一種逆變器和變壓器集成設備的製作方法

2023-06-15 04:02:17

本發明涉及一種光伏逆變升壓集成設備，屬於光伏發電系統逆變、升壓一體化設備的技術領域。

背景技術：

太陽能光伏發電佔據世界能源消費的重要席位，可廣泛用於社會生活的各個領域。所以光伏發電站建設投資的經濟性、運行的穩定性越來越受到關注。逆變器和箱式變壓器作為整個光伏發電站的核心設備，直接關係到光伏發電站正常運行時的電能質量和可靠性。現在大型光伏發電站逆變部分基本都是按照1MW為一個單元，主要由戶外匯流箱、箱式逆變房（內含兩臺500kW逆變器）、箱式變壓器（內含1臺1MW雙分裂變壓器）組成。

圖1給出了現有光伏系統中箱式逆變器房和箱式變壓器的現場安裝示意圖。目前光伏發電站的設計方案中，箱式逆變器房和箱式變壓器作為兩套獨立的電氣設備布置，它們由不同的廠家提供，且在工程應用中，兩個設備都需要澆築獨立的鋼筋混泥土基礎，彼此之間相隔一定的安裝距離，採用三相交流線纜連接。

圖2給出了現有光伏系統中箱式逆變器房和箱式變壓器的電氣原理圖。箱式逆變器房和箱式變壓器獨立設置，箱式逆變器房中的兩臺逆變器低壓側通過線纜，接入雙分裂變壓器，然後通過組合電器接入電網或電站的中壓系統。

這種設計方案主要存在著以下不足：

第一、兩臺設備空間上間隔較近，造成重複使用部分電氣器件，造成器件應用浪費且存在一定的能量損耗；

第二、箱式逆變器房和箱式變壓器之間採用大截面電纜連接，現場施工中敷設極為不方便，可能造成連接的不可靠；

第三、箱式逆變器房和箱式變壓器作為兩臺設備，需要澆築兩個鋼筋混泥土基礎，增加了施工時間和成本。

技術實現要素：

針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種光伏逆變升壓一體化設備，將逆變器和雙分裂變壓器集成設置，省去了傳統光伏發電站中雙分裂變壓器內輸入側（也稱低壓側）的斷路器、防雷裝置、以及逆變器輸出側的防雷裝置。使得布局設計更加合理、進一步提高了發電站的安全性、穩定性，降低了設備成本和現場工程量。

本發明實施例提供了一種逆變器和箱式變壓器一體化設備，包括第一逆變器（2）、第二逆變器（3）、雙分裂變壓器（4）、以及組合電器（5），所述第一逆變器（2）中包括第一直流/交流轉換單元（6）、第一斷路器（13）和第三斷路器（15），所述第二逆變器（3）中包括第二直流/交流轉換單元（7）、第二斷路器（14）和第四斷路器（16），其特徵在於：所述第一逆變器（2）、第二逆變器（3）、雙分裂變壓器（4）和組合電器（5）集成設置；第一逆變器（2）和第二逆變器（3）的輸入端分別通過所述第一斷路器（13）和所述第二斷路器（14）連接光伏組件，其輸出端分別通過所述第三斷路器（15）和所述第四斷路器（16）直接連接於所述雙分裂變壓器（4）的低壓側；所述雙分裂變壓器（4）的輸出側連接組合電器（5）的輸入側，所述組合電器（5）的輸出側與電網連接，實現對電能的輸送。

較佳地，還包括：第一逆變器監控單元，其對所述第一直流/交流轉換單元進行監控，實現對所述第一斷路器、第三斷路器中的至少一個斷路器的控制；第二逆變器監控單元，其對所述第二直流/交流轉換單元進行監控，實現對所述第二斷路器、第四斷路器中的至少一個斷路器的控制。

較佳地，還包括：溫控器、測控單元、數據採集器，所述溫控器用以監測所述雙分裂變壓器的溫度，當該溫度超過預設的第一閾值時，所述溫控器控制所述第三斷路器、第四斷路器和組合電器直接脫扣；所述測控單元用以監測所述雙分裂變壓器低壓側的電壓和/或電流信號以及所述組合電器的狀態信號，當監測的所述低壓側的電壓和電流信號中的至少一種超過預設的閾值時，所述測控單元控制所述第三斷路器和第四斷路器直接脫扣；所述測控單元接收所述溫控器輸出的溫度信號，當該溫度信號超過預設的第二閾值時，發出二次脫扣信號，控制所述第三斷路器、第四斷路器和組合電器直接脫扣。

