浅谈箱式逆变站的认识误区

德国伟大的哲学家黑格尔曾经说过"存在即是合理"。任何事物的出现和持续有其必然的道理，世间万物皆如此。随着大型地面电站的容量越来越大，施工量越来越大，对电站建设效率的要求也越来越高，传统的建站方案无法满足快速建站的普遍需求，于是一种集装箱式逆变器解决方案被迅速推广和应用，它就是兆瓦级箱式逆变站。兆瓦级箱式逆变站解决方案广泛应用于大型地面电站中，因其施工简便、接线容易、防护等级高，得到了很多电投企业和EPC厂商的普遍认可。 兆瓦级箱式逆变站解决方案 　　一、兆瓦级箱式逆变站的发展历程 　　兆瓦级箱式逆变站作为大功率集中式逆变器的一种升级版，颠覆了传统光伏电站的建设模式，为客户带来更便利的电站解决方案。在国外SMA于2011年推出了1MW、1.25MW逆变单元解决方案，而在国内阳光电源和特变电工也于2011年就推出了以彩钢房为载体的1MW箱式逆变站，但彩钢房的强度、防护性能较差，无法适应大型地面电站中恶劣的自然环境，所以随着技术的发展，2011年阳光电源和特变电工相继推出了以标准集装箱为载体的兆瓦级逆变单元。改良后的箱式逆变站对散热和防腐重新做了设计，钢板强度更高，防腐设计更优良，散热效果更出色，完全能够应用在环境恶劣的光伏项目中。 彩钢房式兆瓦级箱式逆变站  集装箱式兆瓦级箱式逆变站 　　二、兆瓦级箱式逆变站的认识误区 　　兆瓦级箱式逆变站是将并网逆变器（集成直流配电柜）、通讯柜、综合柜等设备集中安装在标准集装箱中。在机房运抵项目现场后，用户仅需完成简单的地基施工、现场安装及外部接线即可，相比传统方案，能够有效缩减现场建站时间，降低现场施工、接线、安装难度，提升建站效率。 兆瓦级箱式逆变站内部布局 　　兆瓦级箱式逆变站的出现是光伏并网发电设备日趋成熟化的一种表象，也是光伏电站建设走向便捷、快速的关键。虽然兆瓦级箱式逆变站大规模应用已有多年，但是仍然有很多设计人员和投资商对这种产品的认识存在误区。 　　（1）误区一：兆瓦级箱式逆变站无法适应恶劣的运行环境 　　这种认识误区的存在源于两方面，一方面是对集装箱材质及表面处理方式不了解，另一方面是因行业内的产品质量参差不齐，造成以点带面的结论。实际上优秀的逆变器厂商对产品质量和产品工艺有着极高的要求，特别是对户外设备的材料强度、防护和防腐蚀要求非常高。 　　a.箱体材料选型 　　兆瓦级箱式逆变站的集装箱体采用不低于2mm的瓦楞钢板（将冷轧钢板经过弯折加工而成，增加钢板的强度）整体焊接而成，集装箱重量达3吨左右，强度可抗8级以上地震及16级强风破坏。 　　b.防护方案 　　兆瓦级箱式逆变站的集装箱体采用整体焊接成型，箱体自身不会出现漏水、进灰的情况，而且对于可能进灰和漏雨的进出风口处，也做了周到的细致的设计。 　　进风口设计：兆瓦级箱式逆变站进风口通常采用防雨、防沙百叶，百叶窗采可在180°范围内防护任何方向的喷溅水进入机房，同时可防止大颗粒风沙进入，加上网格PPI达到30的聚氨酯防尘网，完全能够实现防雨、防沙的功能。 　　出风口设计：兆瓦级箱式逆变站出风口采用通风弯头+防尘网的防护方式，机房外部的通风弯头出风口朝下，配合网格PPI达20的防尘网，在有效避免强风直吹出风口导致风向逆流的同时，防止风沙、雨水从出风口进入机房内部。 　　c.防腐蚀方案 　　兆瓦级箱式逆变站的集装箱体表面采用喷砂除锈+三层漆面喷涂多重处理方案，防止风沙吹打和盐雾造成的漆面脱落腐蚀现象发生。 　　