CN205883078U - 水上光伏逆变器*** - Google Patents

水上光伏逆变器*** Download PDF

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闫飞朝
刘志刚
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Abstract

本实用新型公开了水上光伏逆变器***。具体地，本实用新型的水上光伏逆变器***包括直流母线、逆变单元和滤波器，其中，所述直流母线、所述逆变单元和所述滤波器分别装于直流柜、逆变柜和滤波柜内并依次电连接；所述直流柜、所述逆变柜和所述滤波柜布置于逆变器房内；所述水上光伏逆变器***还包括降温模块和功能模块；其中，所述的降温模块用于降低逆变器温度，而所述的功能模块用于监测所述逆变单元和/或所述滤波器的电流，并基于所监测的电流调控所述降温模块的工作。本实用新型保持所述逆变器房内的温度在适宜的工作温度附近，延长逆变器内各元器件的使用寿命，提高逆变器的工作效率。

Description

水上光伏逆变器***
技术领域
本实用新型涉及光伏逆变器技术领域，更具体地涉及水上光伏逆变器***。
背景技术
光伏逆变器内部有直流柜、逆变柜、滤波柜和其他产生高温的元器件。在正常情况下，只靠简单的排风扇来降温，实际效果并不理想，尤其是夏天，对于750kW及其以上的大功率逆变器，逆变器房内的电气设备很容易因为高温产生跳闸、熔丝熔断等现象，甚至有火灾的隐患；实际上，逆变器箱内的电气设备所适宜的工作温度一般在+35℃左右，在此温度值附近工作可提高电气元件工作的稳定性、元器件的使用寿命和光伏电站的经济效益。
现有光伏逆变器工作温度控制方法是通过计算机监测逆变器工作的温度是否超出其预先设定的温度阈值，通过可编程逻辑控制器控制循环水泵、电动三通阀和换热扇以启动内循环***。调控***较为复杂，投入成本较高。
因此，本领域尚缺乏简单有效并且低成本控制光伏逆变器工作温度的方法和设备。本实用新型旨在针对水上光伏电焊的逆变器，通过冷却水降温，以此使得逆变器房内的温度保持在适宜的工作温度附近，延长逆变器内各元器件的使用寿命，提高逆变器的工作效率。
实用新型内容
本实用新型的目的是在针对水上光伏电焊的逆变器，利用光伏逆变器所在水域的水直接降低光伏逆变器工作温度，通过功能模块中的电流互感器监测电流变化，调节降温模块进行降温，使得逆变器房内的温度保持在适宜的工作温度附近，延长逆变器内各元器件的使用寿命，提高逆变器的工作效率。
为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：
一种水上光伏逆变器***，其特征在于，所述水上光伏逆变器***包括直流母线、逆变单元和滤波器，其中，所述直流母线、所述逆变单元和所述滤波器分别装于直流柜、逆变柜和滤波柜内并依次电连接；所述直流柜、所述逆变柜和所述滤波柜布置于逆变器房内；所述水上光伏逆变器***还包括降温模块和功能模块，其中，所述的降温模块用于降低逆变器温度，而所述的功能模块用于监测所述逆变单元和/或所述滤波器的电流，并基于所监测的电流调控所述降温模块的工作。
所述的降温模块为水冷却模块，并且所述的水冷却模块设有用于使冷却水循环的循环水泵装置。
在另一优选例中，所述的功能模块与所述的降温模块电气连接，从而调控所述的循环水泵装置的运转速度。
所述功能模块包括电流互感器、PLC控制器、继电器和变频器，
其中所述的电流互感器用于监测逆变单元和/或所述滤波器的电流，并将监测信号传递给所述的PLC控制器；
所述的PLC控制器用于接受所述电流互感器的监测信号，产生第一控制信号，并将第一控制信号传递给所述的继电器；
所述的继电器用于接受来自所述的PLC控制器的第一控制信号，并将产生的第二控制信号传递给所述的变频器；
所述的变频器用于接受来自所述继电器的第二控制信号，并调控所述降温模块的工作。
所述功能模块还包括变送器和模拟采集模块，其中所述的变送器和模拟采集模块设置于所述电流互感器和所述PLC控制器之间；
其中，所述的变送器用于将来自所述电流互感器的监测信号传递给所述的模拟采集模块；
而所述的模拟采集模块用于将采集的监测信号传输给所述的PLC控制器。
所述功能模块还设有用于存储来自模拟采集模块和PLC控制器的信息的计算机，所述计算机与所述模拟采集模块的输出端和PLC控制器的输出端相连接。
所述功能模块的电流互感器设置于所述光伏逆变器的交流电缆出口端。
在另一优选例中，所述的水上光伏逆变器***还包括布置于所述逆变器房内配电柜。
