CN212012571U - 一种集成式逆变设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于公开一种集成式逆变设备，它包括用于设备整体安装的金属框架基础平台，在所述金属框架基础平台上依次设置有逆变装置的安装区域和汇流装置的安装区域，在所述金属框架基础平台上设置有若干与电站主接地网连接的接地端子，在所述金属框架基础平台的中部设置有维护通道；与现有技术相比，按照模块化原则进行设备选型和设计，按照集成化要求进行生产和制造，集成式逆变设备可以实现快速安装和接入发电系统，运行单位可以对集成式逆变设备实施集中运维，本发明能够有效地解决光伏项目工作面大、施工人数多，施工质量和建设进度难以控制等问题，同时可以提高光伏电站系统效率和发电量、降低工程投资。

Description

一种集成式逆变设备

技术领域

本实用新型涉及一种集成式逆变设备，特别涉及一种集成式逆变设备。

背景技术

由于光伏电站建设周期短、设备数量多，大量的土建和设备安装工作需要在一个较大的施工区域内快速完成，给电站的设计、施工、管理，以及质量监督造成了巨大的压力。

另外，光伏电站设备制造商仅重视自身设备的技术研究，而很少考虑光伏发电系统中设备之间的连接和集成，使的大量的设备安装、连接和试验工作留到了工程最后阶段的建设工地，增加了户外艰苦环境下的工作量、施工难度和建设成本。

光伏电站中的核心设备包括光伏组件和逆变器，逆变器按技术路线分为集中式、集散式和组串式。集中式和集散式逆变器单机容量目前已达到3MW以上，已与变压器实现了一体化制造，优点是单机容量大、易于维护管理、具有光伏组件PID(电势诱导衰减，PID效应的危害使得电池组件的功率急剧衰减)抑制和修复功能，缺点是MPPT数量少发电量受组件失配影响大、单机故障时发电量损失大，其中集中式逆变器无智能IV扫描诊断功能。

组串式逆变器的优点是设计灵活、MPPT数量多组件失配少发电量高，单机故障时易于更换整体发电量损失小，具有光伏组件PID抑制修复和智能IV扫描诊断功能，缺点是单台设备容量小、设备数量多、整体控制和通信复杂，另外由于分散布置在光伏子方阵内，增加了设计、建设和运维管理的工作量。

随着光伏直流系统电压由1000V提高至1500V，光伏组串至逆变器的直流电缆在输送功率不变的情况下可以传输的更远。同时，组串式逆变器容量由60-75kW提高至175-225kW，可以取消交流汇流箱直接接入子方阵升压箱变。

现有光伏子方阵发电系统技术方案为：

(1)配置集中式或集散式逆变器的子方阵

在光伏子方阵内布置1台升压箱变、1台集中式或集散式逆变器、多台直流汇流箱。

集中式或集散式逆变器可户内安装(需建设土建房的逆变器室，该方案已很少采用)，也可户外安装(安装在具有一定防护等级的金属箱体内)，也可与升压箱变集成为户外一体设备。

直流汇流箱分散布置在子方阵各发电区域内。

光伏组串电缆就近汇入直流汇流箱；每台直流汇流箱通过电缆接入子方阵中央位置的逆变器直流侧，逆变器交流侧再与升压箱变低压侧通过电缆或铜排连接。

子方阵通信柜安装在逆变器室内或独立安装，独立安装时与箱变和逆变器之间的电源线和通信线埋地连接；其它系统设备独立安装，与子方阵通信柜之间的通信线和电源线埋地连接。

(2)配置组串式逆变器的子方阵

在光伏子方阵内布置1台户外升压箱变、多台组串式逆变器、多台交流汇流箱。

组串式逆变器均为户外安装。

逆变器和交流汇流箱分散布置在子方阵各发电区域内。

光伏组串电缆就近接入逆变器直流侧；多台逆变器交流侧通过电缆接入就近的交流汇流箱；每台汇流箱通过电缆接入子方阵中央位置的升压箱变低压侧。

子方阵通信柜独立安装，与箱变之间的电源线和通信线埋地连接；其它系统设备独立安装，与子方阵通信柜和箱变之间的通信线和电源线埋地连接。

上述现有光伏子方阵发电系统技术方案的主要缺点为：

1、集中式逆变器技术的缺点：MPPT数量少发电量受组件失配影响大、单机故障时发电量损失大、无智能IV扫描诊断功能。

2、集散式逆变器技术的缺点：单机故障时发电量损失大。

3、组串式逆变器技术的缺点：单台设备容量小、设备数量多、整体控制和通信复杂，由于分散布置在光伏子方阵内，增加了设计、建设和运维管理的工作量。

4、对于高交直流容配比的子方阵，由于单个组串式逆变器容配比性能低，需要增加逆变器数量将全部光伏组串直接接入逆变器(不采用配置熔断器的Y型端子方案)，故存在逆变器总容量超过变压器额定容量的问题，为了不造成变压器过载运行，需要配置一套专门的子阵级发电管理控制设备。

