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河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院資深電氣設(shè)計(jì)專家：邵亞彬
德國(guó)最偉大的哲學(xué)家黑格爾曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“存在即是合理”。任何事物的出現(xiàn)和持續(xù)有其必然的道理，世間萬(wàn)物皆如此。隨著大型地面電站的容量越來(lái)越大，施工量越來(lái)越大，對(duì)電站建設(shè)效率的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的建站方案無(wú)法滿足快速建站的普遍需求，于是一種集裝箱式逆變器解決方案被迅速推廣和應(yīng)用，它就是兆瓦級(jí)箱式逆變站。兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案廣泛應(yīng)用于大型地面電站中，因其施工簡(jiǎn)便、接線容易、防護(hù)等級(jí)高，得到了很多電投企業(yè)和EPC廠商的普遍認(rèn)可。
兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案
一、兆瓦級(jí)箱式逆變站的發(fā)展歷程
兆瓦級(jí)箱式逆變站作為大功率集中式逆變器的一種升級(jí)版，顛覆了傳統(tǒng)光伏電站的建設(shè)模式，為客戶帶來(lái)更便利的電站解決方案。在國(guó)外SMA于2011年推出了1MW、1.25MW逆變單元解決方案，而在國(guó)內(nèi)陽(yáng)光電源和特變電工也于2011年就推出了以彩鋼房為載體的1MW箱式逆變站，但彩鋼房的強(qiáng)度、防護(hù)性能較差，無(wú)法適應(yīng)大型地面電站中惡劣的自然環(huán)境，所以隨著技術(shù)的發(fā)展，2011年陽(yáng)光電源和特變電工相繼推出了以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體的兆瓦級(jí)逆變單元。改良后的箱式逆變站對(duì)散熱和防腐重新做了設(shè)計(jì)，鋼板強(qiáng)度更高，防腐設(shè)計(jì)更優(yōu)良，散熱效果更出色，完全能夠應(yīng)用在環(huán)境惡劣的光伏項(xiàng)目中。
彩鋼房式兆瓦級(jí)箱式逆變站 集裝箱式兆瓦級(jí)箱式逆變站
二、兆瓦級(jí)箱式逆變站的認(rèn)識(shí)誤區(qū)
兆瓦級(jí)箱式逆變站是將并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、通訊柜、綜合柜等設(shè)備集中安裝在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱中。在機(jī)房運(yùn)抵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)后，用戶僅需完成簡(jiǎn)單的地基施工、現(xiàn)場(chǎng)安裝及外部接線即可，相比傳統(tǒng)方案，能夠有效縮減現(xiàn)場(chǎng)建站時(shí)間，降低現(xiàn)場(chǎng)施工、接線、安裝難度，提升建站效率。
兆瓦級(jí)箱式逆變站內(nèi)部布局
兆瓦級(jí)箱式逆變站的出現(xiàn)是光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備日趨成熟化的一種表象，也是光伏電站建設(shè)走向便捷、快速的關(guān)鍵。雖然兆瓦級(jí)箱式逆變站大規(guī)模應(yīng)用已有多年，但是仍然有很多設(shè)計(jì)人員和投資商對(duì)這種產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)。
（1）誤區(qū)一：兆瓦級(jí)箱式逆變站無(wú)法適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于兩方面，一方面是對(duì)集裝箱材質(zhì)及表面處理方式不了解，另一方面是因行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，造成以點(diǎn)帶面的結(jié)論。實(shí)際上優(yōu)秀的逆變器廠商對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品工藝有著極高的要求，特別是對(duì)戶外設(shè)備的材料強(qiáng)度、防護(hù)和防腐蝕要求非常高。
a.箱體材料選型
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體采用不低于2mm的瓦楞鋼板（將冷軋鋼板經(jīng)過(guò)彎折加工而成，增加鋼板的強(qiáng)度）整體焊接而成，集裝箱重量達(dá)3噸左右，強(qiáng)度可抗8級(jí)以上地震及16級(jí)強(qiáng)風(fēng)破壞。
