环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究.pdf

  • 文档大小:399.5 KB
  • 文档格式:pdf
  • 约 4页
  • 2021-06-25 发布
  • 举报
环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究1 环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究2 环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究3 环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究4
已阅读完毕,您还可以下载文档进行保存
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档
  1. 1、本文档共4页,内容下载后可编辑。
  2. 2、本文档内容版权归属内容提供方,所产生的收益全部归内容提供方所有。如果您对本文有版权争议,可选择认领。
  3. 3、本文档由用户上传,本站不保证质量和数量令人满意,可能有诸多瑕疵,付费之前,请仔细先通过免费阅读内容等途径辨别内容交易风险。如存在严重挂羊头卖狗肉之情形,可联系本站下载客服投诉处理。
第39卷第16期2011年8月l6日电力系统保护与控制PowerSystemProtectionandControlv0I.39No.16Aug.16,201I环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究张红超,马春英,李全喜,冯瑾涛,陈明(1.国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心,河南许昌461000;2.郑州铁路职业技术学院,河南郑州450052)摘要:太阳能光伏发电所处的工作环境较为恶劣,并网光伏逆变器作为光伏发电系统的重要组成部分,在各种严酷的高、低温、湿热环境下,安全性能指标都必须满足技术要求。为了考核逆变器在环境下的安全性能,搭建了环境试验平台,分别研究了国内外标准对低温、高温、湿热的要求和区别,并通过试验研究了逆变器在不同温度状态下的工作运行情况,监测了关键元器件的温升。试验研究结果表明:低温启动和高温持续运行,能够更为合理和严酷的考核逆变器的安全性能。,关键词:并网光伏逆变器;高温;低温;湿热;环境;光伏发电;安全性能TestmethodforstudyingtheeflfectofenvironmentontheperformanceofsolarphotovoltaicinverterZHANGHong-chao,MAChtm-ying2,LIQuan-xi,FENGJin.tao,CHENMing(1.ChinaNationalTestingCenterforRelayProtectionandAutomationEquipment,Xuchang461000,China;2.ZhengzhouRailwayVocational&TechnicalCollege,Zhengzhou450052,China)AbstraettTheworkenvironmentforsolarphotovoltaicpowergenerationisquitebad,andtheindexofsafetyperformanceofgridphotovoltaic(PV)powerinverter,whichisallimportantpartofthephotovoltaicpowergenerationsystem,mustmeetthetechnicalrequirementsinallkindsofharshdry,cold,andhumidenvironment.Inordertoassessthesafetyperformanceoftheinverterinenvironment,environmenttestplatformwasbuilt;therequirementsforstandardlowtemperature,hightemperature,andhumidityaswellastheirdifferenceathomeandabroadwerestudied;throughanexperiment,theworkingsituationofinverterindifferenttemperaturewasstudied,andthetemperatureriseofkeycomponentsWaSmonitored.Testresultsshowthatcoldstartanddrycontinuedoperationcallprovideareasonableandharshassessmentofthesafetyperformanceofinverter.