在另一优选例中，所述的功能模块设置于所述配电柜的上方。
所述降温模块包括循环水管道以及设置于所述循环水管道中的循环水泵装置。
所述的循环水管道包括上升水冷管、中间降温水冷管、和下降水冷管，其中所述的中间降温水冷管与所述的逆变单元和/或所述的滤波器进行热交换。
所述中间降温水冷管被设置于光伏逆变器内部，布置在逆变柜和直流柜的后面，并靠近选自下组的发热元器件：逆变桥架、滤波器或其组合。
所述降温模块的中间降温水冷管为螺旋型。
在另一优选例中，所述降温模块的中间降温水冷管可布置为“M”型中间降温水冷管。
在另一优选例中，所述降温模块的中间降温水冷管可布置为“E”型中间降温水冷管。
在另一优选例中，所述降温模块设有水冷降温装置和风冷降温装置。
在另一优选例中，所述功能模块还设有测温探头。
在另一优选例中，所述功能模块还设有红外温度传感器，所述红外温度传感器用于监测逆变单元和/或滤波器温度。
在另一优选例中，所述的测温探头为无源探头。
在另一优选例中，所述逆变器***还包括逆变器承载台，所述逆变器承载台设置于所述逆变器房的下方用于承载所述逆变器房。
应理解，在本实用新型范围内中，本实用新型的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1显示了本实用新型的一个水上光伏逆变器***的布局示意图。
附图中，各标识如下：
10-直流母线；
11-直流柜；
20-逆变单元；
21-逆变柜；
30-滤波器；
31-滤波柜；
40-功能模块；
41-PLC控制器；
42-继电器；
43-变频器；
61-配电柜；
72-交流电缆入口；
73-交流电缆出口；
50-降温模块；
51-循环水泵；
52-上升水冷管；
53-中间水冷管；
54-下降水冷管；
74-逆变器承台；
100-逆变器房。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，开发了一种水上光伏逆变器***。该***结合水上光伏逆变器的特点，通过设置特定的电流监测装置，从而更灵敏快速地调控降温模块(水冷却模块)的工作状况，从而使得逆变器房内的温度保持在适宜的工作温度附近，延长逆变器内各元器件的使用寿命，提高逆变器的工作效率。在此基础上完成了本实用新型。
术语
如本文所用，术语“光伏逆变器”指一种将光伏发电转变为交流电的装置，该装置通过电力电子器件(MOSFET、IGBT等)连接电阻电容，以脉冲宽度调制的方式控制器件的通断，把汇流箱传输来的直流电转变成交流电，同时完成光伏组件的最大功率点跟踪(MPPT)，保证智能控制及反孤岛效应等。
如本文所用，术语“逆变器房”指用于放置逆变器的建筑物。通常，箱式逆变器房外壳一般采用框架结构，底座为焊接式槽钢结构，里面采用框架结构，用钢筋焊接作为框架，四周填装隔热层。
如本文所用，术语“水上光伏逆变器***”、“光伏逆变器***”、“逆变器”等可互换使用。
水上光伏逆变器***
本实用新型提供了一种水上光伏逆变器***，它是一种直接利用水上光伏逆变器下面的水直接降温的***。
在另一优选例中，所述功能模块通过电流互感器采集光伏逆变器出口实际电流信号，电流互感器与测量变送器电连，测量变送器将实际电流信号转化成模拟电流信号，变送器的输出端和模拟采集模块的输入端电连，模拟采集模块的输出端和PLC控制器的输入端电连，将采集到的模拟电流信号输入到PLC控制器中，PLC控制器的输出端和继电器的输入端电连，调控降温模块，从而达到降低逆变器温度的目的。
在另一优选例中，通过调节(如加快)所述降温模块中光伏逆变器所在水域的水流速，从而将逆变器的温度降低到设定的温度范围内。
在另一优选例中，在所述降温模块中，通过循环水泵将光伏逆变器所在水域的水泵送流经上升水管、中间降温水冷管和下降水冷管，通过下降水冷管将换热后的水送回原水域，其中，上升水管和直流电缆一起从电缆入口进入逆变器的内部，中间降温水冷管位于光伏逆变器内部，布置在逆变柜和直流柜的后面，靠近逆变桥架和滤波器等发热元器件，下降水管和直流电缆一起从电缆出口连出。
在另一优选例中，所述降温模块的中间降温水冷管(53)可布置为螺旋型。
在另一优选例中，所述降温模块的中间降温水冷管(53)可布置为“M”型中间降温水冷管；
在另一优选例中，所述降温模块的中间降温水冷管(53)可布置为“E”型中间降温水冷管。
在另一优选例中，所述降温模块中的水冷降温装置与风冷降温装置共同运行，联合降温。
在另一优选例中，所述功能模块中还设有温度传感器(如红外温度传感器)，与所述电流互感器搭配使用。
在另一优选例中，所述功能模块安装测温探头，与上述电流互感器搭配使用。
