CN105262435A - 光伏电站预组装分站房 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电站预组装分站房，包括光伏逆变器、变压器、逆变器室以及变压器室。该光伏逆变器设置于该逆变器室内，该变压器设置于该变压器室内，该逆变器室和该变压器室之间通过铜排连接；该光伏逆变器包括直流断路器、稳压电容、三相逆变桥、滤波器、晶闸管以及降压装置，该直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及滤波器依次电连接，该晶闸管的输入端与该滤波器的输出端电连接，该晶闸管的输出端连接该变压器。本发明的光伏电站预组装分站房可以提高光伏逆变器的并网容量、解决在极度寒冷条件下光伏组件开路电压过高导致设备不能自启问题，以及启动时无机械触点，启动电压和启动电流任意可调。

Description

光伏电站预组装分站房

技术领域

本发明涉及太阳能发电领域，具体涉及一种光伏电站预组装分站房。

背景技术

太阳能具有安全、清洁和资源普遍性等优点，能够成为替代化石能源主要的可再生能源。太阳能光伏发电在其开发研究、市场开拓以及产业化制造技术早已作为全球各国激烈竞争的焦点。

目前现有技术的缺陷具体表现在：

(1)传统的光伏电站预组装分站房要求调试人员必须在设备内部对逆变器进行调试，威胁人员的人身安全；

(2)启机过程缺陷：由于预充电过程时，电容器最大耐压是光伏阵列的开路电压，也就是说光伏逆变器的功率器件的耐压必须大于光伏阵列的开路电压。因此，我们在设计光伏阵列的组串时，所串的光伏组件的开路电压不应大于逆变器功率器件的耐压。但是，该设计思路明显存在光伏逆变器并网容量低的缺陷。

(3)光伏逆变器直接启动的缺陷具体表现在：

①、由于光伏逆变器启动时会产生较大的冲击电流，对供电的网侧电压产生较大的电压闪变，同时由于启动应力较大，对电气设备产生冲击，使逆变器的使用寿命降低，威胁现场调试人员的人身安全；

②、光伏电站通常要求电气设备使用寿命达到25年，这造成断路器使用频繁，断路器通断至少达到18000多次，在使用过程中容易出现螺丝松动、触头磨损等机械故障造成光伏逆变器停运，使光伏逆变器故障率增加，尤其在设备寿命后期更为严重，影响光伏电站的发电量。

发明内容

本发明的目的是提供一种光伏电站预组装分站房，以解决上述现有技术中存在的问题。

未实现上述目的，本发明提供了一种光伏电站预组装分站房，所述光伏电站预组装分站房包括光伏逆变器、变压器、逆变器室以及变压器室，所述光伏逆变器设置于所述逆变器室内，所述变压器设置于所述变压器室内，所述逆变器室和所述变压器室之间通过铜排连接；所述光伏逆变器包括直流断路器、稳压电容、三相逆变桥、滤波器、晶闸管以及降压装置，所述直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及滤波器依次电连接，所述晶闸管的输入端与所述滤波器的输出端电连接，所述晶闸管的输出端连接所述变压器；其中所述直流断路器包括第三开关(S₁)，该第三开关(S₁)设置于第三导线(L₀)上，所述降压装置包括预充电电阻(R₁)和非线性电阻(R₂)，所述预充电电阻(R₁)的一端与所述稳压电容的正极电连接，所述预充电电阻(R₁)的另一端通过第一导线(L₁)与所述第三导线(L₀)电连接，所述非线性电阻(R₂)的一端通过第二导线(L₂)与所述第三导线(L₀)电连接，所述非线性电阻(R₂)的另一端接地，以及在所述第一导线(L₁)上设有第一开关(QB₁)和在所述第二导线(L₂)上设有第二开关(QB₂)。

