【能源峰会】万银科技王明慧：新型超大功率集中式逆变器在无人值守电站的应用

 2015年9月8日中国能源峰会在北京顺义国展新馆举行，万银电力电子科技(北京)有限公司副总经理王明慧女士在2015中国光伏技术与装备论坛上做了题为“新型超大功率集中式逆变器在无人值守电站的应用”主题演讲。

王明慧：各位专家大家下午好!下面由我简单分享一下我们作为逆变器供应厂商，在光伏领域的一些经验。我的题目是“新型超大功率集中式逆变器在无人值守的电站的应用”。可能很多人没有听说过我们公司，我做一个简单的介绍：万银科技成立于2012年12月份，在这个行业是一家比较新的公司，但是我们公司的研发团队，以及部分的管理团队都是在新能源行业有十几年以上的经验。我们的团队全部来自于原西班牙W2PS公司，这个团队在西班牙不仅在电力电子行业创造了辉煌的业绩，并且还是西班牙电网并网导则的起早团队之一，也是低电压穿越导则最早的原型。原W2PS的主要业务包括：光伏并网逆变器、低电压穿越检测设备以及风力发电机低电压穿越改造等。

万银科技最为一家中国公司，主要的业务范围是：第一个是低电压穿越检测设备，目前该设备在国内有广泛的应用业绩，包括国家电网、南方电网、内蒙电网以及中国质量在内都应用。第二个业务是光伏逆变器，包括液冷和风冷两种形式。第三个业务是新能源电动汽车充电桩。第四个业务是电网治理领域相关产品，包括动态无功补偿器、动态线路补偿器、三相平衡与不平衡装置等。目前公司的总部在北京，生产试验基地在甘肃酒泉，研发中心在西班牙马德里。

万银科技的核心团队，杜方勇先生作为公司创始人，在新能源领域有十多年以上的工作经验，原W2PS亚太区总裁，在西班牙、墨西哥以及很多公司具备丰富的管理经验。我们的总经理叫Juan FRAGA，他在新能源领域具备30年以上的工作经验，也是原欧洲议会联盟的创始人兼终身秘书长，欧洲多个新能源政策的制订者，包括在九几年的时候他就提出新能源不能作为一个节能减排的工具，要作为一个产业可持续发展。我们公司的研发总监David UGENA先生，在电力电子领域有15年以上的工作经验，原W2PS的研发副总裁，在西班牙Iberdrola能源建设公司和Cedex-Ciemat公司项目经理。Jose Manuel TENA 是我们公司的软件研发总监，在电力电子软件研发领域具有10年以上的工作经验，原西班牙Iberdrola能源集团建设公司软件控制工程师。

我的演讲主题是无人职守，目前大部分大规模光伏电站都集中在条件较差、人烟稀少的地区。目前国内大部分还是一个有人值守的一个状况，举个例子：通常一个20兆瓦的电站，常规至少需要二到四个运维人员，除开组件除尘一般外包给农民工以外，其他日常运维工作均由这些人来完成。由于组件的除尘可以用机器定期完成，而变电站目前自动化的程度比较高，基本可以做到无人职守。但是逆变器作为光伏电站的核心设备之一，其运行维护需要占据运维人员大量的时间。尽管逆变器本身的投资占据整个光伏电站非常小的一个比重，但是它作为光伏电站的核心的设备之一，其质量好坏以及性能，直接影响了光伏电站的投资收益。另外，运维人员必须花费很多时间给逆变器除尘。更换滤网，以及清除逆变器的故障等。尽管清楚逆变器故障目前都是找厂家，但厂家来维修的同时也需要有运维人员在场，这些都需要占一部分人力资源。

那么，光伏电站要做到无人职守，对逆变器来说有哪些考验?