—Keywords:photovoltaicgridconnectedinverter;dry;cold;humidity:environment;PVgeneration;safetyperformance中图分类号:TM464文献标识码:A——文章编号:1674-3415(2011)160135040引言当今世界各国都面临能源危机,发展中国家经济受到的影响更大,中国未来的持续高速发展,对石油的需求只会越来越大。虽然中国煤炭资源丰富,但对环境会造成污染,中国面临很大的国际压力。煤炭、石油等化石能源不但造成环保问题,而且是不可再生资源。太阳能是人类取之不尽,用之不竭的绿色、可再生能源。据计算,太阳1S内发出的能量就相当于1.3亿吨标准煤燃烧时所放出的热量,而到达地球表面的太阳能大约相当于目前全世界所有发电能力总和的20万倍。地球每天接收的太阳能,相当于全球一年所消耗的总能量的200倍。随着太阳能光伏发电产业在政策扶持下的快速发展,相关产品的检测显得尤为重要,这不但关系到电力系统的安全稳定运行,也关系到产业的健康、有序的发展。而作为太阳能发电的核心功率部件,太阳能光伏逆变器的性能好坏直接决定着光伏发电系统的成功与否。如何检测逆变器的质量,如何考核逆变器在不同的环境工况下的产品性能指标,需要我们认真研究。1光伏逆变器的作用、原理及组成目前太阳能发电有两种方法。一种是将太阳能转换为热能,然后按常规方式发电,称为太阳能热发电;另一种是通过光电器件利用光伏原理将太阳能直接转换为电能,称为太阳能光伏发电,国内目前普遍采用这一技术。逆变器是一种由半导体器件组成的电力调整.136.电力系统保护与控制装置,主要用于把直流电力转换成交流电力。一般由升压回路和逆变桥式回路构成。升压回路把太阳能电池的直流电压升压到逆变器输出控制所需的直流电压;逆变桥式回路则把升压后的直流电压等价地转换成常用频率的交流电压。逆变器主要由晶体管等开关元件构成,通过有规则地让开关元件重复开。关(ON.OFF),使直流输入变成交流输出。当然,这样单纯地由开和关回路产生的逆变器输出波形并不实用。一般需要采用高频脉宽调制(SPWM),使靠近正弦波两端的电压宽度变狭,正弦波中央的电压宽度变宽,并在半周期内始终让开关元件按一定频率朝一方向动作,这样形成一个脉冲波列(拟正弦波)。然后让脉冲波通过简单的滤波器形成正弦波。光伏阵列所发的电能为直流电能,然而许多负载需要交流电能,如变压器和电机等。直流供电系统有很大的局限性,不便于变换电压,负载应用范围也有限。除特殊用电负荷外,均需要使用逆变器将直流电变换为交流电。逆变器除了能将直流电能变换为交流电能外,还具有自动稳压的功能,可以改善风光互补发电系统的供电质量,在联网型光伏发电系统也需要使用具有并网功能的交流逆变器。光伏逆变器作为太阳能光伏发电系统的核心组成部分,它的性能、技术指标等参数的好坏将直接影响到系统的安全、稳定可靠运行。中国地域广饶,自然环境情况分布不均,建设在西北和南方的光伏电站,对逆变器的性能要求就不尽相同,因为长期运行在西北、高原、沙漠等环境恶劣、无人值守的地区,主要考核高温及温度变化对产品性能的影响,而南方更加需要考核逆变器在湿热、盐雾等环境下工作情况。因此如何检验光伏逆变器在高温、低温、湿热等各种环境下的工作能力,将直接影响到系统的安全运行。综合国内外实验室对逆变器环境方面的检测,基本都是依据((CGC/GF001:2009400V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法》、————{IEC6006821Environmentaltesting-part21:TestsTestA:Cold》、《IEC60068.2.2Environmental—testing-part2-2:TestsTestB:Dryheat》和——《IEC60068278Environmentaltesting-part2-78:Tests.TestCab:Dampheat.steadysmte}的要求开展试验,通过实验室反复试验结果研究表明,环境温度对逆变器的性能指标、关键元器件有至关重要的影响。2试验系统的构建、试验方法步骤和数据分析2.1国内外环境试验方法比较对于逆变器的高、低温和湿热试验,国内标准与IEC标准是有较大差异的。具体表现为:1)测试周期不同:高、低温试验的IEC标准要求通常为16h,而国内标准通常为2h。湿热试验的IEC标准要求通常为96h,而国内标准通常为48h。2)考核内容不同,IEC标准一般要求在大气环境下考核产品的性能指标,但是国内标准一般不考核。具体到标准的描述,国内标准是这样表述的:低温工作试验:产品无包装,在试验温度为℃(~20 ̄3)(户内型或(一25 ̄3) ̄C(户外型)的条件下,通电加额定负载保持2h,在标准大气条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。