较佳地，所述降压装置还包括CPU模块、第一继电器和第二继电器，其中，所述第一继电器与所述第一开关电连接，所述第二继电器与所述第二开关电连接，以及所述CPU模块分别与所述第一继电器和所述第二继电器电连接。

较佳地，所述非线性电阻为可调电阻。

较佳地，所述预充电电阻为线性电阻。

较佳地，所述光伏逆变器还包括交流主接触器，所述交流主接触器与所述滤波器电连接，其中所述交流主接触器设置成当所述晶闸管全部导通后，所述交流主接触器闭合，以及所述晶闸管设置成当所述交流主接触器闭合后所述晶闸管断开。

较佳地，所述逆变器室包括直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室以及软启动室，其中所述直流断路器和所述降压装置设置于所述直流汇线柜内、所述稳压电容和三相逆变桥设置于所述逆变桥室内、所述滤波器设置于所述滤波器室内、以及所述晶闸管设置于所述软启动室内。

较佳地，所述直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室以及软启动室分别设有窗口，通过所述窗口能够对所述直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及晶闸管进行调试。

较佳地，所述直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室、以及软启动室内分别设有散热装置。

较佳地，所述光伏电站预组装分站房包括两台光伏逆变器和两套逆变器室，每一套所述逆变器室内设置一台所述光伏逆变器。

较佳地，所述软启动光伏电站预组装分站房还包括避雷器、避雷计数器和检测变压器内部故障的继电器和高压室，所述避雷器、避雷计数器和检测变压器内部故障的继电器设置于所述高压室内。

本发明的光伏电站预组装分站房采用平面布置，并且在光伏电站预组装分站房的外侧开设窗口，调试人员可在外部进行调试工作，安全性得到保障。其次，通过降压装置降低并网开路电压，可以提高光伏逆变器的容量；同时解决在极度寒冷条件下光伏组件开路电压过高导致设备不能自启问题；再次，由于在滤波器的输出端连接有晶闸管，通过晶闸管实现软启动，从而启动时无机械触点，启动电压和启动电流任意可调，避免了启动过程中过大的冲击电流。

附图说明

图1是本发明的光伏电站预组装分站房的系统连接示意图；

图2是本发明的光伏电站预组装分站房的侧面示意图；

图3是本发明的光伏电站预组装分站房的平面示意图；以及

图4是CPU模块的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

术语说明

光伏电站预组装分站房：将光伏逆变器和箱式变电站集成为一体的电气设备，该系统将光伏方阵产生的直流电转化为交流电，并完成一次升压供给电网使用。

光伏逆变器：通过电力电子器件(MOSFET、IGBT等)连接电阻电容，以脉冲宽度调制的方式控制器件的通断，把汇流箱传输来的直流电转变成交流电，同时完成光伏组件的最大功率点跟踪(MPPT)，保证智能控制及反孤岛效应等。

预充电电阻：在逆变器的直流母线电容器在充电前两端电压为零，在设备充电的瞬间相当于短路，会产生很大的冲击电流，很容易造成逆变器的功率器件损坏。因此需要在预充电过程中在充电回路串联一电阻，以起到限制电流的作用。这电阻就称为预充电电阻。

稳压电容：电压源正负端并联一电容，用于斩波、逆变等电路时，具有很好的滤波作用；当电压变化时，由于电容储能的作用，两端的电压不能突变，就保证了电压的平稳。

上游电压：直流断路器进线处端口电压。

本发明的光伏电站预组装分站房通常包括光伏逆变器、变压器、逆变器室以及变压器室，其中光伏逆变器设置于逆变器室内，变压器设置于变压器室内，逆变器室和变压器室之间通过铜排连接。

光伏逆变器通常包括直流断路器、稳压电容、三相逆变桥、滤波器、晶闸管以及降压装置，直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及滤波器依次电连接，晶闸管的输入端与滤波器的输出端电连接。