較佳地，所述測控單元檢測到故障信息後，通過所述數據採集器將故障信息傳輸給所述第一逆變器監控單元和/或第二逆變器監控單元，控制所述第一逆變器和/或第二逆變器關機。

較佳地，所述組合電器出現電氣異常時，該組合電器控制所述第三斷路器和第四斷路器直接脫扣。

較佳地，所述第一直流/交流轉換單元、第二直流/交流轉換單元均包括直流濾波器、逆變橋、交流濾波器和交流接觸器。

較佳地，所述第一斷路器和第二斷路器能夠採用隔離開關和熔斷器的組合電路替代。

較佳地，所述第一斷路器和第二斷路器能夠採用多個容量更小的斷路器並聯替代。

較佳地，所述組合電器包括熔斷器、負荷開關、隔離開關和防雷器。

較佳地，本發明提供一種用於光伏發電站的控制方法，其特徵在於，所述方法用來控制本發明中所公開的逆變器和箱式變壓器一體化設備。

與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：

第一、省去箱式變壓器（簡稱箱變）低壓側輸入斷路器、防雷器，和逆變器輸出側的防雷器，節省了設備成本。

第二、可以節省鋼筋混泥土基礎和施工時間。

第三、縮短箱變和逆變器之間的線纜，減少施工時間，提高線纜連接可靠性。

第四、減少現場設備吊裝、安裝的時間和費用。

附圖說明

圖1是現有光伏系統中箱式逆變器房和箱式變壓器的現場安裝示意圖；

圖2是現有光伏系統中箱式逆變器房和箱式變壓器的電氣原理圖；

圖3是本發明集成的逆變器和箱式變壓器的實施例的電氣原理圖；

附圖標記：附圖中的標記說明，1—逆變器和箱式變壓器一體化設備、2—第一逆變器、3—第二逆變器、4—雙分裂變壓器、5—組合電器、（5_1）—熔斷器、（5_2）—負荷開關、(5_3)—隔離開關、（5_4）—防雷器、6—第一直流/交流轉換單元、7—第二直流/交流轉換單元、8—第一逆變器監控單元、9—第二逆變器監控單元、10—溫控器、11—測控單元、12—數據採集器、13至16—第一至第四斷路器。

具體實施方式

以下結合附圖，對本發明實施例提供的技術方案做進一步詳細的敘述。

實施例一：

參見附圖3，本發明的逆變器和箱式變壓器一體化設備（1）用於光伏發電站中，該一體化設備將逆變器單元、雙分裂變壓器（4）以及組合電器（5）等設備集成設置，所述逆變器單元的輸入端接收光伏組件（例如採用太陽能電池板）提供的直流電能，並將該電能轉換成供雙分裂變壓器（4）接收的交流電，該雙分裂變壓器（4）將接收的交流電升壓，並最終轉換為適當的電壓（例如交流1kV-20kV），然後通過組合電器（5）送入電網。

逆變器單元包括第一逆變器（2）和第二逆變器（3），第一逆變器（2）中包括第一直流/交流轉換單元（6）、第一逆變器監控單元（8）、顯示裝置、以及第一斷路器（13）和第三斷路器（15）；第二逆變器（3）中包括第二直流/交流轉換單元（7）、第二逆變器監控單元（9）、以及第二斷路器（14）和第四斷路器（16）；所述逆變器監控單元（包括第一逆變器監控單元（8）、第二逆變器監控單元（9））分別對其對應的直流/交流轉換單元進行監控，實現對所述第一斷路器（13）、第二斷路器（14）、第三斷路器（15）和第四斷路器（16）中的至少一個進行控制；本發明中的直流/交流轉換單元可為本領域任何能夠將直流轉換成交流的裝置，優選為包括直流濾波器、逆變橋、交流濾波器和交流接觸器。