在另一优选例中，所述功能模块还设有用于存储来自模拟采集模块和PLC控制器信息的计算机。
下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外，附图为示意图，因此本实用新型装置和设备的并不受所述示意图的尺寸或比例限制。
如图1所示，该水上光伏逆变器***主要由直流母线10、逆变单元20、滤波器30、功能模块40和降温模块50，其中，所述直流母线10、所述逆变单元20和所述滤波器30分别装于直流柜11、逆变柜21和滤波柜31内并依次电连接，所述直流柜11、所述逆变柜21和所述滤波柜31布置于逆变器房100内，所述水上光伏逆变器***利用光伏逆变器所在水域的水换热降低自身温度，通过所述功能模块监测电流范围，控制调节降温模块，降低逆变器温度到设定温度范围内。
功能模块40设置于配电柜61的上方，所述配电柜布置于所述逆变器房100内。所述功能模块40包括电流互感器、变送器、模拟采集模块、PLC控制器41、继电器42、变频器43、计算机等。逆变器***还包括逆变器承载台，所述逆变器承载台74设置于所述逆变器房100的下方用于承载所述逆变器房100。
功能模块通过电流互感器采集光伏逆变器出口实际电流信号，电流互感器与测量变送器电连，测量变送器将实际电流信号转化成模拟电流信号，变送器的输出端和模拟采集模块的输入端电连，模拟采集模块的输出端和PLC控制器41的输入端电连，将采集到的模拟电流信号输入到PLC控制器41中，同时保存到计算机中，在PLC控制器41中编程，根据输出电流与逆变器温度的正相关关系，将采集的模拟电流信号对应为逆变器温度，PLC控制器41的输出端和继电器42的输入端电连，通过继电器42调控变频器43实施指令，调控降温模块，最终达到降低逆变器温度的目的。
降温模块包括上升水冷管52、中间降温水冷管53、下降水冷管54和循环水泵51等装置。
在降温模块中，通过循环水泵51将光伏逆变器所在水域的水泵送流经上升水管52、中间降温水冷管53和下降水冷管54，通过下降水冷管54将换热后的水送回原水域，其中，上升水冷管52和直流电缆一起从直流电缆入口72进入逆变器的内部，中间降温水冷管53位于光伏逆变器内部，布置在逆变柜21和直流柜11的后面，靠近逆变桥架和滤波器30等发热元器件，下降水冷管54和直流电缆一起从直流电缆出口73连出。
本实用新型旨在以电动机的转速n作为被控对象，通过转速n的大小来控制冷却水流速，进而控制逆变器的输出功率。
调控方法
在一实施例中，根据公式并且逆变器的输出电压基本维持在+315V左右，因此，通过测定输出电流就可求出逆变器的输出功率，逆变器的输出功率和其内部的温度是正相关的，可以把温度分为几个阶段，最佳温度T0为35℃，T1为40℃，T2为50℃，T3为60℃，T4为70℃，从T0--T4对应的功率为P0-P4，通过调节功率来改变逆变器房内的工作环境。
当输出功率在P0-P1时，电动机不工作；
当输出功率在P1-P2时，电动机的转速为n1，此转速能够使得逆变器的输出功率P减小到P0-P1；
当输出功率在P2-P3时，电动机的转速为n2，此转速能够使得逆变器的输出功率P减小到P0-P1；
当输出功率在P3-P4时，电动机的转速为n3，此转速能够使得逆变器的输出功率P减小到P0-P1。
通过控制调节使得逆变器的输出功率一直维持在P0-P1，增加逆变器的各电气元器件工作的稳定性，提高了光伏电站的经济效益。
在本实用新型中，典型地，通过电流互感器和测量变送器将实际电流信号转化成模拟信号。变送器的输出端和模拟采集模块的输入端相连，通过模拟采集模块的输出点和PLC控制器(41)的输入端连接，把采集到的信号直接输入到PLC控制器(41)，通过PLC控制器(41)读取信号，程序中将设立的电流信号转化成逆变器体内所对应的温度，譬如10mA对应35℃，12mA对应40℃，15mA对应50℃，20mA对应60℃。
在PLC控制器(41)中编程，根据输出电流与逆变器温度的正相关关系，将采集的模拟电流信号对应为逆变器温度，例如10mA对应35℃，12mA对应40℃，15mA对应50℃，20mA对应60℃，PLC控制器根据对应关系，按照电流值的区域，控制继电器(42)来执行不同的指令，例如当I∈(10mA-12mA)时，继电器(42)执行指令1，当I∈(12mA-15mA)时；继电器(42)执行指令2，当I∈(15mA-20mA)时；继电器(42)执行指令3；所有指令的输出端都和变频器相连，当指令1时，变频器(43)的频率为f1，当指令2时，变频器(43)的频率为f2，当指令3时，变频器(43)的频率为f3；变频器(43)的输出端和循环水泵(51)直接电连，根据频率的大小来控制循环水泵(51)的转速，进而控制循环水流速，当频率为f1时，循环水泵(51)的转速为n1，当频率为f2时，循环水泵(51)的转速为n2，当频率为f3时，循环水泵(51)的转速为n3，其中n3＞n2＞n1，通过对冷却水流速的控制，使得光伏逆变器电流保持在10mA-12mA之间。