其中直流断路器包括第三开关S₁，第三开关S₁设置于第三导线L₀上。降压装置包括预充电电阻R₁和非线性电阻R₂，预充电电阻R₁的一端与稳压电容的正极电连接，预充电电阻R₁的另一端通过第一导线L₁与第三导线L₀电连接，非线性电阻R₂的一端通过第二导线L₂与第三导线L₀电连接，非线性电阻R₂的另一端接地，其中，在第一导线L₁上设有第一开关QB₁，在该第二导线L₂上设有第二开关QB₂。

本发明光伏电站预组装分站房由于设置了降压装置，通过降压装置降低并网开路电压，可以提高光伏逆变器的容量；同时解决在极度寒冷条件下光伏组件开路电压过高导致设备不能自启问题；其次，由于在滤波器的输出端连接有晶闸管，通过晶闸管实现软启动，从而启动时无机械触点，启动电压和启动电流任意可调，避免了启动过程中过大的冲击电流。

下面参照图1-3对本发明的光伏电站预组装分站房进行详细说明。

图1是本发明的光伏电站预组装分站房的连接示意图，图2是本发明的光伏电站预组装分站房的侧面示意图，图3是本发明的光伏电站预组装分站房的平面示意图。

如图1-3所示，光伏电站预组装分站房包括两台光伏逆变器100、一台变压器200、逆变器室100A、变压器室9和高压室11。其中光伏逆变器100设置于逆变器室100A内，变压器200设置于变压器室9内，逆变器室100A和变压器室200A之间通过铜排连接。

虽然在本实施例中，光伏电站预组装分站房包括高压室11，然而本领域的技术人员可以理解，本发明的光伏电站预组装分站房也可以不包括高压室11。此时，变压器200直接接入电网。

如图1所示，光伏逆变器100包括直流断路器10、稳压电容20、三相逆变桥30、滤波器40、晶闸管50以及降压装置。其中，直流断路器10、稳压电容20、三相逆变桥30、滤波器40以及晶闸管50依次电连接。其中，直流断路器10用于连接光伏组件，晶闸管50用于连接变压器200。降压装置包括CPU模块51、第一继电器52、电源53、预充电电阻R₁、非线性电阻R₂、第一导线L₁、第二导线L₂、第一开关QB₁以及第二开关QB₂。其中，第一继电器52和第二继电器54均为二开二闭独立接点。

如图2～3所示，逆变器室100A包括直流汇线柜1、逆变桥室4、滤波器室5、以及软启动室7，其中直流断路器10和降压装置设置于直流汇线柜1内、稳压电容20和三相逆变桥30设置于逆变桥室4内、滤波器40设置于滤波器室5内、以及晶闸管50设置于软启动室7内。

直流汇线柜1开设有窗口1A，逆变桥室4开设有窗口4A，滤波器室5开设有窗口5A，软启动室7开设有窗口7A，高压室11开设有窗口11A，通过窗口1A、4A、5A和7A能够分别对直流断路器10、降压装置、稳压电容20、三相逆变桥30以及晶闸管50进行调试。

在逆变桥室4内设有散热装置4B，在滤波器室5内设有散热装置5B，以及在软启动室7内设有散热装置7B。通过散热装置4B、5B和7B的作用，能够防止逆变桥室4、滤波器室5以及软启动室7内的温度过高。其中，散热装置可以为电扇等装置。

如图1-3所示，在本发明中，一个光伏电站预组装分站房包括两台光伏逆变器100、两个逆变器室100A、一个变压器200、一个变压室9以及一个高压室11，其中每一个逆变器100设置于每一个逆变器室100A内，变压器200设置于变压器室9内，在高压室11内设置避雷器、避雷计数器和检测变压器内部故障的继电器(图未示)。