5、光伏发电设备制造商在产品研发和生产中仅考虑自身设备的性能提高和成本优化，而不充分考虑与相关设备之间电气和通信接口的匹配和兼容关系。因此设计单位需要对发电系统内所有设备进行计算、选型和配置；建设单位需要在现场完成设备的安装、连接和试验工作；运行单位巡检期间需要逐台检查，由于设备分散，增加了巡视和维护的时间。

因此，特别需要一种集成式逆变设备，以解决上述现有存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种集成式逆变设备，针对现有技术的不足，采用模块化和集成化的结构，将多台组串式逆变器、交流汇流柜、管理控制设备、通信设备、配电设备、其它系统设备，以及设备之间的连接线缆集成，可以规范和优化光伏电站设计、提高设备集成度、提高系统效率和发电量、提高现场施工质量、降低人工消耗和建设成本、开展组件PID抑制修复和智能IV扫描诊断、提升运行期巡检和维护工作效率。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种集成式逆变设备，其特征在于，它包括用于设备整体安装的金属框架基础平台，在所述金属框架基础平台上依次设置有逆变装置的安装区域和汇流装置的安装区域，在所述金属框架基础平台上设置有若干与电站主接地网连接的接地端子，在所述金属框架基础平台的中部设置有维护通道。

在本实用新型的一个实施例中，所述金属框架基础平台上还设置有用于安装跟踪支架系统的通信柜和风速仪的安装区域。

在本实用新型的一个实施例中，所述逆变装置包括但不限于组串式逆变器。

在本实用新型的一个实施例中，所述汇流装置包括但不限于交流汇流柜、通信控制设备和供电电源。

在本实用新型的一个实施例中，所述逆变装置包括但不限于通过背靠背的方式固定在所述金属框架基础平台上。

在本实用新型的一个实施例中，所述逆变装置之间设置有间距并设置有隔热金属板。

本实用新型的集成式逆变设备，与现有技术相比，按照模块化原则进行设备选型和设计，按照集成化要求进行生产和制造，集成式逆变设备可以实现快速安装和接入发电系统，运行单位可以对集成设备实施集中运维，本发明能够有效地解决光伏项目工作面大、施工人数多，施工质量和建设进度难以控制等问题，同时可以提高光伏电站系统效率和发电量、降低工程投资。

本实用新型的特点可参阅本案图式及以下较好实施方式的详细说明而获得清楚地了解。

附图说明

图1为本实用新型的集成式逆变设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实用新型的集成式逆变设备，它包括用于设备整体安装的金属框架基础平台10，在金属框架基础平台10上依次设置有逆变装置的安装区域和汇流装置的安装区域，在金属框架基础平台10上设置有若干与电站主接地网连接的接地端子，在金属框架基础平台10的中部设置有维护通道11。

在本实施例中，所述逆变装置通过背靠背的方式(不限于此方式)固定在金属框架基础平台10上。所述逆变装置之间设置有间距并设置有隔热板12。

实施例

本实用新型的集成式逆变设备包括多台组串式逆变器20、1面交流汇流柜30、1套管理控制设备、1套通信控制设备40、设备之间的连接线缆和电缆支撑系统，并预留其它系统设备的安装区域。

1、电气接线说明：

本实用新型的集成式逆变设备主要包括组串式逆变器20和交流汇流柜30，光伏子方阵组串电缆汇入组串式逆变器20的直流侧后，经组串式逆变器20接入子方阵升压箱变，升压后接入光伏电站发电系统。

