西门子助力辰源创新推动高效光能应用

2013/6/18 9:08:12

项目背景
      北京辰源创新电力技术有限公司(简称辰源创新)主要从事电力行业相关业务,一直致力于发电厂综合自动化及企业信息自动化研究开发。辰源创新与西门子合作已有8年之久,近几年,辰源创新与西门子的合作逐渐深入到太阳能(光伏)发电领域,这对于西门子来说也是一种全新的尝试,辰源创新研发生产的光伏逆变器的核心元器件如控制器单元、功率模块单元等均采用西门子最新一代研发的产品。2012年4月,作为西门子(中国)有限公司工业业务领域驱动技术集团大型传动部的系统集成商,北京辰源生产的CS 500光伏逆变器在国网电力科学研究院国家能源太阳能发电研发(实验)中心顺利通过低电压穿越全功能测试,这是由西门子全新智能型Sinamics S120驱动系统集成的光伏逆变器首次通过该测试。

客户需求
        光伏逆变器作为把太阳能电池板的发出的直流电转换成可以并网发电的交流电的设备,是光伏发电站的主要核心设备,其内在核心配置的好坏和可靠性直接影响光伏电站的发电能力和效益。

西门子产品的应用
          2010年8月,西门子工业业务领域大型传动部向辰源创新介绍Sinamics S120产品,辰源创新根据其自身在光伏领域的积累的技术研发基础和市场需求,公司决定使用Sinamics S120产品研发光伏逆变器。Sinamics S120这款产品在未进入光伏新能源行业之前就已应用到大功率变频器,海上平台等工业项目,但因为光伏逆变器与普通逆变器不同,它不是驱动电机,而是并网发电,同时还要有低电压穿越和防孤岛功能等,所以西门子在这款产品是在内部软件上做了特殊处理,可让用户缩短开发周期。
Sinamics S120是一款可以根据用户自行配置的模块化的驱动系统,S120 ALM 可四象限运行,根据用户参数设置的不同可以工作在整流或逆变方式。SinamicsS120产品功率共有300KW、630KW和900KW共3个等级。S120光伏逆变装置的外部通讯接口有PROFIBUS、PROFINET和以太网接口,可以轻松实现与西门子的其它工业产品通讯。值得一提的是该产品自身的DRIVE-CLiQ通讯接口,该通讯接口可以高速安全的把功率单元、外部接口、采集单元,控制器连在一起,有效的解决了通讯在大功率设备中容易受干扰的问题。
Sinamics S120产品应用到光伏逆变器中至少应该包含以下产品:
ALM:有源整流装置(Active Line Module),它实际上就是把直流逆变成交流的光伏逆变单元;
AIM:有源滤波装置(Active Interface Module),与有源整流装置配套,其内部集成的电抗器可以把逆变功率单元输出的PWM波滤波成正弦波形,并把逆变系统的谐波含量达到3%以下;
CU320-2:控制器(Control Unit),负责整个逆变器的配置、参数设置和系统的运行;
VSM:电压检测模块(Voltage Sensing Module),VSM不仅可以检测S120光伏逆变装置输出电压的幅值、频率和相位,而且可以检测电网电压的幅值、频率和相位;
TM31:接口模块(Terminal Module),此模块包含有开关量输入输出和模拟量输入输出以及温度输入通道;
CF卡:(Compact Flash),主要存储Sinamics S120的专有软件和授权。
Sinamics S120光伏产品V4.4具备了被动/主动防孤岛功能、低电压穿越和无功调节的功能,在使用中需要根据不同实际情况加以设置或编程。
防孤岛功能:激活电网监控功能(P5541=1),则同时激活主动防孤岛(有源频率偏移方法)和被动防孤岛(监控电压范围)功能,孤岛保护后S120报F06851故障停机;
低电压穿越功能:激活电网动态支持功能(P5501=1),电网电压出现跌落时,电网电压超出允许值范围,则按照设定曲线补偿无功电流大小,因为并网最大输出电流(有功电流和无功电流总和)限制,低电压时编写DCC程序降低有功电流,保证低电压时总的输出电流不增大,支持电网恢复,电网恢复后,则增大有功电流,降低无功电流。如果电网电压跌落后实际电压值和跌落时间都超出了国家标准,则S120直接报F06850故障停机;
防孤岛和低电压穿越同时激活:电网电压出现跌落时,电网电压超出允许值范围,由于低电压穿越功能被激活则被动防孤岛功能自动不被激活,那么按照设定曲线补偿无功电流大小,因为并网最大输出电流(有功电流和无功电流总和)限制,低电压时编写DCC程序降低有功电流,保证低电压时总的输出电流不增大,支持电网恢复,电网恢复后,则增大有功电流,降低无功电流。如果电网电压跌落后实际电压值和跌落时间都超出了国家标准,则S120直接报F06850故障停机;
无功调节功能:编写DCC程序直接修改参数P3610即可提供超前无功功率和滞后无功功率,实现功率因数可调。