如图1所示，直流断路器10包括多个开关，其中第三开关S₁设置于第三导线L₀上，预充电电阻R₁的一端通过第一导线L₁连接于稳压电容20的正极，预充电电阻R₁的另一端通过第一导线L₁连接于第三导线L₀上，非线性电阻R₂的一端通过第二导线L₂连接于第三导线L₀上，非线性电阻R₂的另一端接地，在第一导线L₁上设有第一开关QB₁和在第二导线L₂上设有第二开关QB₂。其中，直流断路器10的第三开关S₁与其他所有开关先并联后再通过第三导线L₀与稳压电容20串联。

在本实施例中，非线性电阻R₂为可调电阻，通过调节非线性电阻R₂可以控制第三开关S₁的上游电压的大小，以及预充电电阻R₁为线性电阻，通过预充电电阻R₁可以防止稳压电容被击穿，

电源53与第一继电器52、第二继电器54以及CPU模块51电连接，从而为第一继电器52、第二继电器54以及CPU模块51提供电能。CPU模块51与第一继电器52和第二继电器54电连接从而分别向第一继电器52和第二继电器54发送指令，第一继电器52和第二继电器54接收来自CPU模块51的指令并控制第一开关QB₁和第二开关QB₂的开闭。

图4是CPU模块的示意图。如图4所示，CPU模块能够发出信号101、102、103、104、105、106以及107，其中信号101控制第一开关QB₁合闸；信号102控制第一开关QB₁分闸；信号103控制第二开关QB₂合闸；信号104控制第二开关QB₂分闸；信号105控制第一开关QB₁合分状态；信号106控制第二开关QB₂合分状态；信号107控制第三开关S₁状态。

需要开启时，按以下过程进行。

(1)按下手动预充电按钮(图未示)，CPU模块发出信号103令第二继电器54动作，从而第二继电器54控制第二开关QB₂闭合，其中，通过调节非线性电阻R₂可以控制电压U₁的大小；

(2)当第三开关S1上游电压降低到电压U₁时，CPU模块发出101信号令第一继电器52动作，从而控制第一开关QB₁闭合，预充电电阻R₁上流经电流，稳压电容20预充电。

(3)当稳压电容20预充电完成后，闭合直流断路器10的第三开关S₁和其他所有开关；

(4)当光伏逆变器满足启动条件后，启动光伏逆变器；

(5)待所述光伏逆变器稳定运行时间t后，CPU模块发出104信号令第二继电器54动作，从而断开开关第二开关QB₂，从而完成整个光伏逆变器的启机过程。

在本发明中，时间t为光伏逆变器的输出功率从0增加到最大输出功率所需的时间。

电压U₁满足以下关系：U_n≤U₁<U_c，其中U_n为光伏逆变器的最大工作电压，U_c为接入光伏逆变器的光伏组件的开路电压。

下面以某一额定输出750MW的光伏逆变器为例说明本发明的优越性。

光伏逆变器的输入、输出性能参数分别见表1和表2。所接入光伏组件的参数见表3。

表1光伏逆变器输入参数

最大直流输入功率(kW)	MPPT电压范围(VDC)	最大输入直流电流(A)
			825	450～820	1600

表2光伏逆变器输出参数

额定输出功率(kW)	最大输出功率(kW)	额定工作电压(V)	额定输出频率(Hz)
				750	810	315	50

表3光伏组件的性能参数

额定功率(kW)	开路电压(V)	工作电压(V)
			310	45.45	37.00

如果采用传统的光伏逆变器串接光伏组件，那么光伏组件每串接入的块数N_max应该满足以下公式：

45.45N_max≤820(1)

公式(1)的解为；

N_max＝18(2)

如果采用本发明的光伏逆变器串接光伏组件，由开路电压45.45V降至为工作电压37.00V，那么光伏组件每串接入的块数N_max应该满足公式(3)

37.00N_max≤820(3)

公式(3)的解为：

N_max＝22(4)