喷砂除锈处理：通过喷砂将集装箱体表面的的污垢、油脂、铁锈、氧化皮、焊渣除去，经过喷砂处理后漆面的附着性更好，确保漆面在机房运行寿命内不脱落。 　　三层漆面喷涂：箱体表面采用三层防腐蚀油漆喷涂处理，底漆采用附着力极强的环氧富锌漆，为箱体提供最直接的防腐保护；中间漆采用具有良好附着力和封闭性能的环氧云铁漆，增加漆面水、电解质的屏蔽作用；面漆采用可抵抗紫外线的聚氨酯漆，能够防止漆面老化，保持光泽。 　　通过以上防护及防腐蚀处理方案，完全可确保箱式逆变站在各种恶劣环境下运行。 　　（2）误区二：兆瓦级箱式逆变站的散热性能差 　　这种认识误区的存在源于对箱式逆变站的散热设计不了解，错误的认为机房的体积小，空间紧凑，对散热不利。实际上电力电子设备的热设计是所有逆变器厂商最为关注的，也是最重要的一环，优秀的大机厂商完全能够保障其产品的散热性能。 　　a.进出风口设计 　　国内目前主流的大机厂商基本上都采用10英尺标准集装箱作为载体，进出风设计基本一致，都采用两侧或单侧进风，两侧出风的进出风设计，该设计方案从箱式逆变站诞生开始沿用至今，随着逆变站体积的减小，冷空气到逆变器进风口距离越来越短，反而更利于内部设备的散热。排风方面，机房内部逆变器采用了直接靠墙放置，逆变器出风口直接对准机房两侧的排风口，不存在热阻，直接将热空气排出机房。 机房进出风口图 　　b.充分的热仿真 　　热仿真目的：能够在样品和产品开始生产前确定消除散热问题，确保产品的散热设计处于优异水平。通过热仿真能够明显看出关键发热器件在设定工况下的温度情况和热流情况。 　　热仿真条件：环境温度50℃，海拔3000m，逆变器1.1倍过载。 　　热仿真结论：所有关键器件均处于降额点温度以下，确保系统可靠运行。 兆瓦级箱式逆变站热仿真图 　　c.严格的热测试验证 　　将兆瓦级箱式逆变站放置于50±5℃的环境中，交流输出电压控制在315V±10V，直流侧电压控制在645V±20V。运行6小时，记录被测样品上各个测试点的温度。 　　经过实际的测试验证后，机房内部环境温度仅比外部环境温度高2℃~3℃，内部关键器件温升都在降额设计标准以下。 　　综上所述，体积的缩小并不代表散热条件的恶劣，优良的散热设计是完全可以保证在提高设备功率密度的同时，确保设备散热的可靠性。 　　（3）误区三：兆瓦级箱式逆变站的可维护性较差 　　这种认识误区的存在源于对产品结构设计的不了解，对目前逆变器的结构设计方案不明确。目前业内优质的逆变器均采用器件模块化设计，关键部件如IGBT模块、控制模块、散热风机等均采用抽屉式模块化设计，故障定位后，20分钟内即可完成对故障模块更换。另外，目前兆瓦级箱式逆变站均设有维护门，即便整机更换也是不在话下，根本不存在内部设备维护难的问题。 兆瓦级箱式逆变站的维护 　　三、结论 　　存在即是合理，兆瓦级箱式逆变站的出现和持续顺应了光伏电站容量大型化、建设快速化的发展趋势。经过了多年的发展，具有技术成熟、应用广泛、可靠性高、使用寿命长等特点。目前，国内外优秀的逆变器厂商均推出了箱式逆变站解决方案，并在全球推广应用，得到了良好的客户反响。在不远的将来箱式逆变站将占有更多的市场份额，为光伏电站提供长达25年可靠的收益保障。（作者为河北省电力勘测设计研究院资深电气设计专家 邵亚彬）