大话逆变器之集中式光伏逆变器的模块化设计

在大型地面电站日益发展的今天，单个电站的容量越来越大，设备数量越来越多，逆变器作为电站系统中的核心设备，日常维护速度势必引起大家的关注。如何缩短电站设备的维护时间？如何快速处理设备故障，降低对发电量的影响？是每个业主最关心的话题。于是，采用模块化设计理念的逆变器产品便应运而生。

一、特变电工模块化集中式逆变器的发展思路

受到了模块化UPS的启发，优秀的逆变器厂商特变电工在2011年推出了第一代模块化设计的集中式逆变器，也是国内首台采用该设计的光伏并网发电设备。随着光伏并网发电技术的进步，在2012年和2013年，特变电工陆续推出了采用模块化设计+前维护设计的第二代、第三代500kW集中式逆变器，该款设备的特点在于维护人员站在逆变器的正面即可完成对设备的日常维护。在2014年，特变电工推出了具备模块化+前维护+可插拔功能的第四代500kW并网逆变器，在延续了上一款机型优点的同时提高了设备的功率密度。该款机型采用模块化插拔设计，能够有效缩减逆变器的维护时间，维护效率更高。



500kW逆变器维护模式

二、模块化集中式逆变器是怎样炼成的？

集中式逆变器的模块化设计看似简单，实则是一个庞大的系统工程，需要充分考虑原材料、模块布局、结构件尺寸、电气元件尺寸和接线、接插件选型、器件安装、发热器件的散热等等，是一个充分将理论与实际相结合的过程。通过将设计计算与模型仿真相结合，并进行多次打样和实验，最终才能确定一种成熟、可靠的逆变器结构设计。

目前集中式逆变器的柜体结构按照功率流走向设计可分为直流柜和交流柜，太阳能电池组件输出的直流电通过逆变器直流柜接入，经过逆变转变为交流电后，最终通过交流柜输出，所以集中式逆变器的模块化设计必须在功率流顺畅的基础上进行。

首先根据元器件的特点将逆变器分为如下4个模块：交直流分断部分、逆变部分、控制部分、散热部分，通过对这4个模块进行优化设计，来实现模块化设计思路。

（1）交、直流分断部分模块化设计

交、直流分断部分包括交、直流断路器，目前所有的逆变器均采用下进下出的接线方式，所以交直流分断部分应分别布置于直流柜和交流柜下部，便于接线和维护。



直流断路器模块化设计



交流断路器模块化设计

（2）逆变部分模块化设计

逆变部分包括IGBT、母线支撑电容、吸收电容、通讯及驱动等，通过将这部分封装成一个模块，配合接插件和滑道，将A、B、C三相功率器件设计为抽屉式模块化设计。



逆变部分模块化设计
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（3）控制部分模块化设计

控制部分由PCBA、指示灯、加热器等构成，通过将这部分封装成一个模块，配合插针式接口，将控制部分模块化设计。


（4）散热部分模块化设计

散热部分由散热风机、指示灯、内挡板等构成，通过将这部分封装成一个模块，将散热部分模块化设计。


直流侧散热部分模块化设计


交流侧散热部分模块化设计

三、模块化集中式逆变器的应用价值

通过以上描述，了解到了模块化集中式逆变器的设计过程，那么这种设计能为客户带来什么样的价值呢？

（1）便于装配

说到装配，很多人可能认为这并不是为客户带来便利，而是为厂商带来的便利，实则不然。根据目前光伏电站的建设趋势，缩短货期，快速建站是客户非常普遍的需求。采用模块化设计的集中式逆变器，相比传统的非模块化设计，装配时间可以缩短很多，能够尽可能满足客户的需求，确保电站建设的顺利进行。

（2）便于维护

维护便利是模块化设计带来的最直接的应用价值，通过对散热风机、控制板、功率模块、分断器件进行模块化设计，每个模块均设有独立的滑道和接插部件。当模块发生故障时，运维人员拆卸掉固定螺丝后，可直接通过把手抽出更换，单个模块更换时间不大于20分钟，能够有效缩减维护时间，提高维护效率。

（3）维护成本降低

维护成本降低是模块化设计带来的经济性价值，在故障定位后，仅需更换故障模块即可完成设备的维护，与组串式方案的整机更换相比，维护成本要低很多。

四、总结

集中式逆变器的模块化设计是大功率机型的发展趋势，也是国内优秀的逆变器厂商研发实力的体现。采用模块化设计的集中式逆变器具有维护和调试简便、维护效率高等特点，相比非模块化设计的逆变器，能够有效缩减电站维护时间，降低因设备故障造成的影响。

未来优秀的逆变器厂商将不断通过技术创新为客户带来更加优质的光伏逆变器产品，特变电工也会通过不断的研发创新，推出技术更加先进、质量更加可靠的光伏并网发电设备，促进光伏产业的和谐发展。