一、集成度高。一个同等大小的光伏电站，如果它的逆变器数量太多，在电器元件故障率一定的情况，同时出故障的台数会比较多，需要耗费运维人员大量的精力来清除故障。

二、可靠性高，故障率低。目前逆变器的转化效率已经比较高了，基本都在98%以上。但很多业主可能忽略了一点，就是逆变器的可利用率。如果逆变器的效率再高，但是故障率比较高，它一年利用率也比较少，这样其实你对整个业主的电站投资来说，都是极大的困扰。

第三、逆变器的防尘问题。大部分地面电站分布在中国西部，沙尘暴及雾霾问题比较严重。逆变器作为电气元器件堆积的产品，如果常规风冷日积月累势机器内部势必很多积灰，再加上电器元件本身的静电也会吸附灰尘，造成了逆变器内部积尘问题非常严重。

第四、故障预警系统。所谓故障预警系统，就是在设备还没发生故障的时候，提前告警需要更换的设备，一款高度智能化的逆变器，必须具备这一点。

第五、模块化设计。在机器故障的时候，能快速更换清楚故障。

针对以上特点，万银科技推出了一款助力光伏电站无人值守的产品，那就是ZENIT全封闭液冷逆变器。下面对其特点作一个简单介绍。

第一、高度集成。这是万银科技推出的2MW和及4MW机型正面图，下面有对应的尺寸，该尺寸是包含直流柜的尺寸，可以看出这款2MW逆变器去除掉直流柜后，其尺寸比常规500kW逆变器只是大一点。请注意，此处讲的2MW和4MW的逆变器，是单机功率。4MW逆变器是目前全世界单机功率最大的逆变器，目前SMA的单机功率最大为2.475MW。

在功率密度上升的同时，电器元器件总数相对较少，拿万银这款2MW机型的逆变器来说，IGBT一共只有12个，而对于传统500kW的逆变器来说，要达到同等容量需要4台逆变器，它的IGBT数量是144或者192个。对于40kw组串式的逆变器来说，所需要的IGBT是600个。

另外，针对这款大功率逆变器，其实就用了一个主板，而常规多个模组并联的逆变器，它可能需要三个或者四个以上的逆变器，并联起来，需要多个主板控制多台机器。一个主板控制的优势就是整体协调性更好，控制更精准，谐波更小。这个控制主板也是我公司专利保护的产品。

一款好的产品，不仅需要好的硬件，软件控制也很关键。针对大功率等级逆变器，势必会用到更高电压等级的IGBT，电压等级越高的IGBT需要解决的最大问题就是开关损耗，电压等级越高，开关损耗越大，怎么样才能把损耗降下来，这也是一个很棘手的问题，也是很多企业之所以不选用更高等级的IGBT的原因之一。我们针对1700V的IGBT，研究出了一套低损耗控制策略，在两电平的电路拓扑结构下，不仅能把谐波降到比较低的水平，还能维持较高的转化效率。传统500kW以上的逆变器，IGBT的开关频率通常都在3000赫兹以上，万银这款逆变器开关频率为2.5kHz，其能够在比较低的开关频率的情况下，把谐波控制在1%以内，这也得益于我们的主控板及软件控制策略的配合。

第二、高可靠性。这里列举了一些常见光伏逆变器故障：首先IGBT的运行温度，如果散热效果不佳，其温度过高会导致IGBT的损坏，这是最常见的故障。其次就是灰尘，这是让很多业主头痛的问题。很多逆变器运行一段时间后打开，电器元件上积满了厚厚的一层灰，不仅影响三小效果，还有严重的安全隐患。此外，其他的故障，如主板故障、死机、电抗器、电容器、冷却系统故障等。

万银这款内置全封闭液冷系统，所有的核心散热部件温度都在可控范围内，使高散热功率器件维持在相对较低的恒温状态。经过实验， ZENIT系列液冷逆变器的IGBT在满功率工况下运行温度不超过90摄氏度，据了解常规风冷逆变器在高温天气满功率工作温度可以达到120度。可能很多人对这个数字不是太敏感，但是要知道对于IGBT或者其他电器元件来讲，运行工作温度非常关键，因为温度越高，不仅效率越低，而且损坏的概率也越大。如果能很好的解决散热问题，电器元件的寿命会得到有效的延长，这也是我们采用液冷的主要原因。

