光伏电站建成并网以后,运维上升成为光伏电站的工作重心,运维工作直接关系到电站能否长期正常稳定运行,关系到光伏电站的运维成本、投资价值及最终收益。文章就目前电站建设的两种设计解决方案:组串式逆变器方案与集中式逆变器方案,在涉及运维工作的各个方面:安全性与可靠性、运维难度与故障定位、故障导致损失、故障修复难度、防沙尘与防盐雾等进行对比。
前言
光伏电站依然在如火如荼的建设,现今国内光伏累计装机容量已超过28GW,2013、2014连续两年新增并网光伏发电容量超过10GW。随着光伏电站大规模建设并陆续并网,为保证光伏电站长期平稳运行,达到规划设计的发电目标,早日收回建站成本并实现盈利,运维工作自然而然成为光伏电站的重中之重。
目前电站设计因所采用逆变器不同而分为两种方案:集中式逆变器方案与组串式逆变器方案。
集中式方案采用集中式逆变器,单台容量达到500kW,甚至更高。1MW子阵需2台逆变器,子阵内所有组串经直流汇流箱汇流后,再分别输入子阵内2台逆变器。方案简图见图1。
图1集中式方案简图
组串式方案采用组串式并网逆变器,单台容量只有几十kW。1MW子阵需约30台逆变器,子阵内光伏组串直流输出直接接入逆变器。方案简图见图2。
图2组串式方案简图
因采用的方案不同,造成运维工作的难度及成本也有明显不同。下面从安全性、可靠性、故障率及故障定位精确性、巡检、故障影响范围及其造成的发电量损失、故障修复难度、防沙防尘等方面进行比较阐述。
1.安全性与可靠性比较
电站的安全运行及防火工作极其重要,而熔丝过热及直流拉弧是起火的重大风险来源。
1.1 集中式方案分析
组串输出需要通过直流汇流箱并联,再经过直流柜,100多串组串并联在一起,直流环节长,且每一汇流箱每一组串必须使用熔丝。按每串20块250Wp组件串联计算,1MW的光伏子阵使用直流熔丝数量达到200个,10MW用量则达到2000个。如此庞大的直流熔丝用量导致熔丝过热烧坏绝缘保护外壳(层),甚至引发直流拉弧起火的风险倍增。
直流侧短路电流来自电池组件,短路电流分布范围广(几A~1.5kA),在短路电流不够大(受光照、天气的影响)时,不能快速熔断熔丝,但短路电流可能大于熔断器的额定电流,导致绝缘部分过热、损坏,最终引起明火。例如,12A的熔断器承载20A电流,需要持续1000S才能熔断,但熔断前绝缘部分就可能因过温受到损伤,电流继续冲击时就失去了绝缘保护,导致起弧燃烧。
a.发热熔丝烧毁绝缘外壳
b.直流汇流箱内拉弧灼烧痕迹
c.烧蚀脱落的绝缘保护层碎片
图3直流汇流箱内拉弧及烧蚀实景