高温工作试验:产品无包装,在试验温度为℃℃(40士2)(户内型)或(60士2)(户外型)条件下,通电加额定负载保持2h,在标准大气条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。℃恒定湿热试验:产品在试验温度为(40士2)(户℃内型)或(60士2)(户外型),相对湿度(90土3)%恒定湿热条件下,无包装,不通电,经受48h试验后,取出样品,在正常环境条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。国际标准是这样表述的:—依据IEC60068.2.1、IEC60068.2.2、IEC60068—278的标准要求,目前普遍采用的试验方法如下:℃1)贮存试验:产品无包装,在试验温度为一25的条件下,保持16h;在标准大气条件下恢复2h后,在试验温度为70。C的条件下,保持16h。2)温度变化试验:产品无包装,在试验温度为-25。C的条件下,保持3h,然后在试验温度为70℃的条件下,保持3h。3)低温试验:产品无包装,在试验温度为~25℃的条件下,通电加额定负载保持16h,在标准大气条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。4)高温试验:产品无包装,在试验温度为55℃的条件下,通电加额定负载保持16h,在标准大气条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。5)湿热试验:产品在试验温度为400C,相对湿度93%恒定湿热条件下,无包装,不通电,经受96h试验后,取出样品,在正常环境条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。通过对比国内外标准对环境试验的考核发现,国际IEC系列标准考核更为严格,不但考核了产品的存贮和温度变化情况的性能,而且,测试的时间周期都比国内的长。但是需要说明的是,目前引用张红超,等环境对太阳能光伏逆变器性能影响的试验方法研究的IEC系列标准是通用标准,而国内的逆变器测试标准是专门针对逆变器产品要求的,有其自身的特殊情况,下面我们针对不同的标准搭建了共同的试验平台,用于综合考虑环境对逆变器的影响。2.2试验平台构建为了进一步考核产品在不同环境状态的性能,实验室主要针对500kW光伏逆变器按照IEC标准和CGC/GF001标准要求进行了试验。如图1所示。图1500kW环境试验系统Fig.1500kWenvironmenttestsystem2.3高低温试验对产品的影响问题无论是IEC标准或者是国内CGc/GFo01标准,都要求逆变器产品在进行高、低温试验时施加额定负载,当产品处于高温状态,或者环境温度很高时,加上逆变器处在额定负载下,自身的散热量逐渐加大,产品的关键元器件,特别是IGBT温度上升很快,在试验过程中,发生过IGBT温升太高,导致爆炸的事件出现。1)低温试验当逆变器额定功率运行时,试验箱自动采用双压缩机工作,随着高低温环境箱温度的降低,以及逆变器功率上升导致的发热量增加。在此期间,如果逆变器不是一直工作,而是处于低温环境中,有一些产品不能够在低温下启动,需要借助加热器才能启动。2)高温试验当逆变器额定功率运行时,试验箱自动采用双压缩机工作,随着高低温环境箱温度的上升,以及逆变器功率上升导致的发热量增加,监测到的温升曲线如图2所示。存在一些产品的关键元器件如IGBT的温度上限过低,导致烧坏的事情发生,如图3所示。因此,高温试验对考核逆变器在额定功率运行下的关键元器件性能是重要的。2.4试验方法探讨“目前,大部分的逆变器标准都规定:在标准大”气条件下恢复2h后,逆变器应能正常工作。试验研究发现,因为设备体积大,经过低温试验后,设备已经冷却完全,在标准大气条件下恢复2h后,图2温升曲线Fig.2TemperatureC1.1lNe图3关键元器件高温下损坏Fig.3Damagekeycomponentsunderhi曲temperature设备表面有较多的水,无法正常工作,一旦通电运行,将会烧毁设备。因此,在此要求下,试验其实无法按照标准要求的进行下去。通过试验情况总结出来的较好的试验方法是:低温试验后,设置试验℃℃箱温度为25~30,在原来的封闭环境内,持续6h或直至逆变器完全干燥,才能再行测试,逆变器应能正常工作。标准仅仅考核了逆变器的低温工作能力,但是;艟址R."L"n””[.l_LJ-138一电力系统保护与控制忽略了低温下设备的启动能力,有些设备在低温下能够工作,但是却不一定能够启动,由于逆变器很多时候应用在气候恶劣的环境中,因此,考核低温启动也是很有必要的。同低温试验一样,标准仅仅考核了逆变器的高温工作能力,但是忽略了高温下设备的启动能力,由于逆变器很多时候应用在气候恶劣的环境中,因此,考核高温启动也是很有必要的。3结论基于以上的试验情况分析,建议将低温试验和高温试验的试验方法修改为:“低温试验:试验方法按GB/T2423.1中试验”A进行。产品无包装,在试验温度为(-20 ̄3) ̄C(户℃内型)或(一25土3)(户外型)的条件下,产品通电启动运行,持续运行时间为2h。