量,减少了光伏电站的收益。


  PID效应容易在潮湿的环境下发生,并且活跃程度与潮湿程度正相关,同时组件表面被导电性、酸性、碱性以及带有离子的物体的污染程度,也与衰减现象的发生有关。

  目前主流组件本身具备防PID效应功能,此外,逆变器也可以附加该功能,通过抬升交流输出侧N线电压,间接抬升PV负极电压,使各台逆变器的PV负极对地电压接近为0或者稍高于0电位,以达到抑制PID效应的目的。系统中数据采集器与逆变器和外置的防PID模块连接通讯,自动采集逆变器的负极状态信息,自动进行抬升调节,从而实现智能防PID功能。


  6. 智能风冷

  散热是逆变器一项重要课题,一台逆变器中集成了上千种电力电子元器件,如果散热不佳,会严重影响逆变器的输出能力和使用寿命。电子器件的10度法则就是指温度每升高10℃,器件的寿命就会减小一半。目前逆变器普遍采用智能风冷,逆变器外置高性能风扇,防护等级可达IP67,内置温度传感器及驱动电路实时监测器件温度,并设置合适的阈值。当检测到温度超过阈值时,电路自动驱动风扇运行,待温度回归正常以后,驱动电路关闭,风扇逐渐停止运行。


  7. 智能恢复并网

  逆变器之所以能实现自动运行,就是因为它具备智能恢复并网功能。电站的正常运行取决于多种因素,如组串电压、电网电压、频率等,逆变器可能因并网输出条件不具备而出现待机、故障停机等状态。而一旦它检测到各项运行条件正常,则会在自检(一般20s~5min)后自动恢复并网输出,不再需要重新调试、重启等人为操作。


  8、智能无功补偿

  光伏逆变器在通常发电情况下只发有功电量,但实际应用场景中,特别是工商业光伏自发自用的应用场景,负载消耗的电量中不仅包括有功电量,还包括无功电量,电网公司在电费结算时仅收取有功电费,但同时会对功率因数进行考核,如功率因数低于电网公司的要求,电网公司会惩罚性的收取力调电费。工商业业主为了避免力调电费的产生,以往通常是在负载端无功补偿装置,来确保功率因数达标。


  但随着光伏电站的投运,原来的无功补偿装置的补偿容量不够用,需要额外购买无功补偿装置,这时逆变器可通过监测并网点负载端的功率因数,在发有功电量的同时,智能调整功率因数同时发一部分无功电量进行智能无功补偿,这样可以帮用户节省无功补偿装置的费用,也可以减少无功补偿装置空载损耗的电量。


  通过以上内容可以看出,逆变器不愧是光伏电站的中枢和大脑。正是因为有了这些智能功能的保障,光伏电站才得以稳定运行,实现收益最大化。


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