所述第一逆變器（2）、第二逆變器（3）、雙分裂變壓器（4）和組合電器（5）集成設置；第一逆變器（2）和第二逆變器（3）的輸入端分別通過第一斷路器（13）和第二斷路器（14）連接光伏組件，優選地，在該輸入端連接防雷器；其輸出端分別通過第三斷路器（15）和第四斷路器（16）直接連接於所述雙分裂變壓器（4）的低壓側；雙分裂變壓器（4）的輸出側連接組合電器（5）的輸入側，所述組合電器（5）的輸出側與電網連接，實現對電能的輸送。

優選地，所述第一斷路器（13）和第二斷路器（14）能夠採用隔離開關和熔斷器的組合電路替代；優選地，所述第一斷路器（13）和第二斷路器（14）也能夠採用多個容量更小的斷路器並聯替代；術語「容量更小」是指相對於所述第一斷路器（13）和第二斷路器（14）的容量。

該一體化設備中還包括溫控器（10）、測控單元（11）、數據採集器（12）；溫控器（10）連接雙分裂變壓器（4），採集雙分裂變壓器（4）的溫度信號，並對該雙分裂變壓器（4）的溫度進行監控，當採集的溫度信號超過預設的第一閾值時，所述溫控器（10）控制第三斷路器（15）、第四斷路器（16）和組合電器（5）直接脫扣；測控單元（11）連接雙分裂變壓器（4）和組合電器（5），用來監測雙分裂變壓器（4）低壓側的電壓和/或電流信號以及組合電器（5）的狀態信號，當所述低壓側的電壓和電流信號中的至少一種超過預設的閾值時，測控單元（11）控制第三斷路器（15）和第四斷路器（16）直接脫扣；同時，測控單元也連接溫控器（10），接收所溫控器（10）輸出的溫度信號，當該溫度信號超過預設的第二閾值時，發出二次脫扣信號，控制第三斷路器（15）、第四斷路器（16）和組合電器（5）再次直接脫扣，兩次脫扣操作，可以確保該一體化設備的安全運行，提高了系統的可靠性，所述第一閾值和第二閾值的取值以及相互間的大小關係，本領域技術人員可以根據實際設計需要適當選擇。

組合電器（5）連接雙分裂變壓器（4）的輸出端；經雙分裂變壓器（4）轉換後的電壓（例如交流1kV-20kV），通過組合電器（5）最終輸出到電網。組合電器（5）內部可安裝有熔斷器（5-1）、負荷開關（5-2）、隔離開關(5-3)和防雷器(5-4)。同時，該組合電器（5）連接第三斷路器（15）和第四斷路器（16），如此設置，使得其與第三斷路器（15）和第四斷路器（16）形成電氣連鎖，當組合電器（5）出現電氣異常時，其控制所述第三斷路器（15）和第四斷路器（16）直接脫扣，進一步提高了發電站的安全性、穩定性。

數據採集器（12），用於與電站集控中心進行信息交互。當測控單元（11）檢測到設備故障信息後，通過該數據採集器（12），將該故障信息傳輸給所述第一逆變器監控單元（8）和/或第二逆變器監控單元（9），控制所述第一逆變器（2）和/或第二逆變器（3）關機；同時，通過該數據採集器（12），將該故障信息傳輸給電站集控中心，供工作人員了解設備運行情況，及時維護。

本發明的逆變器和箱式變壓器一體化設備（1）由於集成了逆變器單元和雙分裂變壓器，相對於現有光伏系統，省去了原雙分裂變壓器內輸入側（也稱低壓側）的斷路器和防雷器、省去了逆變器單元輸出側的防雷器，使得電路結構更加簡單，進一步節省了生成成本；同時，從控制方面看，當測控單元（11）檢測到雙分裂變壓器（4）的過溫、過壓、過流等故障信號時，可以直接脫扣逆變器側的第三斷路器（15）和第四斷路器（16）；此外，組合電器（5）與逆變器側的第三斷路器（15）和第四斷路器（16）形成電氣連鎖，當組合電器（5）出現異常時，逆變器側的第三斷路器（15）和第四斷路器（16）也立即脫扣，進一步提升了設備運行的安全性和可靠性。

相應地，根據本發明文字記載以及實質公開的逆變器和箱式一體化設備的電氣電路圖，其對應的控制方法也在本發明公開的範疇。即，本發明也公開了一種用於光伏發電站的控制方法，所述方法用來控制上述逆變器和箱式變壓器一體化設備。

以上公開的僅為本申請的具體實施例，但本申請並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護範圍內。