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對光伏發電系統的設備故障分析

添加時間:2020-03-13 15:28:04   浏览次数: 次    【 】   打印   關閉窗口

         光伏發電系統的設備故障有哪些?怎樣處理這些故障。光伏電站中常用的故障解列裝置有哪些,保定特創電力科技有限公司爲您彙總。保定特創專業生產光伏電站故障解列裝置、低頻低壓解列裝置、TC-3088故障解列裝置、高頻高壓解列裝置、TC-3088H故障解列裝置,這些產品在光伏電站中比較常見,瞭解更多技術知識,歡迎來電諮詢,電話13931210372。
   对光伏发电系统的设备故障分析
        随着国家大力推进和落实“节约、清洁、安全”三大能源战略方针和“节能优先、绿色低碳、立足国内、创新驱动”四大能源發展戰略,我國的光伏發電新增發電裝機量不斷增加。但是制約光伏發電發展的因素很多,例如光伏電站的優化及其運行成本的問題。目前世界上普遍認爲各種光伏組件的平均壽命爲15至25年,而影響光伏組件壽命的因素有:光伏電池效率衰減;組件脫焊;組件內部連接帶斷裂;熱斑損壞;惡劣氣候(風沙)破壞,這些將嚴重影響光伏發電系統的工作效率和系統的穩定性。因此,如何做好光伏發電系統的維護和故障診斷工作,延長光伏組件的使用壽命,以此維持光伏電站的正常運行就顯得尤爲重要。近年來光伏發電系統的故障診斷被越來越多的專家學者關注,進行了大量的研究工作。

  大型光伏併網發電系統主要由太陽能光伏組件(光伏陣列)、直流防雷匯流箱、直流防雷控制櫃、併網逆變器、交流防雷配電櫃及變壓器等一系列電氣設備組成。表1分析了這些主要設備的常見故障和故障診斷方法。

  大型光伏併網發電系統前期一次性投入大,投資回收緩慢,特別是大型的地面光伏電站佔地大,雖有規模效益但輸電成本高。因此在設計時就要考慮多方面因素來控制成本。例如在光伏電站投入運行前,採用抗風沙、自潔能力強、抗紫外、抗老化、耐高溫的光伏組件;要採用多機並聯方式、大型光伏併網逆變器系統的控制調度策略、MPPT尋優算法等以此實現成本的控制和降低。而在光伏電站投入運行以後,對光伏電站設備良好的維護和及時的故障診斷就顯得尤爲重要,只有這樣才能保證電站系統設備穩定、持續、高效地發電。

  在光伏併網發電系統的衆多設備中,太陽能光伏組件(光伏陣列)和併網逆變器是核心部件,關係到電站能否正常的運行,而據已有的研究數據表明,這兩個器件是最容易發生故障的。

  光伏阵列故障

  太陽能電池組件是將太陽能轉變爲電能的半導體器件,是光伏併網發電系統的核心組成部分。以2011年四季度青海省一個10MW的光伏電站的裝機總成本測算,其光伏組件一項的成本就佔總成本的55%以上。對於光伏陣列而言,產生的故障主要來自於以下幾方面,具體故障及產生原因如表2所示。

  (1)熱斑現象。在統一光照模式下,光伏陣列內部各個模塊都承受正壓,工作狀態是對外輸出能量。而當其中某一組件被陰影遮擋時,該組件的輸出特性就發生了變化。由電路原理可知,當兩電流不等的電流源串聯時,電流大的電流源會向電流小的電流源倒灌電流。電流小的電流源接受倒灌電流,而承受反壓,其工作狀態即變爲自身吸收能量。自身吸收能量所轉化的熱量不能及時散發掉,就會在光伏組件上形成熱點,對光伏陣列造成很大的損壞,這就是所謂的熱斑現象。如果該被遮擋的組件承受的反壓大於某一閥值時,則會使光伏組件內的PN結雪崩擊穿,輸出電流會呈指數曲線上升,造成光伏陣列的永久損壞。

  (2)功率器件電流過大,功率器件發熱。這些一般都是由於組件在運行過程中,由於老化等原因造成的器件內部故障,一般發生概率較低。

  (3)太陽能電池輸出電壓過低。這類故障有可能是由於光伏電池板損壞造成的,也有可能是由於光照不足造成的非故障性表現。

  據研究數據表明,在以上幾種常見故障中,發生概率最高、產生危害最大的是第一種――熱斑現象。熱斑現象會嚴重損壞太陽能光伏組件,有光照的太陽能電池組件所產生的部分或全部能量,都可能被遮擋的組件所消耗。而且熱斑現象嚴重的地方局部溫度較高,有的甚至會超過150℃,導致組件局部區域燒燬或形成暗斑、焊點融化、封裝塑料老化、玻璃炸裂、焊帶腐蝕等永久性損壞,給組件的安全性和可靠性造成極大的隱患。

  光伏逆变器故障

  目前的光伏研究側重以逆變器爲核心的逆變器併網控制、MPPT算法的應用研究。然而逆變器的核心部件IGBT在過流、過壓、元器件過熱等情況下容易發生故障,並以功率管開路和短路故障最常見。絕緣門極雙極型晶體管IGBT是MOSFET和GTR雙極型晶體管的折中器件,結構上和MOSFET很相似,但其工作原理更接近GTR,所以IGBT相當於是一個N溝道MOSFET驅動的PNP晶體管,它具有輸入阻抗高、速度快、熱穩定性好和驅動電路簡單、通態電壓低、耐壓高的優點,但是其耐過流、過壓能力差,易損壞。當IGBT管的兩端電壓超過最大集――射極間電壓,或者其流過電流超過最大集電極電流,或是其運行功率超過在正常工作溫度下允許的最大耗散功率,則都有可能會導致開關管超過耐受極限而被擊穿或被燒燬,甚至是永久性的損壞。一旦逆變器的主電路功率開關管發生故障,光伏發電系統的正常運行就會嚴重受阻,甚至使此光伏發電系統產生的電能無法被輸送給用戶使用,完成與大電網的併網。

  IGBT的開路和短路故障佔了很大的故障比例。造成開路的原因主要有兩方面:

  (1)由于过流被烧毁,从而导致开路;

  (2)驅動信號開路,這一般是由於接線不良或是驅動不良造成的。

  造成短路的原因很多,主要有以下几方面:

  (1)絕緣層被破壞,從而導致開關管反向擊穿;

  (2)误操作、驱动指令错误;

  (3)不足的死區時間,造成功率管產生轉移電流而誤導通。

  相對於開路故障,IGBT的短路故障已有成熟的檢測方案,即可以通過硬件電路去檢測IGBT的D-S壓降,從而精確地確定故障管。而且現有的逆變器系統中,生產廠家都設計過流檢測和保護裝置,因此能更快地進行故障診斷。

  而IGBT的開路故障一般不會導致過流,但是會使逆變器輸出波形穩態偏離工頻理想正弦波形,產生波形畸變。這樣會使總諧波率提高,並可能導致輸出電流不符合併網要求。若出現長時間的功率管開路故障,則可能造成直流側穩壓電容被燒燬。


 

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