b.防護(hù)方案
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體采用整體焊接成型，箱體自身不會(huì)出現(xiàn)漏水、進(jìn)灰的情況，而且對(duì)于可能進(jìn)灰和漏雨的進(jìn)出風(fēng)口處，也做了周到的細(xì)致的設(shè)計(jì)。
進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)：兆瓦級(jí)箱式逆變站進(jìn)風(fēng)口通常采用防雨、防沙百葉，百葉窗采可在180°范圍內(nèi)防護(hù)任何方向的噴濺水進(jìn)入機(jī)房，同時(shí)可防止大顆粒風(fēng)沙進(jìn)入，加上網(wǎng)格PPI達(dá)到30的聚氨酯防塵網(wǎng)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)防雨、防沙的功能。
出風(fēng)口設(shè)計(jì)：兆瓦級(jí)箱式逆變站出風(fēng)口采用通風(fēng)彎頭+防塵網(wǎng)的防護(hù)方式，機(jī)房外部的通風(fēng)彎頭出風(fēng)口朝下，配合網(wǎng)格PPI達(dá)20的防塵網(wǎng)，在有效避免強(qiáng)風(fēng)直吹出風(fēng)口導(dǎo)致風(fēng)向逆流的同時(shí)，防止風(fēng)沙、雨水從出風(fēng)口進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)部。
c.防腐蝕方案
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體表面采用噴砂除銹+三層漆面噴涂多重處理方案，防止風(fēng)沙吹打和鹽霧造成的漆面脫落腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。
噴砂除銹處理：通過(guò)噴砂將集裝箱體表面的的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮、焊渣除去，經(jīng)過(guò)噴砂處理后漆面的附著性更好，確保漆面在機(jī)房運(yùn)行壽命內(nèi)不脫落。
三層漆面噴涂：箱體表面采用三層防腐蝕油漆噴涂處理，底漆采用附著力極強(qiáng)的環(huán)氧富鋅漆，為箱體提供最直接的防腐保護(hù)；中間漆采用具有良好附著力和封閉性能的環(huán)氧云鐵漆，增加漆面水、電解質(zhì)的屏蔽作用；面漆采用可抵抗紫外線的聚氨酯漆，能夠防止漆面老化，保持光澤。
通過(guò)以上防護(hù)及防腐蝕處理方案，完全可確保箱式逆變站在各種惡劣環(huán)境下運(yùn)行。
（2）誤區(qū)二：兆瓦級(jí)箱式逆變站的散熱性能差
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于對(duì)箱式逆變站的散熱設(shè)計(jì)不了解，錯(cuò)誤的認(rèn)為機(jī)房的體積小，空間緊湊，對(duì)散熱不利。實(shí)際上電力電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)是所有逆變器廠商最為關(guān)注的，也是最重要的一環(huán)，優(yōu)秀的大機(jī)廠商完全能夠保障其產(chǎn)品的散熱性能。
a.進(jìn)出風(fēng)口設(shè)計(jì)
國(guó)內(nèi)目前主流的大機(jī)廠商基本上都采用10英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱作為載體，進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)基本一致，都采用兩側(cè)或單側(cè)進(jìn)風(fēng)，兩側(cè)出風(fēng)的進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方案從箱式逆變站誕生開始沿用至今，隨著逆變站體積的減小，冷空氣到逆變器進(jìn)風(fēng)口距離越來(lái)越短，反而更利于內(nèi)部設(shè)備的散熱。排風(fēng)方面，機(jī)房?jī)?nèi)部逆變器采用了直接靠墻放置，逆變器出風(fēng)口直接對(duì)準(zhǔn)機(jī)房?jī)蓚?cè)的排風(fēng)口，不存在熱阻，直接將熱空氣排出機(jī)房。
機(jī)房進(jìn)出風(fēng)口圖
b.充分的熱仿真
熱仿真目的：能夠在樣品和產(chǎn)品開始生產(chǎn)前確定消除散熱問(wèn)題，確保產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)處于優(yōu)異水平。通過(guò)熱仿真能夠明顯看出關(guān)鍵發(fā)熱器件在設(shè)定工況下的溫度情況和熱流情況。
熱仿真條件：環(huán)境溫度50℃，海拔3000m，逆變器1.1倍過(guò)載。