试验结束后再恢复至常温2h后,逆变器仍能正常工作。这样做,兼顾考核了逆变器的低温启动能力和低温试验后的恢复能力,使得逆变器在恢复至常温后,仍然预留2h的时间空间,能够对逆变器进行较为全面、科学的考核。“高温试验:试验方法按GB/T2423.2中试验”℃B进行。产品无包装,在试验温度为(40士2)(户℃内型)或(60士2)(户外型)的条件下,产品通电启动运行,持续运行时间为2h。试验结束后再恢复至常温2h后,逆变器仍能正常工作。这样做,兼顾考核了逆变器的高温启动能力和高温试验后的恢复能力,使得逆变器在恢复至常温后,仍然预留2h的时间空间,能够对逆变器进行较为全面、科学的考核。参考文献[1]戴训江,晁勤.光伏并网逆变器自适应电流滞环跟踪控制的研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(4):253O.DAIXun-jiang,CHAOQin,Researchofadaptivecurrenthysteresisbandtrackcontrolforphotovoltaicgrid-connectedinverter[J].PowerSystemProtectionandControl,2010,38f4):25.30.[2]CGC/GF001:400V以下低压并网光伏发电专用逆变器技术要求和试验方法【S],2009.CGC/GF001:technicalspecificationandtestmethodof—gridconnectedPVinverterbelow400V[S],2009.——[3]IEC60068-2-1environmentaltestingpart21:tests.testA:cold[S].—[4]IEC60068.22environmentaltesting.part22:tests.testB:dryheat[S].——[5]IEC600682-78envkonmentaltesting-part278:tests-testcab:dampheat,steadystate[S].[6]李钟实.太阳能光伏发电系统设计施工与维护[MI.人民邮电出版社,2010.[7]王红玲,张元敏,方波.基于CPWM控制方式的正弦波逆变器电路设计[J].电力系统保护与控制,2009,37(2):76・79。—WANGHongling,ZHANGYuan-min,FANGBo.Designofsine-waveinverterbasedonCPWMcontrolmode[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,—37(2):7679.[8]李明,易灵芝,彭寒梅,等.光伏并网逆变器的三环控制策略研究fJ】_电力系统保护与控制,2010,38(19):46.50.—LIMing,YILing-zhi,PENGHanmei,eta1.Research—ofthreeloopcontrolmethodofphotovoltaic—gridconnectedinverter[J].PowerSystemProtectionand—Control,2010,38(19):4650.收稿日期:201卜04-28;—修回日期:201卜0428作者简介:张红超(1977一),男,工程师,主要从事电力系统产品和新能源产品的检测研究以及标准制定工作;Email:zhanghongchao ̄2ketop.Cn马春英(1965-),女,本科,工程师,讲师,主要从事交通信号控制和电气工程方面的教学和研究工作,研究方向为电工技术和电源;李全喜(1963一),男,硕士,高级工程师,主要从事电力系统产品和电源产品的检测研究以及标准制定工作。(上接第120页continuedfrompage120)[14]PinnegarCR,MansinnhaL.TheS.transformwithwindowsofarbitraryandvaryingshape[J].Geophysis,2003,68(1):381-385.[15]PinnegarCR,MansinnhaL.Timelocalfourieranalysiswithascalable,phasemodulatedanalyzingfunction:theS-transformwitllacomplexwindow[J].SignalProcess,2004,8(4):l】67.1】76.收稿日期:2010-09-08;修回日期:201O-10-20作者简介:焦尚彬(1974-),男,博士,副教授,从事电力系统继—电保护、电能质量及电力电子技术等方面的研究;Email:jsbzq@163.tom黄璜(1985-),女,硕士研究生,研究方向为电力系统继电保护:赵黎明(1973-),硕士,高级工程师,研究方向为发变电机纽保护,厂站自动化等。
富富资料
该用户很懒,什么也没介绍
文档单价:6.00 会员免费
开通会员可免费下载任意文档