第三、ZENIT逆变器具备更全面的配置。首先，我们采用的是更搞一个规格的IGBT，在可靠性及绝缘性能方面比常规低等级的功率器件有一定优势。其次，ZENIT逆变器配备了UPS，其功能不仅是为了低电压和零电压穿越，更重要的是逆变器内所有开关电源均从UPS取电，经过UPS后的电能质量比电网要好，能有效延长开关电源的使用寿命。而常规的逆变器，大家为了节约成本，基本已经把UPS去掉了。另外，ZENIT液冷逆变器的冷却系统使IGBT及电抗器运行温度更低，也能延长使用寿命。最后，ZENIT逆变器内运用了主从式PLC，能采集大量数据，为智能故障预警系统奠定基础。此外，ZENIT逆变器内使用的元件基本是国内外知名品牌，像西门子的PLC、莱姆的传感器、DEHN的避雷器等。这些品牌元器件的全面使用也进一步保证了产品的可靠性。

第四、万银逆变器采用主动防尘设计。主要部件的热量由液体带出来后再进行二次换热，机器内部无需大量气体对流，能维持机器内部更干净，不需要像常规逆变器那样频繁清扫。

第四、故障预警系统，上午也有很多专家讲到这一点。不管大数据还是互联网+，这些都基于底层的数据监控和采集。万银逆变器配备一套15寸液晶触摸显示屏，我们叫做Smart HMI，可以远程监控所有电气元件的参数。这为后续的大数据和云计算奠定了坚实的基础。

第五、模块化设计，这是我们3.2兆瓦逆变器打开以后的样子，包含中间的主控柜，左右两边的功率柜，最左边和最右边的直流柜，每个柜体内部都是模块化设计，可以快速更换。

那么，万银这款ZENIT液冷逆变器能给客户带来什么价值呢?

第一、更高的发电量，因为我们的产品不会降额运行，在夏季，尤其在中午11：00到下午15：00之间，当外部环境温度可能达到35度以上时，IGBT如果长期高负荷的运行，温度可能会超过120度，常规逆变器一般会采取一些降额运行的策略。而我们的逆变器具备良好的散热系统，无需降额也能满功率。针对传统的风冷逆变器的降额运行，然后我们做了一个简单的计算：以100MW电站为例，每年降额运行的天数假设100天，每天假设降额运行2个小时，每次降额运行15%，那么每年因为降额运行要损失270万的利润。

第二、更低的单位投资成本。我们公司在做这款产品之初就已经考虑到，如何应用这款产品，如何优化布局才能降低初始投资成本。目前我们公司也提供这样一项服务，根据客户的项目一对一分析，提供最佳的排布方案，经过优化设计后，初始投资成本能降低约2%左右。

第三、更高的系统效率。万银ZENIT系列2MW逆变器，后续配套只需要一个双绕组的变压器，而传统500kW逆变器，达到同等容量，需要2套双分裂变压器。经过详细计算，一个20兆瓦的电站，应用ZENIT系列2MW逆变器也常规500kW逆变器在直流电缆、变压器、交流电缆损耗方面做详细分析对比后发现，ZENIT系列2MW方案比传统方案的损耗要低5%左右。

第四、更低的故障运维成本。在同一故障率的情况下，假设元器件为2%，一个100兆瓦的电站，不同的形式的逆变器，它25年需要这样一个运维费用差别是非常大的。ZENTI系列2MW逆变器的故障运维成本基本只是常规逆变器的零头。

第五、更少除尘花费。一个100兆瓦的电站，采用常规500kW逆变器，一年需要清扫12次，而万银逆变器由于采用了主动防尘设计，不需要频繁的除尘，一年除两次尘既可达到常规500kW逆变器一年除12次尘的效果，那么25年电站生命周期内，ZENIT系列逆变器的除尘花费只是常规500千瓦逆变器的零头。