效益及性能
          2010年11月底,辰源创新研制完成了国内首台应用该产品的500KW光伏并网逆变器,基于S120的并联功能,同时快速的研发出1000KW的光伏并网型逆变器确定型号为CS1000型,后续这两款产品顺利通过了国家的金太阳认证测试。2012年4月,西门子全新智能型Sinamics S120产品系列集成的光伏逆变器首次通过国网低电压穿越全功能测试,通过测试的便是晨源CS 500光伏逆变器。
应用西门子的Sinamics S120开发的500KW和1MW光伏并网逆变器,解决了辰源创新大批量产品交货时限长、供货期难以保障的问题。
Sinamics S120不仅具备高可靠性、高效率和高功率密度的特点,还具备以下功能和优势:
所有逆变器元器件都符合UL508C电力转换设备标准;
使用的硬件装置是经过各个工业领域多年验证的设备,以最优化的设计保证高可靠性与长寿命,久经验证,坚固耐用;
无变压器、高电流密度设计,结构极其紧凑,是目前国际上同功率产品中体积最小的产品之一;
目前国际领先的IGBT技术,系统测量元件采用高精度器件,精确的输出电能计量;
强迫空冷,风道式冷却设计,在环境45摄氏度时仍然可以满功率工作;
模块化设计,所有模块都可通过公共通信总线连接(如Drive-CliQ技术);
完美的并网性能,最大功率时并网电流谐波小于2.5%,对电网无污染,无冲击;
可实现最多4台500KW逆变器同时并联运行,可选主从模式,不但便于光伏系统设计,更能为光伏电站发出更多的电能,极大的提高其经济效益;
采用触摸屏操作,友好的人机界面设计,可更方便的监控各种运行参数;
具有多种通讯接口,更便于实现上位机网络监控,实现整个电站的无人值守;
完善的保护和报警功能;
重量轻(整机1210Kg),安装与运行费用低廉。
在调试光伏逆变器的时候,必须要有直流电源,使用调压器加二极管整流的方式可以实现,但由于SinamicsS120本身还具有整流功能,所以在完成CS500逆变器的组装后,改直流预充电为原有的交流预充电,用STARTER设置为回馈禁止,就可以把CS500逆变器变成一台直流电源。用Sinamics S120改装后的直流电源与CS500光伏并网逆变器背靠背工作,非常方便设备的各种情况的调试,缩短了研发的时间。调试过程中西门子记录了输出波形、谐波,使用泰克的示波器查看了Sinamics S120组装完成后的500KW逆变器,其输出波形很好,使用FLUK NORMA5000功率分析仪记录了其谐波含量小于2.5%。

客户反馈
辰源创新总经理孙建波先生对西门子提供的产品和服务非常满意:“西门子的产品种类非常全面,辰源与西门子配合形成整体效应,让用户能够更加放心地使用辰源的产品,有助于辰源开拓更为广阔的市场。”

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