摘要:  一站式智能兆瓦箱系統為太陽能電站建設的核心部分，可實現變流器、監控系統、開關柜、干(油)升壓變、配電、門禁監控以及消防報警系統等進行結合，相比以往集中站建設方式，其對占地面積的要求更小，對進一步推動城市節能環保具有重要意義。為充分發揮其所具有的安全性、可靠性等優點，需要基于其特點來做好智能兆瓦箱系統的開發，通過其應用技術優勢來促進太陽能電站的持續健康發展。

關鍵詞:  智能兆瓦箱系統;太陽能站;系統開發

在光伏發電技術快速發展背景下，世界上兆瓦級光伏發電系統以及兆瓦級聯網光伏電站建設數量不斷增多，近年來我國也加大了對光伏發電項目的推動，發光發電裝機容量持續增加，對促進光伏發電行業的發展具有重要意義。在光伏行業不斷發展壯大的情況下，以往的技術設備逐漸不能滿足發展需求，還需要基于實際條件來進行專業分析和優化，消除現存的各類缺陷。

一、智能兆瓦箱系統設計需求

太陽能現在已經逐漸成為重要的能源，對促進社會經濟持續發展具有至關重要的作用。而一站式智能兆瓦箱系統為太陽能電站核心部分，可對各功能子系統進行集合，最終可以利用一臺兆瓦箱系統代替以往6～8臺產品組成的系統，所需資源支持更小，并且在實際運行中也具有更高安全性與可靠性。通過不斷研發升級，現在已經取得了良好成果，可實現智能云控制，實現網絡視頻的實時傳輸，視頻圖像可以達到PAL制每秒25幀，NTSC制每秒30幀。滿足標準20英尺集裝箱設計，集成2臺1250kW光伏逆變器、干(油)升壓變、監控單元、配電、開關柜、門禁監控及煙霧報警系統、溫濕度自動控制通風系統等，能夠有效應對沿海、高海拔以及強風沙地區運行需求，并且安裝體積更小，安裝調試方便，但是功率密度可提升50%。[1]

二、智能兆瓦箱系統設計技術難點

(一)系統供電方案設計。

1.問題分析。光伏逆變器為光伏發電系統的重要設備之一，具有低電壓穿越功能，當電網出現低電壓穿越故障時，光伏逆變器在不脫網的同時向電網提供無功支撐，確保電網可以盡快恢復到正常供電狀態。要求光伏逆變器必須要具有較高可靠性，可保持較長服務壽命。[2]但是現在光伏逆變器控制系統供電方案在電網低電壓穿越時存在較多不足，主要體現在以下幾個方面:第一，電網低電壓穿越故障時，電網電壓跌落，通過電網側取電在跌落時間段失電，不能滿足逆變器控制系統供電需求。第二，主接觸器控制線圈為感性負載，吸合時功率較大，維持吸合所需功率較小，一般為交流側供電方式。但是在出現低電壓穿越故障時，電網電壓跌落，接觸器線包失電導致接觸器斷開脫網。第三，現在大部分廠家均是選擇設置UPS的方案來滿足低電壓穿越要求，不僅成本比較高，并且壽命短需要定期更換。

2.解決要點。為有效解決現存的供電系統問題，需要在原有基礎上對供電方案進行調整，利用AC/DC高頻開關電源以及DC/DC高頻開關電源同時向光伏逆變器系統供電，提高系統母線電壓穩定性，并且可實現系統供電1+1備份，系統運行可靠性更高。[3]同時，低電壓穿越時，DC/DC高頻開關電源能夠滿足光伏逆變器壽命要求。并且經過有效電路以及工作時序控制，在接觸器吸合過程中，能夠有效隔離接觸器供電與控制系統供電，降低了兩者之間存在的干擾。

(二)檢測電路設計。

1.技術難點。通過光伏逆變器可以實現太陽能發電向交流電轉變后并網，如果在并入電網過程中逆變器出現問題，便會造成太陽能電池輸入正負極性反接，輕則會直接損壞逆變器，重則會產生火花將電纜燒毀，產生重大的安全事故。為保證逆變器運行正常，一般會選擇用A/D讀取直流輸入電壓或輸入電流，然后通過控制芯片來判斷太陽能電池組串輸入是否存在反接情況，達到檢測電路的效果。但是此種檢測方法要求每一路獨立的太陽能電池組串均要進行電壓采樣，結構復雜度高，需要占用較多控制芯片接口資源，實際運行成本比較高。另外，現在所經驗的檢測方法，對多路獨立電池接入的反接保護措施不具備自診斷功能，安全隱患比較大。

2.解決方法。可對光伏逆變器輸入反接檢測電路方法進行創新，使其具有自診斷功能，要求在多路太陽能電池內任何一路存在反接情況時，可以直接通過LED1顯示出來。并且光電耦合器向控制芯片輸出信號，控制芯片輸入信號電壓將會發生變化，采取相應控制措施處理，避免太陽能電池反接產生的安全隱患。假如電阻R2與R3之間連接線斷開，則控制芯片AD端輸入信號電壓會發生一定變化，同時控制芯片會發出告警信息，提示線纜已經斷開，達到故障自診斷的目的。

(三)PID效應。

1.設計難點。PID效應為光伏發電近年來影響較大的衰減效應，現在光伏并網系統不斷擴大，系統電壓逐漸增大，組件內部電池片相對于大地壓力不斷增高，而光伏組件鋁邊框要求接地處理，這樣就會造成晶體硅光伏組件內電路與其接地金屬框之間產生負的高電壓。受到高壓影響，組件電池封裝材料以及組件上下表面層材料內將會出現離子遷移的情況，使得光伏電池組件光伏性能持續衰減。就研究表明，可以向電池組件輸出負極接地或對電池組件輸出端與大地之間施加正電壓，以此種方法預防PDI效應的產生。例如為光伏逆變器每個獨立輸入均連接一個PID電源，通過電源對組件和大地間施加正電壓，但是在實際操作中會發現，如果對每個獨立組件來連接一個PID電源，將會產生更多成本，造成系統成本浪費。

2.解決方法。可優化電路設計以及軟件控制方法，對PID效應進行有效預防。即通過對光伏電池組串端口電壓進行采集，判斷光伏逆變器的工作狀態，待光伏逆變器停止工作時，向光伏電池板正負極以及大地之間來施加正電壓以免PID效應的產生。

三、結語

對智能兆瓦箱系統進行設計研究，對進一步推動光伏發電行業的發展具有重要意義，不僅可以降低前提建設成本，同時還可以提高光伏發電系統運行的可靠性與安全性，實現高效并網，真正達到節能環保發展的目的。

參考文獻:

[1]項添春，王旭東，馬世乾，丁一.智能園區兆瓦級多微電網建設與運行模式[J].分布式能源，2017，2(04):1-6.

[2]陳兆圣.兆瓦級風力機的智能控制算法研究[D].電子科技大學，2013.

[3]趙陽.兆瓦級變漿距風力發電機組智能控制系統的研究[D].東華大學，2011.602

作者:付東升 單位:上海正泰電源系統有限公司