科士达集中式逆变器技术说明

科士达集中式逆变器技术说明1、科士达GSL0500/GSL0630逆变器主要技术指标和性能的详细说明1.1 逆变器性能优势介绍1.1.1产品的主要特点GSL系列是科士达公司专为大型光伏电站而特别设计的集中式三相光伏并网逆变器。

产品采用无变压器结构（隔离变压器可选配），逆变效率高，成本低，可以通过相应的升压变压器，与各种电压等级的中压电网连接，是大型光伏电站高性能太阳能逆变器的理想之选。

产品特点：（1）太阳电池组件最大功率跟踪技术(MPPT),MPPT效率>99.9%；（2）欧洲效率高达98.5%以上；（3）无功功率可调；（4）低电压、零电压穿越功能；（5）无变压器设计（隔离变压器可选配）；（6）具有直流输入手动分断开关，交流电网手动分断开关，紧急停机操作开关；（7）具有先进的孤岛效应检测方案；（8）完善的保护功能,具有过载、短路、电网异常等故障保护及告警功能；（9）产品寿命大于25年；（10）宽直流输入电压范围(450V～1000V)，整机效率高达99%；（11）人性化的LCD液晶界面，通过按键操作，液晶显示屏(LCD)可清晰显示实时各项运行数据，实时故障数据，历史故障数据（不少于50条），总发电量数据，历史发电量（按月、按年查询）数据。

（12）逆变器支持按照群控模式运行，并具有完善的监控功能；（13）可提供包括RS485或Ethernet（以太网）远程通讯接口。

其中RS485遵循Modbus通讯协议；Ethernet（以太网）接口支持TCP/IP协议，支持动态(DHCP)或静态获取IP 地址。

1.1.2产品技术优势介绍1.1.3产品样本1.2 逆变器高可靠性设计1.2.1断路器保护方案1.2.1.1断路器与隔离开关加熔丝方案比较逆变器直流输入端采用断路器的方案，显著提高了产品的安全等级及可靠性。

针对逆变器的交直流侧可靠保护方案，目前市场上主要有二种方案，一种为逆变器交直流侧均采用负荷开关+熔断器方案，一种则为逆变器交直流侧均采用断路器方案，现就以上二种方案作以简要对比：1）负荷开关+熔断器方案电气拓扑图2）断路器方案电气拓扑图3）负荷开关+熔断器与断路器方案对比●熔断器是一次性产品，熔断保护后只得更换，其价格不菲，维护费用高。

断路器保护后，人工合闸到ON状态还可继续使用。

●直流熔断器250A等级每个满载损耗在35W左右，按照500K/630K逆变器配置8/9个汇流箱，熔断器一共需要16pcs，总损耗约为500W，对于500K的整机效率降低0.1%。

●直流熔断器一般选型都在额定输入电流的1.56倍左右，由于光伏板短路电流一般为额定电流的1.05倍左右，因此当逆变器内部出现短路故障时，直流保险不能熔断，同时汇流的负荷开关也没有过载保护和自动跳脱功能，系统故障容易扩大化。

