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小固谈“芯”系列-逆变器的‘芯’之守护
+ 发布时间:2018-04-13

前言:阶段性的对我们熟知的行业领域和产品进行重新定义,这往往意味着,我们的行业发展到了一个新的高度;同时也意味着我们对应用于这个行业领域的产品也有了新的认知,这是一种进步。

就像固德威对于光伏逆变器的定义,已经从“逆变器是光伏系统的关键先生”到“逆变器是光伏系统的‘芯’”。




这颗“芯”,之所以称之为“芯”,不仅是因为他关乎光伏系统全生命周期的设计、安装和运维,更因为他,虽然只占光伏系统成本的5%~10%,却掌控了整个光伏系统100%的发电量,还因为他时刻都是光伏系统的“大脑”。

小固始终致力于为光伏行业创造价值,结合这个重新定义的光伏‘芯’,小固谈‘芯’系列,就此展开。

 

1、‘芯’之守护需‘坚守’

随着平价上网进程加快,行业对于系统成本的下降的需求已经可以用‘苛刻’来形容,逆变器作为光伏系统的‘芯’也需要在保证高质量和稳定性的前提下,进一步提升效率并降低成本,为了这个目标小固始终在不断的努力。因此,本文要探讨的关键,逆变器哪怕降成本降得再低,也不能忽略的各种安全保护措施,也就是小固定义的‘芯’之守护。

 

2、‘芯’之‘守护’的根本要求

l  漏电流保护—根据安全规定,人体安全电压为不高于36V,持续接触安全电压为24V,安全交流电流为10mA,,人体允许通过的电流一般为30mA,致命电流为50mA,而光伏系统的工作电压和电流远远超过此限值,因此,‘芯’之守护设计,在这方面会有极其苛刻的追求。

l  其它安全设计——根据NB/T 32004的要求,逆变器所需的安全保护包括:对地绝缘保护,漏电流保护,输入限流保护,输入电压保护,输出限流保护,电网电压保护,电网频率保护,防孤岛保护,防雷保护等,每台逆变器在出厂之前都会做这些安全保护的测试,从而保证出厂的逆变器都具有安规所规定的安全保护功能。

l  上面所说的这些安全保护万一失效了怎么办?那么冗余保护就是逆变器安全保障的最后一道防线。

 

3、‘芯’之守护的冗余设计

l  冗余保护的基本定义是:为增加系统的可靠性,而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。例如冗余系统在飞机上的应用:如果一个飞机需要两个发动机可以正常启用的话,那这个飞机可能需要至少四个发动机,这就是冗余设计。



还有日常生活中也有比较常见的冗余保护,如运货的重卡,在卡车载重的后轮胎上,任意一个轴承上的一边至少有两个轮胎,其实仅需要一个轮胎,重卡就可以正常运行,另外一个轮胎就是冗余保护了。


l  逆变器的冗余保护,主要有CPU的冗余保护和继电器(Relay)的冗余保护,固德威的逆变器的CPU冗余保护通过主副两个CPU以及一个ARM通讯芯片来实现。这里重点介绍继电器的冗余保护【什么是继电器,通俗来讲,继电器就是逆变器内部的自动开关,起到安全保护的作用,当逆变器出现电路故障的时候,继电器可以自动断开,从而保证逆变器可以和电网及时脱网,从而保障检修人员的人身安全。】

下图是逆变器的继电器冗余设计图示:


a1和a2是一组继电器,b1b2是另一组继电器,两组继电器之间互为冗余保护。

当电网停电的时候,电网端的火线和零线是断电的,没有电压,可以触及,逆变器的继电器应是断开的。

如果逆变器发生了故障,控制电路失效,包括炸机等故障,导致继电器发生了烧结现象,没有断开,电网的火线,零线和PV侧还连着,很容易发生触电事故。

而且继电器本身是有寿命的,寿命一般以闭合断开的次数来计算,且继电器也会存在失效的概率,本身的问题也会导致继电器烧结现象,如果此问题发生,也会导致触电事故的发生。所以固德威的逆变器在启动之前继电器会闭合断开来自检,从而保证继电器本身没有问题,再继续并网发电。

有了继电器的冗余保护,其中一个继电器失效,另外一组继电器就可以及时断开,可以有效避免逆变器故障或者继电器本身故障导致的继电器烧结,从而避免触电事故的发生。

没有继电器冗余保护,只有一组继电器,当这个继电器发生烧结的时候,对检修人员的人身安全是个很大的隐患。

 

4、‘芯’之痛—国内外对‘芯’的安规要求对比

国外IEC62109-2的安规要求,逆变器的继电器必须要有冗余保护,且逆变器在开机之前必须要自检。而国内的NB/T32004的安规对此并没有明确的规定。

出于国内外安规的差异性,成本上的压力,导致一些逆变器厂家在国内外出货上有差异,甚至针对中国的项目还有‘特别开发’的‘扶贫专用机’。这让小固的‘芯’很痛,中国作为领先全球的光伏产业大国,我们应该至少做到,销往全球各地的产品用相同的质量和安全标准来把关,才能让世界重新认识“中国制造”,然后才能达到下一步的“中国智造”

 

特此,小固郑重承诺:固德威逆变器的产品设计严格按照最严格的安规设计规定,所有国内外机器保持一致,绝不有硬件差异!

 

5、‘芯’之降本增效的正确方向

l  半导体功率器件的效率提升是关键

l  逆变器主板的合理布局,优化散热设计,提升效率,保证稳定性

l  逆变器主板的科学布局,进一步提升功率密度,以达到降低成本的目的

l  厂家通过规模化,提升供应商整合水平,以降低原材料采购成本

l  无论提升效率和降低成本的需求多么苛刻,逆变器的稳定性永远是第一位的,逆变器的设计一定不能耍小聪明,把一些关键的保护电路都省去!

 

最后,让我们借用固德威董事长,黄敏先生的话,来结束今天的探讨:


‘芯’之守护,也是光伏人的‘心’之守护—小固


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