交流汇流柜30配置逆变器进线回路断路器和总回路出线接线端子，通过电缆或铜排与升压箱变的低压侧连接。

本实用新型的集成式逆变设备设置0.4/0.22kV供电电源，取自变压器辅助变压器。

本实用新型的集成式逆变设备的直流进线侧采用电缆下进线方式，交流侧出线采用电缆下出线或套管上出线方式。

组串式逆变器20的直流侧进线电缆处设防护槽盒21，电缆固定和接线采用压线板快速固定、S形预留电缆长度和防错接设计。

组串式逆变器20的交流侧与交流汇流柜30的电缆设敷设在金属框架基础平台10内，在保证电缆的弯曲半径的前提下，设置卡位线槽，留有散热空间，并易于敷设和更换。

组串式逆变器20的交流侧与交流汇流柜30的连接已在制造厂内完成。

2、通信接线说明：

本实用新型的集成式逆变设备配置通信控制设备40，用以采集、处理和上传逆变器、箱变、储能系统、其它系统设备的信息，同时接受光伏电站监控系统的指令信息。

通信控制设备40主要包括数据采集器、控制器、交换机、光纤接口盒等。

通信控制设备40的电源取自0.4/0.22kV供电电源。

所有组串式逆变器20通过PLC通道或以RS485或以太网通信方式接入通信控制设备40，箱变测控、储能系统EMU(储能系统能量管理控制设备)通过以太网方式接入通信控制设备50，其它系统设备通过RS485或以太网方式接入通信控制设备50。

所有通信线采用下进线下出线方式。

组串式逆变器20至通信控制设备40的连接已在制造厂内完成。

3、控制原理说明：

本实用新型的集成式逆变设备配置管理控制设备，用以协调管理全部逆变器出力和储能系统充放电，同时接受光伏电站监控系统控制，执行AGC/AVC和快频响应等指令。

管理控制设备主要包括子方阵能量管理控制器等。

管理控制设备的电源取自0.4/0.22kV供电电源。

管理控制设备通过以太网方式接入通信控制设备40。

组串式逆变器20、箱变测控至通信控制设备40的连接已在制造厂内完成。

(1)并网型光伏系统控制逻辑说明：

1)计算出AGC/AVC或快频指令功率与箱变运行功率的最小值，做为子方阵最大并网点功率Pmax；

2)实时采集箱变并网点功率Ppcc(如果箱变测控通信失败，则采集所有逆变器功率之和做为子方阵箱变实时并网功率)，判断Ppcc与最大并网点功率Pmax的关系；

3)若箱变实时功率Ppcc＞箱变并网点功率Pmax，则以Pmax为子方阵功率的目标值，对逆变器实时下发指令，降低功率；

4)若箱变实时功率Ppcc＜箱变并网点功率Pmax，则以Pmax为子方阵功率的目标值，对逆变器实时下发指令，提高功率；

5)以此循环。

(2)并网型光储系统控制逻辑说明：

1)计算出AGC/AVC或快频指令功率与箱变运行功率的最小值，做为子方阵最大并网点功率Pmax；

2)实时采集箱变并网点功率Ppcc(如果箱变测控通信失败，则采集所有逆变器功率与储能系统PCS(储能变流器，可控制蓄电池充放电)功率之和做为子方阵箱变实时并网功率)，判断Ppcc与最大并网点功率Pmax的关系；

3)若箱变实时功率Ppcc＞箱变并网点功率Pmax，则储能系统开始充电，充电功率Pcharge为二者之差；如果二者之差大于储能系统的额定功率，则储能系统按照额定功率充电，开始限制光伏功率，使得并网点功率等于子付阵最大允许并网功率Pmax；

4)基于情况3)如果电池充满，则储能系统充电功率为0，开始限制光伏功率，使得并网点功率等于子方阵最大允许并网功率Pmax；

5)基于情况3)，如果二者之差小于储能系统额定功率，则储能按照差值功率充电，控制光伏不限发；

6)若箱变实时功率Ppcc＜箱变并网点功率Pmax，则储能系统开始放电，放电功率Pdischarge为二者之差；如果二者之差大于储能系统的额定功率，则储能系统按照额定功率放电，并控制光伏不限发；

7)基于情况6)，如果电池放空，则储能系统放电功率为0，控制光伏功率不限发；

8)基于情况6)，如果二者之差小于储能系统额定功率，则储能按照差值功率放电，控制光伏不限发。

4、设备布置说明

本实用新型的集成式逆变设备主要由两部分组成，分别是逆变装置和汇流装置。

逆变装置包括多台组串式逆变器20。

汇流装置包括交流汇流柜30、通信控制设备40、0.4/0.22kV供电电源等。

集成式设备排布依次为：组串式逆变器20、交流汇流柜30和通信控制设备40。其中，组串式逆变器20采用背靠背安装方式(不限于此方式)，通过支架固定在金属框架基础平台10上，相邻组串式逆变器20之间留有间距并设置隔热金属板12。

