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河北省電力勘測設(shè)計研究院資深電氣設(shè)計專家：邵亞彬
德國最偉大的哲學家黑格爾曾經(jīng)說過“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，世間萬物皆如此。隨著大型地面電站的容量越來越大，施工量越來越大，對電站建設(shè)效率的要求也越來越高，傳統(tǒng)的建站方案無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，它就是兆瓦級箱式逆變站。兆瓦級箱式逆變站解決方案廣泛應(yīng)用于大型地面電站中，因其施工簡便、接線容易、防護等級高，得到了很多電投企業(yè)和EPC廠商的普遍認可。
兆瓦級箱式逆變站解決方案
一、兆瓦級箱式逆變站的發(fā)展歷程
兆瓦級箱式逆變站作為大功率集中式逆變器的一種升級版，顛覆了傳統(tǒng)光伏電站的建設(shè)模式，為客戶帶來更便利的電站解決方案。在國外SMA于2011年推出了1MW、1.25MW逆變單元解決方案，而在國內(nèi)陽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，但彩鋼房的強度、防護性能較差，無法適應(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年陽光電源和特變電工相繼推出了以標準集裝箱為載體的兆瓦級逆變單元。改良后的箱式逆變站對散熱和防腐重新做了設(shè)計，鋼板強度更高，防腐設(shè)計更優(yōu)良，散熱效果更出色，完全能夠應(yīng)用在環(huán)境惡劣的光伏項目中。
彩鋼房式兆瓦級箱式逆變站 集裝箱式兆瓦級箱式逆變站
二、兆瓦級箱式逆變站的認識誤區(qū)
兆瓦級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)備集中安裝在標準集裝箱中。在機房運抵項目現(xiàn)場后，用戶僅需完成簡單的地基施工、現(xiàn)場安裝及外部接線即可，相比傳統(tǒng)方案，能夠有效縮減現(xiàn)場建站時間，降低現(xiàn)場施工、接線、安裝難度，提升建站效率。
兆瓦級箱式逆變站內(nèi)部布局
兆瓦級箱式逆變站的出現(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)計人員和投資商對這種產(chǎn)品的認識存在誤區(qū)。
（1）誤區(qū)一：兆瓦級箱式逆變站無法適應(yīng)惡劣的運行環(huán)境
這種認識誤區(qū)的存在源于兩方面，一方面是對集裝箱材質(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，造成以點帶面的結(jié)論。實際上優(yōu)秀的逆變器廠商對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品工藝有著極高的要求，特別是對戶外設(shè)備的材料強度、防護和防腐蝕要求非常高。
a.箱體材料選型
兆瓦級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)過彎折加工而成，增加鋼板的強度）整體焊接而成，集裝箱重量達3噸左右，強度可抗8級以上地震及16級強風破壞。
b.防護方案
兆瓦級箱式逆變站的集裝箱體采用整體焊接成型，箱體自身不會出現(xiàn)漏水、進灰的情況，而且對于可能進灰和漏雨的進出風口處，也做了周到的細致的設(shè)計。
進風口設(shè)計：兆瓦級箱式逆變站進風口通常采用防雨、防沙百葉，百葉窗采可在180°范圍內(nèi)防護任何方向的噴濺水進入機房，同時可防止大顆粒風沙進入，加上網(wǎng)格PPI達到30的聚氨酯防塵網(wǎng)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)防雨、防沙的功能。
出風口設(shè)計：兆瓦級箱式逆變站出風口采用通風彎頭+防塵網(wǎng)的防護方式，機房外部的通風彎頭出風口朝下，配合網(wǎng)格PPI達20的防塵網(wǎng)，在有效避免強風直吹出風口導致風向逆流的同時，防止風沙、雨水從出風口進入機房內(nèi)部。
c.防腐蝕方案
兆瓦級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)過噴砂處理后漆面的附著性更好，確保漆面在機房運行壽命內(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的環(huán)氧富鋅漆，為箱體提供最直接的防腐保護；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。
通過以上防護及防腐蝕處理方案，完全可確保箱式逆變站在各種惡劣環(huán)境下運行。
（2）誤區(qū)二：兆瓦級箱式逆變站的散熱性能差
這種認識誤區(qū)的存在源于對箱式逆變站的散熱設(shè)計不了解，錯誤的認為機房的體積小，空間緊湊，對散熱不利。實際上電力電子設(shè)備的熱設(shè)計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)秀的大機廠商完全能夠保障其產(chǎn)品的散熱性能。
a.進出風口設(shè)計
國內(nèi)目前主流的大機廠商基本上都采用10英尺標準集裝箱作為載體，進出風設(shè)計基本一致，都采用兩側(cè)或單側(cè)進風，兩側(cè)出風的進出風設(shè)計，該設(shè)計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，冷空氣到逆變器進風口距離越來越短，反而更利于內(nèi)部設(shè)備的散熱。排風方面，機房內(nèi)部逆變器采用了直接靠墻放置，逆變器出風口直接對準機房兩側(cè)的排風口，不存在熱阻，直接將熱空氣排出機房。
