光伏并网逆变器故障分析及解决方法大全

马毅

[摘 要]近年来，随着国家环境和能源结构调整战略政策引领和光伏领域科技的快速发展，我国光伏产业迅猛发展，光伏并网速度也日渐加快。文章以4个光伏阵列单元的通讯故障为例，介绍了光伏阵列单元在并网过程中遇到的汇流箱与智能终端遇到的通讯问题，并探讨解决的方案，仅供参考。

[关键词]光伏并网；通讯故障；研究

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）22-0152-01

20多年来，我国一直致力于研究完善光伏太阳能发电技术，以生产清洁能源，促进环境良好且可持续发展。2016年我国光伏发电新增和累计装机容量均为全球第一，新增和累计装机容量分别达到3454、7742万千瓦。根据国家对光伏发电的相关管理规定，安装光伏发电设备，用不完的电（即余电）可上网至公共电网，由当地电网企业和用户结算上网费用，标准参考当年的标杆燃煤电价，此外用户光伏设备发出来的电还可享受国家规定的相关补贴。由于光伏厂区处在户外环境，现场环境恶劣，设备多，且有逆变器、升压变压器等大功率设备的存在，光伏并网过程中通讯设备尤其频发通讯故障；因此准确分析处理光伏并网过程中通信故障具有一定的意义。

一、光伏发电并网技术

目前光伏发电系统从规模上主要分为集中式和分散式两种，其并网技术要根据系统结构、系统特点和实际需求来研究确定。

（一）集中式并网技术

集中式并网是指光伏发电电能直接输送给公共电网，由公共电网经过统一调配后供用户使用。整个过程与大电网保持单向电力交换，且电压等级在10kV以上。集中式发电系统一般由几千个光伏组件、光伏开关站等构成。充分利用广袤的农田、荒漠地区丰富和相对稳定的太阳能资源构建大型光伏电站，接入高压输电系统供给远距离负荷使用，这就是集中式并网发电。集中式发电规模很大。以某40兆瓦农业光伏（应用于农作物）项目为例，其总规划用地面积为1090亩，共分为40个单元，每个发电单元布置4532块光伏组件，建有35kV开关站一座，建成后预计年均上网电量达5200多万千瓦时。一般情况下，集中式光伏发电需要依赖长距离输电线路送电入网，由于供电量较大，也是电网的一个较大的干扰源，存在着电压跌落、输电线路损耗、无功补偿等问题。大容量的光伏电站由多台变换装置组合实现，这些装置协同工作、信息系统、远程处理等技术尚不成熟。为保证电网安全，大容量的集中式电量接入需要有LVRT（低电压穿越）等功能，。LVRT是指当光伏电站并网点电压跌落时，光伏电站能够保持并网，甚至向电网提供一定的无功功率，支持电网恢复，直到电网电压恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间（区域）。这样才能保证公共电网稳定性。

（二）分布式并网技术

分布式并网是指光伏发电电能被直接分配到用电负载，若电力多余或不足，则连接大电网进行调节。整个过程与大电网保持双向交换。分布式光伏发电的构成主要包括：（1）太阳能电池组件；（2）保护装置；（3）电路；（4）逆变器；（5）电网接口。其中太阳能电池组件是光伏系统中的核心部件，其作用是把太阳能转化成电能。逆变器是将直流电转换成交流电的设备。由于太阳能电池组件产生的电为直流电，而实际应用过程中绝大部分负载都是交流负载，因此需要此装置将直流电转换成交流电以供负载使用，且可并网向国家大电网供电。

二、工程实例

（一）基本概况

某光伏并网工程选用的是某公司的 YGSC-116型智能光伏防雷汇流箱。汇流箱采用了霍尔传感器加单片机系统，对进入汇流箱的光伏阵列电流电压采样监控，通讯采用了标准的MODBUS RTU 规约，RS485接口，传输速率为9600 bit/s。考虑到现场没有第二电源，监控系统的电源取自系统本身，其电源模块在300～ 1000V电压下进行DC-DC变换，转换成15V的工作电源。