那么光伏逆变器的额定功率可以提高为

$P=750*\frac{22}{18}=916.6kW---\left(5\right)$

由式(5)可以看出，本发明的光伏逆变器并网容量明显得到改善。相比于传统的光伏逆变器，并网容量提高了22.2％。

因此，通过本发明的光伏电站预组装分站房，可以提高光伏逆变器的并网容量。此外，本发明还可以解决在极度寒冷条件下光伏组件开路电压过高导致光伏逆变器不能自启的问题。

本发明的光伏电站预组装分站房采用平面布置，并且在光伏电站预组装分站房的外侧开设窗口，调试人员可在外部进行调试工作，安全性得到保障。其次，通过降压装置降低并网开路电压，可以提高光伏逆变器的容量；同时解决在极度寒冷条件下光伏组件开路电压过高导致设备不能自启问题；再次，通过加入降压装置，有效避免了并网汇流箱量少时存在的工作电压低于MPPT最低电压的问题。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种光伏电站预组装分站房，其特征在于：

所述光伏电站预组装分站房包括光伏逆变器、变压器、逆变器室以及变压器室，所述光伏逆变器设置于所述逆变器室内，所述变压器设置于所述变压器室内，所述逆变器室和所述变压器室之间通过铜排连接；

所述光伏逆变器包括直流断路器、稳压电容、三相逆变桥、滤波器、晶闸管以及降压装置，所述直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及滤波器依次电连接，所述晶闸管的输入端与所述滤波器的输出端电连接，所述晶闸管的输出端连接所述变压器；其中

所述直流断路器包括第三开关(S₁)，该第三开关(S₁)设置于第三导线(L₀)上，所述降压装置包括预充电电阻(R₁)和非线性电阻(R₂)，所述预充电电阻(R₁)的一端与所述稳压电容的正极电连接，所述预充电电阻(R₁)的另一端通过第一导线(L₁)与所述第三导线(L₀)电连接，所述非线性电阻(R₂)的一端通过第二导线(L₂)与所述第三导线(L₀)电连接，所述非线性电阻(R₂)的另一端接地，以及在所述第一导线(L₁)上设有第一开关(QB₁)和在所述第二导线(L₂)上设有第二开关(QB₂)。

2.根据权利要求1所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述降压装置还包括CPU模块、第一继电器和第二继电器，其中，所述第一继电器与所述第一开关电连接，所述第二继电器与所述第二开关电连接，以及所述CPU模块分别与所述第一继电器和所述第二继电器电连接。

3.根据权利要求1所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述非线性电阻为可调电阻。

4.根据权利要求2所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述预充电电阻为线性电阻。

5.根据权利要求1所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述光伏逆变器还包括交流主接触器，所述交流主接触器与所述滤波器电连接，其中所述交流主接触器设置成当所述晶闸管全部导通后，所述交流主接触器闭合，以及所述晶闸管设置成当所述交流主接触器闭合后所述晶闸管断开。

6.根据权利要求1所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述逆变器室包括直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室以及软启动室，其中所述直流断路器和所述降压装置设置于所述直流汇线柜内、所述稳压电容和三相逆变桥设置于所述逆变桥室内、所述滤波器设置于所述滤波器室内、以及所述晶闸管设置于所述软启动室内。

7.根据权利要求6所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室以及软启动室分别设有窗口，通过所述窗口能够对所述直流断路器、稳压电容、三相逆变桥以及晶闸管进行调试。

8.根据权利要求6所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述直流汇线柜、逆变桥室、滤波器室、以及软启动室内分别设有散热装置。

9.根据权利要求1所述的光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述光伏电站预组装分站房包括两台光伏逆变器和两套逆变器室，每一套所述逆变器室内设置一台所述光伏逆变器。

10.根据权利要求1所述的软启动光伏电站预组装分站房，其特征在于，所述软启动光伏电站预组装分站房还包括避雷器、避雷计数器和检测变压器内部故障的继电器和高压室，所述避雷器、避雷计数器和检测变压器内部故障的继电器设置于所述高压室内。