機房進出風口圖
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)前確定消除散熱問題，確保產(chǎn)品的散熱設(shè)計處于優(yōu)異水平。通過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倍過載。
熱仿真結(jié)論：所有關(guān)鍵器件均處于降額點溫度以下，確保系統(tǒng)可靠運行。
兆瓦級箱式逆變站熱仿真圖
c.嚴格的熱測試驗證
將兆瓦級箱式逆變站放置于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。運行6小時，記錄被測樣品上各個測試點的溫度。
經(jīng)過實際的測試驗證后，機房內(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)計標準以下。
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)計是完全可以保證在提高設(shè)備功率密度的同時，確保設(shè)備散熱的可靠性。
（3）誤區(qū)三：兆瓦級箱式逆變站的可維護性較差
這種認識誤區(qū)的存在源于對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的不了解，對目前逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不明確。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，關(guān)鍵部件如IGBT模塊、控制模塊、散熱風機等均采用抽屜式模塊化設(shè)計，故障定位后，20分鐘內(nèi)即可完成對故障模塊更換。另外，目前兆瓦級箱式逆變站均設(shè)有維護門，即便整機更換也是不在話下，根本不存在內(nèi)部設(shè)備維護難的問題。
兆瓦級箱式逆變站的維護
三、結(jié)論
存在即是合理，兆瓦級箱式逆變站的出現(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。經(jīng)過了多年的發(fā)展，具有技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、可靠性高、使用壽命長等特點。目前，國內(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。在不遠的將來箱式逆變站將占有更多的市場份額，為光伏電站提供長達25年可靠的收益保障。
德國最偉大的哲學家黑格爾曾經(jīng)說過“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，世間萬物皆如此。隨著大型地面電站的容量越來越大，施工量越來越大，對電站建設(shè)效率的要求也越來越高，傳統(tǒng)的建站方案無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，它就是兆瓦級箱式逆變站。兆瓦級箱式逆變站解決方案廣泛應(yīng)用于大型地面電站中，因其施工簡便、接線容易、防護等級高，得到了很多電投企業(yè)和EPC廠商的普遍認可。
兆瓦級箱式逆變站解決方案
一、兆瓦級箱式逆變站的發(fā)展歷程
兆瓦級箱式逆變站作為大功率集中式逆變器的一種升級版，顛覆了傳統(tǒng)光伏電站的建設(shè)模式，為客戶帶來更便利的電站解決方案。在國外SMA于2011年推出了1MW、1.25MW逆變單元解決方案，而在國內(nèi)陽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，但彩鋼房的強度、防護性能較差，無法適應(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年陽光電源和特變電工相繼推出了以標準集裝箱為載體的兆瓦級逆變單元。改良后的箱式逆變站對散熱和防腐重新做了設(shè)計，鋼板強度更高，防腐設(shè)計更優(yōu)良，散熱效果更出色，完全能夠應(yīng)用在環(huán)境惡劣的光伏項目中。
彩鋼房式兆瓦級箱式逆變站 集裝箱式兆瓦級箱式逆變站
二、兆瓦級箱式逆變站的認識誤區(qū)
兆瓦級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)備集中安裝在標準集裝箱中。在機房運抵項目現(xiàn)場后，用戶僅需完成簡單的地基施工、現(xiàn)場安裝及外部接線即可，相比傳統(tǒng)方案，能夠有效縮減現(xiàn)場建站時間，降低現(xiàn)場施工、接線、安裝難度，提升建站效率。
兆瓦級箱式逆變站內(nèi)部布局
兆瓦級箱式逆變站的出現(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)計人員和投資商對這種產(chǎn)品的認識存在誤區(qū)。
（1）誤區(qū)一：兆瓦級箱式逆變站無法適應(yīng)惡劣的運行環(huán)境
這種認識誤區(qū)的存在源于兩方面，一方面是對集裝箱材質(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，造成以點帶面的結(jié)論。實際上優(yōu)秀的逆變器廠商對產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品工藝有著極高的要求，特別是對戶外設(shè)備的材料強度、防護和防腐蝕要求非常高。