熱仿真結(jié)論：所有關(guān)鍵器件均處于降額點(diǎn)溫度以下，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
兆瓦級(jí)箱式逆變站熱仿真圖
c.嚴(yán)格的熱測(cè)試驗(yàn)證
將兆瓦級(jí)箱式逆變站放置于50±5℃的環(huán)境中，交流輸出電壓控制在315V±10V，直流側(cè)電壓控制在645V±20V。運(yùn)行6小時(shí)，記錄被測(cè)樣品上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度。
經(jīng)過(guò)實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證后，機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境溫度僅比外部環(huán)境溫度高2℃~3℃，內(nèi)部關(guān)鍵器件溫升都在降額設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以下。
綜上所述，體積的縮小并不代表散熱條件的惡劣，優(yōu)良的散熱設(shè)計(jì)是完全可以保證在提高設(shè)備功率密度的同時(shí)，確保設(shè)備散熱的可靠性。
（3）誤區(qū)三：兆瓦級(jí)箱式逆變站的可維護(hù)性較差
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不了解，對(duì)目前逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不明確。目前業(yè)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的逆變器均采用器件模塊化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件如IGBT模塊、控制模塊、散熱風(fēng)機(jī)等均采用抽屜式模塊化設(shè)計(jì)，故障定位后，20分鐘內(nèi)即可完成對(duì)故障模塊更換。另外，目前兆瓦級(jí)箱式逆變站均設(shè)有維護(hù)門，即便整機(jī)更換也是不在話下，根本不存在內(nèi)部設(shè)備維護(hù)難的問(wèn)題。
兆瓦級(jí)箱式逆變站的維護(hù)
三、結(jié)論
存在即是合理，兆瓦級(jí)箱式逆變站的出現(xiàn)和持續(xù)順應(yīng)了光伏電站容量大型化、建設(shè)快速化的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，具有技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的逆變器廠商均推出了箱式逆變站解決方案，并在全球推廣應(yīng)用，得到了良好的客戶反響。在不遠(yuǎn)的將來(lái)箱式逆變站將占有更多的市場(chǎng)份額，為光伏電站提供長(zhǎng)達(dá)25年可靠的收益保障。
德國(guó)最偉大的哲學(xué)家黑格爾曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“存在即是合理”。任何事物的出現(xiàn)和持續(xù)有其必然的道理，世間萬(wàn)物皆如此。隨著大型地面電站的容量越來(lái)越大，施工量越來(lái)越大，對(duì)電站建設(shè)效率的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的建站方案無(wú)法滿足快速建站的普遍需求，于是一種集裝箱式逆變器解決方案被迅速推廣和應(yīng)用，它就是兆瓦級(jí)箱式逆變站。兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案廣泛應(yīng)用于大型地面電站中，因其施工簡(jiǎn)便、接線容易、防護(hù)等級(jí)高，得到了很多電投企業(yè)和EPC廠商的普遍認(rèn)可。
兆瓦級(jí)箱式逆變站解決方案
一、兆瓦級(jí)箱式逆變站的發(fā)展歷程
兆瓦級(jí)箱式逆變站作為大功率集中式逆變器的一種升級(jí)版，顛覆了傳統(tǒng)光伏電站的建設(shè)模式，為客戶帶來(lái)更便利的電站解決方案。在國(guó)外SMA于2011年推出了1MW、1.25MW逆變單元解決方案，而在國(guó)內(nèi)陽(yáng)光電源和特變電工也于2011年就推出了以彩鋼房為載體的1MW箱式逆變站，但彩鋼房的強(qiáng)度、防護(hù)性能較差，無(wú)法適應(yīng)大型地面電站中惡劣的自然環(huán)境，所以隨著技術(shù)的發(fā)展，2011年陽(yáng)光電源和特變電工相繼推出了以標(biāo)準(zhǔn)集裝箱為載體的兆瓦級(jí)逆變單元。改良后的箱式逆變站對(duì)散熱和防腐重新做了設(shè)計(jì)，鋼板強(qiáng)度更高，防腐設(shè)計(jì)更優(yōu)良，散熱效果更出色，完全能夠應(yīng)用在環(huán)境惡劣的光伏項(xiàng)目中。