科士达逆变器直流支路断路器标配脱扣装置，逆变器检测到故障状态，直流支路断路器主动脱扣，保护功能完善。

1.2.1.2科士达采用直流侧集成直流配电的总体设计方案。

集成直流配电技术降低了单独采购逆变器和直流柜的成本，同时也可减小土建逆变器的面积，给现场施工（土建、电缆连接等）也带来诸多便利。

传统大功率的光伏发电系统一般由PV阵列经汇流箱汇流接至配电柜，配电柜的输出经逆变柜并至电网。

大功率的光伏发电系统汇流箱后通常采用配电柜加逆变器的双柜模式。

配电柜的功能是将多路光伏汇流箱输出的支路汇接到一起，一般由PV输入支路断路器、防反二极管和机箱构成，有一些可能还会有电压、电流采样显示单元。

光伏逆变柜自身的输入配电也有多种模式，通常采用输入断路器或隔离开关加保险的方式。

采用配电柜加逆变柜双柜模式会使整个系统的体积、重量都会很大，成本也会很高，且配电柜和光伏逆变柜要分别加分断装置进行保护，增加了系统的成本和故障点。

为了解决现有技术中的问题，科士达提出一种集成配电单元的光伏逆变柜方案。

该方案提供了一种集成配电单元的光伏逆变柜，包括光伏逆变器单元，直流配电单元，所述直流配电单元包括多个支路开关、多个防反二级管，多个所述支路开关正极输出端口分别接至多个防反二级管输入端，多个所述支路开关负极输出端汇接至所述光伏逆变器单元，多个防反二级管输出端连接至所述光伏逆变器单元。

该方案的有益效果是：本实用新型的光伏逆变柜集成直流配电单元，由于直流配电单元已安装支路断路器，因而可以减少原逆变柜中的配电开关，从而有效地减少了产品的体积、重量，降低了成本，运行更加可靠。

本方案已获得国家知识产权局专利认证，证书如下图所示。

1.2.2优良的散热设计GSL系列逆变器的散热方式是强制风冷散热。

此种散热方式的优点如下：●风道采用垂直设计，下进风上出风的通风设计，符合空气对流原理，风道更顺畅，散热效果好。

●功率模块部分采用抽风方式，将热风直接通过一体式风道从机柜顶部排出，空气流动快，散热效率高，机柜内部温度低，风道无须另外配置大功率风机。

●逆变单元的散热风道与磁性单元（电抗器）的风道隔离设计，即可避免磁性单元产生的热量使逆变单元进风口温度过高，同时也可避免磁性元件产生的电磁干扰对逆变单元产生不利影响。

散热风道与电气器件物理隔离，气流所到之处，没有电气元件，电气器件能得到有效防护。

●风机为智能型控制，只有温度达到限值时才启动，更节能，减少逆变器的损耗，并提高风机的使用寿命。

●PCB 处于冷风位置，可以可靠保障元器件寿命。

PCB 垂直安装不容易累积沙尘，不容易凝露。

1.2.3良好的防风沙设计沙尘进入到逆变器内部通常会造成以下危害：⏹进入到风扇轴承等转动部件，加快轴承的磨损，影响风扇的使用寿命；⏹附着在电路板上易造成电路板静电损坏；⏹附着的尘土吸潮易腐蚀逆变器的电路板。

1.2.3.1逆变器内部的防尘方案●功率模块灌胶密封；驱动模块灌胶密封；控制模块独立仓体密封。

逆变器最关键，也对沙尘污染最敏感的部件完全用导热绝缘固体胶密封，带电部分与环境隔离。

●正负母线绝缘隔离，母线电容正负极绝缘隔离，交流相线绝缘隔离；从直流输入到交流输出，整机强电部分都用绝缘材料物理隔离，极大提高抗沙尘污染能力。

●逆变器通风过滤装置采用涡流结构，把沙尘自动导出设备以外，极大减少沙尘进入逆变器。

1.2.3.2电路板的防尘方案为了使控制电路组装板在工作或贮存期间能抵御恶劣环境对电路元器件的影响，我公司采用“三防涂覆技术”对电路组装板进行防护。

涂覆过程使用三防涂覆设备对电路组装板外表双面喷涂三防漆两遍，形成一层即轻又柔韧的0.5～0.8mm的保护膜，能够使元器件通过涂层与底板粘接而增加机械强度和可靠性能，用于保护线路板及其相关设备免受坏境的侵蚀。