（二）通讯过程中遇到的问题

在 G017-G020 这 4 个光伏单元的通讯调试中，遇到了一系列问题。逆变单元G017 逆变单元在光伏未并网前，汇流箱和光伏智能终端的通讯是正常的，并网一段时间以后，发现部分汇流箱和光伏智能终端的设备通讯不上，经检查发现 5 块汇流箱主板无法读取，4块汇流箱主板CRC校验错误。通信不通的原因为RS485 芯片损坏（其中一块芯片出现崩裂）。使用示波器检查通信线缆后发现，由配电室到汇流箱的RS485线缆存在幅值在+13.5和-13.5V的交流成分。现场测试发现汇流箱接地点与配电室的接地点间存在电压差，用万用表交流档测有 8 V 左右的交流电压，现场测试 RS485 线缆屏蔽层与场内接地线出现打火。经分析判断，认为是两个接地点不共地，造成信号线内存在能量较强的交流电流，造成 RS485 芯片损坏。将配电室智能终端设备地与保护地连接，更换主板后暂未出现此现象。

G018 逆变单元在光伏未并网前，汇流箱和光伏智能终端的通讯也是正常的。但在一段时间以后，发现大部分汇流箱和光伏智能终端的设备通讯不上，检查发现，光伏智能終端和汇流箱的485 端口都有烧坏。怀疑 485 线中有较强的交流干扰，将配电室设备的地和保护地连接以后仍没有解决； 又怀疑逆变小室的地和汇流箱的地没有接好，通过 485 线的屏蔽层把逆变小室的地和汇流箱的地连接起来，仅有最远的一个汇流箱没有和智能终端通讯上。单独拉 485 信号线过去，通讯正常，说明和信号线的走线有问题。

G019 逆变单元在光伏未并网前，汇流箱和光伏智能终端的通讯是正常的，并网一段时间以后，又发现大部分汇流箱和光伏智能终端的设备通讯不上，使用示波器检查通信线缆后发现，由配电室到汇流箱的 RS485 线缆存在幅值在 + 1601 华北电力技术 NORTH CHINA ELECTRIC POWER No. 8 2012V 和 - 16 V 的交流成分 。现场测试发现汇流箱接的大地与配电室的地线间存在压差，用万用表交流档测有 15 V 左右的交流电压，现场测试 RS485 线缆屏蔽层与场内接地线出现打火。此时发现所用的三芯 485 接线所用的 2 根不是双绞接线的形式，改成双绞线后，把 485 的屏蔽层两端都接地后仍发现部分汇流箱通讯不上，此时停止逆变器，通讯恢复正常。说明是逆变器的电磁干扰问题。G020 逆变单元在光伏未并网前，汇流箱和光伏智能终端的通讯是正常的，并网一段时间以后，发现大部分汇流箱和光伏智能终端的设备通讯不上，检查发现又有 5 块 485 的板子烧毁，停掉逆变器后仍有一回路不能调通，仔细核查后发现，调试人员把汇流箱的编号贴反导致监控系统的工作人员把汇流箱的通讯地址写反，造成此回路不通。

（三）解决方案

为了解决光伏通讯中的问题，可以采取以下几种方法：①加装 EMI 滤波器和 120Ω匹配电阻，对高频和回波信号能有效抑制，但对工频干扰无能为力。②确保光伏发电区的良好接地，确保逆变器室和各太阳板支架的接地点良好互连，消除地电位的影响。③修改通信线路走向，通信线和动力缆尽量做到垂直地交叉通过，布线时应尽量减少环路面积，以抑制电源的辐射干扰。④换成网线或光纤通信，将极大降低电磁干扰对通讯的影响。但这将增加工程的成本。

总之，太阳能发电的场地很大，具体的施工难度加大，对各方面的问题都得考虑周全，目前看来通讯是此工程调试最棘手的问题，以后设计通信智能终端时，一定要考虑到其所处的电磁环境，选择电磁兼容比较好的区域，通信线的布置也要特别的注意。

参考文献

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[3] 陈书生.非隔离单相光伏并网逆变器研制[D].西南交通大学，2016.