彩鋼房式兆瓦級(jí)箱式逆變站 集裝箱式兆瓦級(jí)箱式逆變站
二、兆瓦級(jí)箱式逆變站的認(rèn)識(shí)誤區(qū)
兆瓦級(jí)箱式逆變站是將并網(wǎng)逆變器（集成直流配電柜）、通訊柜、綜合柜等設(shè)備集中安裝在標(biāo)準(zhǔn)集裝箱中。在機(jī)房運(yùn)抵項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)后，用戶僅需完成簡(jiǎn)單的地基施工、現(xiàn)場(chǎng)安裝及外部接線即可，相比傳統(tǒng)方案，能夠有效縮減現(xiàn)場(chǎng)建站時(shí)間，降低現(xiàn)場(chǎng)施工、接線、安裝難度，提升建站效率。
兆瓦級(jí)箱式逆變站內(nèi)部布局
兆瓦級(jí)箱式逆變站的出現(xiàn)是光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備日趨成熟化的一種表象，也是光伏電站建設(shè)走向便捷、快速的關(guān)鍵。雖然兆瓦級(jí)箱式逆變站大規(guī)模應(yīng)用已有多年，但是仍然有很多設(shè)計(jì)人員和投資商對(duì)這種產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)存在誤區(qū)。
（1）誤區(qū)一：兆瓦級(jí)箱式逆變站無(wú)法適應(yīng)惡劣的運(yùn)行環(huán)境
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于兩方面，一方面是對(duì)集裝箱材質(zhì)及表面處理方式不了解，另一方面是因行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，造成以點(diǎn)帶面的結(jié)論。實(shí)際上優(yōu)秀的逆變器廠商對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品工藝有著極高的要求，特別是對(duì)戶外設(shè)備的材料強(qiáng)度、防護(hù)和防腐蝕要求非常高。
a.箱體材料選型
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體采用不低于2mm的瓦楞鋼板（將冷軋鋼板經(jīng)過(guò)彎折加工而成，增加鋼板的強(qiáng)度）整體焊接而成，集裝箱重量達(dá)3噸左右，強(qiáng)度可抗8級(jí)以上地震及16級(jí)強(qiáng)風(fēng)破壞。
b.防護(hù)方案
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體采用整體焊接成型，箱體自身不會(huì)出現(xiàn)漏水、進(jìn)灰的情況，而且對(duì)于可能進(jìn)灰和漏雨的進(jìn)出風(fēng)口處，也做了周到的細(xì)致的設(shè)計(jì)。
進(jìn)風(fēng)口設(shè)計(jì)：兆瓦級(jí)箱式逆變站進(jìn)風(fēng)口通常采用防雨、防沙百葉，百葉窗采可在180°范圍內(nèi)防護(hù)任何方向的噴濺水進(jìn)入機(jī)房，同時(shí)可防止大顆粒風(fēng)沙進(jìn)入，加上網(wǎng)格PPI達(dá)到30的聚氨酯防塵網(wǎng)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)防雨、防沙的功能。
出風(fēng)口設(shè)計(jì)：兆瓦級(jí)箱式逆變站出風(fēng)口采用通風(fēng)彎頭+防塵網(wǎng)的防護(hù)方式，機(jī)房外部的通風(fēng)彎頭出風(fēng)口朝下，配合網(wǎng)格PPI達(dá)20的防塵網(wǎng)，在有效避免強(qiáng)風(fēng)直吹出風(fēng)口導(dǎo)致風(fēng)向逆流的同時(shí)，防止風(fēng)沙、雨水從出風(fēng)口進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)部。
c.防腐蝕方案
兆瓦級(jí)箱式逆變站的集裝箱體表面采用噴砂除銹+三層漆面噴涂多重處理方案，防止風(fēng)沙吹打和鹽霧造成的漆面脫落腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。
噴砂除銹處理：通過(guò)噴砂將集裝箱體表面的的污垢、油脂、鐵銹、氧化皮、焊渣除去，經(jīng)過(guò)噴砂處理后漆面的附著性更好，確保漆面在機(jī)房運(yùn)行壽命內(nèi)不脫落。
三層漆面噴涂：箱體表面采用三層防腐蝕油漆噴涂處理，底漆采用附著力極強(qiáng)的環(huán)氧富鋅漆，為箱體提供最直接的防腐保護(hù)；中間漆采用具有良好附著力和封閉性能的環(huán)氧云鐵漆，增加漆面水、電解質(zhì)的屏蔽作用；面漆采用可抵抗紫外線的聚氨酯漆，能夠防止漆面老化，保持光澤。
通過(guò)以上防護(hù)及防腐蝕處理方案，完全可確保箱式逆變站在各種惡劣環(huán)境下運(yùn)行。