本实用新型的主要优点包括：
(a)使水上光伏逆变器房内的温度保持在适宜的工作温度附近。
(b)降低生产和设备成本。
(c)改变水上光伏逆变器房内各设备的运行环境，延长水元器件的使用寿命。
(d)提高水上光伏逆变器的工作的稳定性。
(e)提高变电站的经济效益。
因此，本实用新型可有效解决光伏逆变器房内的电气设备因高温跳闸、熔丝熔断以及火灾等问题，提高了安全性并减少了生产成本。
在本实用新型提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种水上光伏逆变器***，其特征在于，所述水上光伏逆变器***包括直流母线、逆变单元和滤波器，
其中，所述直流母线、所述逆变单元和所述滤波器分别装于直流柜、逆变柜和滤波柜内并依次电连接；
所述直流柜、所述逆变柜和所述滤波柜布置于逆变器房内；
所述水上光伏逆变器***还包括降温模块和功能模块，
其中，所述的降温模块用于降低逆变器温度，而所述的功能模块用于监测所述逆变单元和/或所述滤波器的电流，并基于所监测的电流调控所述降温模块的工作。
2.如权利要求1所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述的降温模块为水冷却模块，并且所述的水冷却模块设有用于使冷却水循环的循环水泵装置。
3.如权利要求1所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述功能模块包括电流互感器、PLC控制器、继电器和变频器，
其中所述的电流互感器用于监测逆变单元和/或所述滤波器的电流，并将监测信号传递给所述的PLC控制器；
所述的PLC控制器用于接受所述电流互感器的监测信号，产生第一控制信号，并将第一控制信号传递给所述的继电器；
所述的继电器用于接受来自所述的PLC控制器的第一控制信号，并将产生的第二控制信号传递给所述的变频器；
所述的变频器用于接受来自所述继电器的第二控制信号，并调控所述降温模块的工作。
4.如权利要求3所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述功能模块还包括变送器和模拟采集模块，其中所述的变送器和模拟采集模块设置于所述电流互感器和所述PLC控制器之间；
其中，所述的变送器用于将来自所述电流互感器的监测信号传递给所述的模拟采集模块；
而所述的模拟采集模块用于将采集的监测信号传输给所述的PLC控制器。
5.如权利要求4所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述功能模块还设有用于存储来自模拟采集模块和PLC控制器的信息的计算机，所述计算机与所述模拟采集模块的输出端和PLC控制器的输出端相连接。
6.如权利要求3所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述功能模块的电流互感器设置于所述光伏逆变器的交流电缆出口端。
7.如权利要求1所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述降温模块包括循环水管道以及设置于所述循环水管道中的循环水泵装置。
8.如权利要求7所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述的循环水管道包括上升水冷管、中间降温水冷管、和下降水冷管，其中所述的中间降温水冷管与所述的逆变单元和/或所述的滤波器进行热交换。
9.如权利要求8所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述中间降温水冷管被设置于光伏逆变器内部，布置在逆变柜和直流柜的后面，并靠近选自下组的发热元器件：逆变桥架、滤波器或其组合。
10.如权利要求8所述的水上光伏逆变器***，其特征在于，所述降温模块的中间降温水冷管为螺旋型。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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