5、结构说明

本实用新型的集成式逆变设备整体安装在金属框架基础平台10上，长度约5-10m，宽度约2.5-2.55m，高度约2.0-2.5m。

金属框架基础平台10的中部设维护通道11。

本实用新型的集成式逆变设备预留两处接地端子与电站主接地网连接，金属框架基础平台10满足等电位接地连接条件，所有设备的接地就近与金属框架基础平台10连接。

子方阵配置跟踪支架系统时，金属框架基础平台10预留跟踪支架系统的通信柜和风速仪的安装区域。

本实用新型的集成式逆变设备具有如下特点：

1、模块化设计：

(1)以2-8台组串式逆变器做为一个光伏发电单元进行模块化设计，直流侧电压为1000V-1500V、容量为50kWp-2000kWp，交流侧电压为380V-1000V、容量为50kW-1600kW，通过光伏发电单元的组合，将电气和通信连接后构成一个发电系统。

(2)光伏发电单元配置管理控制设备，协调全部逆变器出力和储能系统充放电，满足并网模式(光伏发电、光伏配置储能发电)的运行控制要求。

2、集成化制造：

(1)将2-30台逆变器、汇流柜、控制设备、通信设备、配电设备、其它系统设备及其连接线缆集中安装在一座基础平台上，并完成接线。

(2)集成式设备的逆变器固定方式、排列方式、设备间距、隔热措施、直流侧组串电缆快速接线方式、交流侧至汇流柜的电缆布置和固定方式，整体设计能够满足长期安全可靠运行、适应长途运输等要求。

(3)出厂前完成所有设备、电缆的测试和试验，完成所有设备的点表定义、通信配置，完成控制系统、通信系统的联调。现场不需二次调试，支持直接投运。

3、快速安装和接入：

(1)运输到现场后一次性吊装到位。

(2)完成与子方阵升压箱变、外部电缆和通信线的连接后，直接接入光伏电站发电系统和监控系统。

4、集中管理：

运行期集中巡检运维。

本实用新型的集成式逆变设备可以将多台组串式逆变器集中制造，再与子方阵升压箱变现场连接；可以集中安装在一个整体的金属框架基础平台上，也可以多个金属框架基础平台拼接，也可以采用独立金属框架基础平台在现场集中安装；变电设备既可以采用箱变型式，也可以采用变压器配套高低压开关的型式；逆变器交流侧至交流汇流柜可以采用电缆连接，也可以采用铜排或封闭母线连接；集成式设备的交流汇流柜至升压箱变低压侧可以采用电缆连接，也可以采用铜排或封闭母线连接；可以安装在预制舱(方舱)内，也可以敞开式安装；可以是固定式基础，也可以是移动式基础，也可以是漂浮式基础；集成式设备的电气接线、直流侧接入电压和容量、交流侧输出电压和容量、设备配置和数量、设备参数和型式、控制方式、通信方式、组网方式、安装方式、布置方式、通风隔热措施、结构尺寸、连接方式等，可以根据运行要求、安装位置、地形地貌、环境特点等因素，采用不同的设计和制造方案；可以采用直流转换器或直流路由器替代组串逆变器，也可以采用光储一体机替代组串逆变器；可以采用电力电子变压器替代常规电力变压器；管理控制设备和通信设备可以合并，也可以独立配置；管理控制策略包括光伏、光储、离网、微网中任一种方式或几种方式的组合；储能系统可经升压箱变低压交流侧接入，也可经逆变器直流侧接入。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内，本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种集成式逆变设备，其特征在于，它包括用于设备整体安装的金属框架基础平台，在所述金属框架基础平台上依次设置有逆变装置的安装区域和汇流装置的安装区域，在所述金属框架基础平台上设置有若干与电站主接地网连接的接地端子，在所述金属框架基础平台的中部设置有维护通道。

2.如权利要求1所述的集成式逆变设备，其特征在于，所述金属框架基础平台上还设置有用于安装跟踪支架系统的通信柜和风速仪的安装区域。

3.如权利要求1所述的集成式逆变设备，其特征在于，所述逆变装置包括组串式逆变器。

4.如权利要求1所述的集成式逆变设备，其特征在于，所述汇流装置包括交流汇流柜、通信控制设备和供电电源。

5.如权利要求1所述的集成式逆变设备，其特征在于，所述逆变装置通过背靠背的方式固定在所述金属框架基础平台上。

6.如权利要求1所述的集成式逆变设备，其特征在于，所述逆变装置之间设置有间距并设置有隔热板。

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