三防漆具有良好的耐高低温性能，其固化后成一层透明保护膜，具有优越的绝缘、防潮、防漏电、防震、防尘、防腐蚀、防老化、耐电晕等性能。

1.2.4控制系统辅助电源冗余供电设计GSL系列逆变器采用了先进的双电源冗余控制技术：一路交流输入，一路直流输入。

控制电路辅助电源供电由市电和PV互补冗余，市电优先供电；市电支持外接交流电；外接交流电优先供电。

既实现外部电源供电降低系统损耗，又满足外部交流电掉电后系统正常运行的功能。

正常供电模式（优先供电模式）：正常情况下，取电方式为无扰动自动切换取电方式。

主供电源为逆变器交流侧隔离变低压侧取电。

与此同时，光伏（PV）输入即直流输入供电回路处于热备份状态。

直流供电模式：当交流电网出现故障引起电网电压跌落或失电，交流电源由于欠压将不再向逆变器的控制单元供电，此时立即无缝切换到光伏（PV）输入经开关电源向逆变器的控制单元供电。

当交流电恢复正常时，系统将转为正常供电模式.1.2.5完善的保护功能并网逆变器参照国内外相关标准进行设计，具有完善的保护功能，确保系统安全可靠地连续运行。

主要保护功能如下；●过流保护●逐波限流保护●短路保护●直流电压过压保护●直流反接保护●系统电流返灌保护●交流零电压穿越●交流电压超限、频率超限、缺相，反序保护●系统模拟和数字双重过温保护●风扇故障保护●辅助电源冗余保护●主被动联合的反孤岛保护●直流母线短路保护●故障报警及动作条件1.2.5.1 逆变器主要保护列表1.3 逆变器高效性设计 1.3.1节能电路设计1）逆变器内部采用独特电路设计，使逆变器在夜间进入休眠模式，降低系统待机损耗，使得夜间系统损耗不大于10W ；2）支持辅助电源、系统风扇电源外接，减少消耗光伏能量。

1.3.2 MPPT 最大功率跟踪技术MPPT 最大功率跟踪，即对跟随太阳能电池表面温度变化和太阳辐照度变化而产生出的输出电压与电流的变化进行跟踪控制，使方阵经常保持在最大输出的工作状态，以获得最大的功率输出。

1）光伏阵列的输出（U-I ）和（U-P ）曲线--存在极值点U-I 曲线图 U-P 曲线图2）逆变器必须控制功率输出，实时跟踪最大功率点。

P-V 曲线追踪图◆ 改进的MPPT ，寻优效率更高，兼顾快速性、准确性、稳定性。

◆ GSL 系列的MPPT 采用改进的扰动观察法，扰动间隔时间1S ，误差10W，上次光伏组件输出功率本次光伏组件输出功率光伏组件输出改变方向UO最大功率点1n n U U U-=+∆1n n U U U-=-∆MPPT效率99.9%：◆采用动态变步长的寻优方式，既提高了MPPT的寻优速度，也极大的提高了在最大功率点的稳定度，使MPPT效率达到99.9%，有效地提高了发电量。

◆增加了防止因光线变化引起的误扰动，在两次寻优中间，采样由扰动和光线变化引起的功率变化率为P1，在下次寻优前，采样由光线变化引起的功率变化P2，从而得到由真实扰动引起的功率变化P＝P1－P2，通过这种方式，有效地消除了因光线变化引起的误扰动。

◆为了避免寻优寻到次优点，当MPPT功率在一定阀值内连续较长时间（300S左右）不变化时，将向正或负向扰动10V，以防止寻优寻至次优点，从而进一步提高了系统的MPPT效率。

◆采用自学习方式，记录最大功率点的范围，并每隔一定时间在记录的最大功率点范围内进行全局寻优，从而进一步提高了全局寻优的效率。

1.3.3精确的散热仿真1.3.3.1先进的结构设计和热仿真技术平台结构及整机工艺设计软件主软件版本 Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 ，采用全三维数字样机模式的结构设计、归档模式，在工作站中即可虚拟完成产品所有部件的可视化整体布局、柔性配置、干涉自动检查、配线及工艺流程等设计工作，保证产品研发的高效率进行。

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