a.箱體材料選型
兆瓦級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)過彎折加工而成，增加鋼板的強度）整體焊接而成，集裝箱重量達3噸左右，強度可抗8級以上地震及16級強風破壞。
b.防護方案
兆瓦級箱式逆變站的集裝箱體采用整體焊接成型，箱體自身不會出現(xiàn)漏水、進灰的情況，而且對于可能進灰和漏雨的進出風口處，也做了周到的細致的設(shè)計。
進風口設(shè)計：兆瓦級箱式逆變站進風口通常采用防雨、防沙百葉，百葉窗采可在180°范圍內(nèi)防護任何方向的噴濺水進入機房，同時可防止大顆粒風沙進入，加上網(wǎng)格PPI達到30的聚氨酯防塵網(wǎng)，完全能夠?qū)崿F(xiàn)防雨、防沙的功能。
出風口設(shè)計：兆瓦級箱式逆變站出風口采用通風彎頭+防塵網(wǎng)的防護方式，機房外部的通風彎頭出風口朝下，配合網(wǎng)格PPI達20的防塵網(wǎng)，在有效避免強風直吹出風口導致風向逆流的同時，防止風沙、雨水從出風口進入機房內(nèi)部。
c.防腐蝕方案
兆瓦級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)過噴砂處理后漆面的附著性更好，確保漆面在機房運行壽命內(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的環(huán)氧富鋅漆，為箱體提供最直接的防腐保護；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。
通過以上防護及防腐蝕處理方案，完全可確保箱式逆變站在各種惡劣環(huán)境下運行。
（2）誤區(qū)二：兆瓦級箱式逆變站的散熱性能差
這種認識誤區(qū)的存在源于對箱式逆變站的散熱設(shè)計不了解，錯誤的認為機房的體積小，空間緊湊，對散熱不利。實際上電力電子設(shè)備的熱設(shè)計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)秀的大機廠商完全能夠保障其產(chǎn)品的散熱性能。
a.進出風口設(shè)計
國內(nèi)目前主流的大機廠商基本上都采用10英尺標準集裝箱作為載體，進出風設(shè)計基本一致，都采用兩側(cè)或單側(cè)進風，兩側(cè)出風的進出風設(shè)計，該設(shè)計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，冷空氣到逆變器進風口距離越來越短，反而更利于內(nèi)部設(shè)備的散熱。排風方面，機房內(nèi)部逆變器采用了直接靠墻放置，逆變器出風口直接對準機房兩側(cè)的排風口，不存在熱阻，直接將熱空氣排出機房。
機房進出風口圖
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)前確定消除散熱問題，確保產(chǎn)品的散熱設(shè)計處于優(yōu)異水平。通過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倍過載。
熱仿真結(jié)論：所有關(guān)鍵器件均處于降額點溫度以下，確保系統(tǒng)可靠運行。
兆瓦級箱式逆變站熱仿真圖
c.嚴格的熱測試驗證
將兆瓦級箱式逆變站放置于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。運行6小時，記錄被測樣品上各個測試點的溫度。
經(jīng)過實際的測試驗證后，機房內(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)計標準以下。
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)計是完全可以保證在提高設(shè)備功率密度的同時，確保設(shè)備散熱的可靠性。
（3）誤區(qū)三：兆瓦級箱式逆變站的可維護性較差
這種認識誤區(qū)的存在源于對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計的不了解，對目前逆變器的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案不明確。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，關(guān)鍵部件如IGBT模塊、控制模塊、散熱風機等均采用抽屜式模塊化設(shè)計，故障定位后，20分鐘內(nèi)即可完成對故障模塊更換。另外，目前兆瓦級箱式逆變站均設(shè)有維護門，即便整機更換也是不在話下，根本不存在內(nèi)部設(shè)備維護難的問題。
兆瓦級箱式逆變站的維護
三、結(jié)論
存在即是合理，兆瓦級箱式逆變站的出現(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。經(jīng)過了多年的發(fā)展，具有技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛、可靠性高、使用壽命長等特點。目前，國內(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。在不遠的將來箱式逆變站將占有更多的市場份額，為光伏電站提供長達25年可靠的收益保障。
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