（2）誤區(qū)二：兆瓦級(jí)箱式逆變站的散熱性能差
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于對(duì)箱式逆變站的散熱設(shè)計(jì)不了解，錯(cuò)誤的認(rèn)為機(jī)房的體積小，空間緊湊，對(duì)散熱不利。實(shí)際上電力電子設(shè)備的熱設(shè)計(jì)是所有逆變器廠商最為關(guān)注的，也是最重要的一環(huán)，優(yōu)秀的大機(jī)廠商完全能夠保障其產(chǎn)品的散熱性能。
a.進(jìn)出風(fēng)口設(shè)計(jì)
國(guó)內(nèi)目前主流的大機(jī)廠商基本上都采用10英尺標(biāo)準(zhǔn)集裝箱作為載體，進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)基本一致，都采用兩側(cè)或單側(cè)進(jìn)風(fēng)，兩側(cè)出風(fēng)的進(jìn)出風(fēng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)方案從箱式逆變站誕生開始沿用至今，隨著逆變站體積的減小，冷空氣到逆變器進(jìn)風(fēng)口距離越來(lái)越短，反而更利于內(nèi)部設(shè)備的散熱。排風(fēng)方面，機(jī)房?jī)?nèi)部逆變器采用了直接靠墻放置，逆變器出風(fēng)口直接對(duì)準(zhǔn)機(jī)房?jī)蓚?cè)的排風(fēng)口，不存在熱阻，直接將熱空氣排出機(jī)房。
機(jī)房進(jìn)出風(fēng)口圖
b.充分的熱仿真
熱仿真目的：能夠在樣品和產(chǎn)品開始生產(chǎn)前確定消除散熱問(wèn)題，確保產(chǎn)品的散熱設(shè)計(jì)處于優(yōu)異水平。通過(guò)熱仿真能夠明顯看出關(guān)鍵發(fā)熱器件在設(shè)定工況下的溫度情況和熱流情況。
熱仿真條件：環(huán)境溫度50℃，海拔3000m，逆變器1.1倍過(guò)載。
熱仿真結(jié)論：所有關(guān)鍵器件均處于降額點(diǎn)溫度以下，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。
兆瓦級(jí)箱式逆變站熱仿真圖
c.嚴(yán)格的熱測(cè)試驗(yàn)證
將兆瓦級(jí)箱式逆變站放置于50±5℃的環(huán)境中，交流輸出電壓控制在315V±10V，直流側(cè)電壓控制在645V±20V。運(yùn)行6小時(shí)，記錄被測(cè)樣品上各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的溫度。
經(jīng)過(guò)實(shí)際的測(cè)試驗(yàn)證后，機(jī)房?jī)?nèi)部環(huán)境溫度僅比外部環(huán)境溫度高2℃~3℃，內(nèi)部關(guān)鍵器件溫升都在降額設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以下。
綜上所述，體積的縮小并不代表散熱條件的惡劣，優(yōu)良的散熱設(shè)計(jì)是完全可以保證在提高設(shè)備功率密度的同時(shí)，確保設(shè)備散熱的可靠性。
（3）誤區(qū)三：兆瓦級(jí)箱式逆變站的可維護(hù)性較差
這種認(rèn)識(shí)誤區(qū)的存在源于對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不了解，對(duì)目前逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案不明確。目前業(yè)內(nèi)優(yōu)質(zhì)的逆變器均采用器件模塊化設(shè)計(jì)，關(guān)鍵部件如IGBT模塊、控制模塊、散熱風(fēng)機(jī)等均采用抽屜式模塊化設(shè)計(jì)，故障定位后，20分鐘內(nèi)即可完成對(duì)故障模塊更換。另外，目前兆瓦級(jí)箱式逆變站均設(shè)有維護(hù)門，即便整機(jī)更換也是不在話下，根本不存在內(nèi)部設(shè)備維護(hù)難的問(wèn)題。
兆瓦級(jí)箱式逆變站的維護(hù)
三、結(jié)論
存在即是合理，兆瓦級(jí)箱式逆變站的出現(xiàn)和持續(xù)順應(yīng)了光伏電站容量大型化、建設(shè)快速化的發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)了多年的發(fā)展，具有技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的逆變器廠商均推出了箱式逆變站解決方案，并在全球推廣應(yīng)用，得到了良好的客戶反響。在不遠(yuǎn)的將來(lái)箱式逆變站將占有更多的市場(chǎng)份額，為光伏電站提供長(zhǎng)達(dá)25年可靠的收益保障。
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