小固談“芯”系列-逆變器的‘芯’之守護(hù)

前言：階段性的對我們熟知的行業(yè)領(lǐng)域和產(chǎn)品進(jìn)行重新定義，這往往意味著，我們的行業(yè)發(fā)展到了一個(gè)新的高度；同時(shí)也意味著我們對應(yīng)用于這個(gè)行業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品也有了新的認(rèn)知，這是一種進(jìn)步。

就像固德威對于光伏逆變器的定義，已經(jīng)從“逆變器是光伏系統(tǒng)的關(guān)鍵先生”到“逆變器是光伏系統(tǒng)的‘芯’”。

這顆“芯”，之所以稱之為“芯”，不僅是因?yàn)樗P(guān)乎光伏系統(tǒng)全生命周期的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)維，更因?yàn)樗?，雖然只占光伏系統(tǒng)成本的5%~10%，卻掌控了整個(gè)光伏系統(tǒng)100%的發(fā)電量，還因?yàn)樗麜r(shí)刻都是光伏系統(tǒng)的“大腦”。

小固始終致力于為光伏行業(yè)創(chuàng)造價(jià)值，結(jié)合這個(gè)重新定義的光伏‘芯’，小固談‘芯’系列，就此展開。

1、‘芯’之守護(hù)需‘堅(jiān)守’

隨著平價(jià)上網(wǎng)進(jìn)程加快，行業(yè)對于系統(tǒng)成本的下降的需求已經(jīng)可以用‘苛刻’來形容，逆變器作為光伏系統(tǒng)的‘芯’也需要在保證高質(zhì)量和穩(wěn)定性的前提下，進(jìn)一步提升效率并降低成本，為了這個(gè)目標(biāo)小固始終在不斷的努力。因此，本文要探討的關(guān)鍵，逆變器哪怕降成本降得再低，也不能忽略的各種安全保護(hù)措施，也就是小固定義的‘芯’之守護(hù)。

2、‘芯’之‘守護(hù)’的根本要求

l 漏電流保護(hù)—根據(jù)安全規(guī)定，人體安全電壓為不高于36V，持續(xù)接觸安全電壓為24V，安全交流電流為10mA，，人體允許通過的電流一般為30mA，致命電流為50mA，而光伏系統(tǒng)的工作電壓和電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此限值，因此，‘芯’之守護(hù)設(shè)計(jì)，在這方面會有極其苛刻的追求。

l 其它安全設(shè)計(jì)——根據(jù)NB/T 32004的要求，逆變器所需的安全保護(hù)包括：對地絕緣保護(hù)，漏電流保護(hù)，輸入限流保護(hù)，輸入電壓保護(hù)，輸出限流保護(hù)，電網(wǎng)電壓保護(hù)，電網(wǎng)頻率保護(hù)，防孤島保護(hù)，防雷保護(hù)等，每臺逆變器在出廠之前都會做這些安全保護(hù)的測試，從而保證出廠的逆變器都具有安規(guī)所規(guī)定的安全保護(hù)功能。

l 上面所說的這些安全保護(hù)萬一失效了怎么辦？那么冗余保護(hù)就是逆變器安全保障的最后一道防線。

3、‘芯’之守護(hù)的冗余設(shè)計(jì)

l 冗余保護(hù)的基本定義是：為增加系統(tǒng)的可靠性，而采取兩套或兩套以上相同、相對獨(dú)立配置的設(shè)計(jì)。例如冗余系統(tǒng)在飛機(jī)上的應(yīng)用：如果一個(gè)飛機(jī)需要兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)可以正常啟用的話，那這個(gè)飛機(jī)可能需要至少四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是冗余設(shè)計(jì)。

還有日常生活中也有比較常見的冗余保護(hù)，如運(yùn)貨的重卡，在卡車載重的后輪胎上，任意一個(gè)軸承上的一邊至少有兩個(gè)輪胎，其實(shí)僅需要一個(gè)輪胎，重卡就可以正常運(yùn)行，另外一個(gè)輪胎就是冗余保護(hù)了。

l 逆變器的冗余保護(hù)，主要有CPU的冗余保護(hù)和繼電器（Relay）的冗余保護(hù)，固德威的逆變器的CPU冗余保護(hù)通過主副兩個(gè)CPU以及一個(gè)ARM通訊芯片來實(shí)現(xiàn)。這里重點(diǎn)介紹繼電器的冗余保護(hù)【什么是繼電器，通俗來講，繼電器就是逆變器內(nèi)部的自動(dòng)開關(guān)，起到安全保護(hù)的作用，當(dāng)逆變器出現(xiàn)電路故障的時(shí)候，繼電器可以自動(dòng)斷開，從而保證逆變器可以和電網(wǎng)及時(shí)脫網(wǎng)，從而保障檢修人員的人身安全。】

下圖是逆變器的繼電器冗余設(shè)計(jì)圖示：

a1和a2是一組繼電器，b1和b2是另一組繼電器，兩組繼電器之間互為冗余保護(hù)。

當(dāng)電網(wǎng)停電的時(shí)候，電網(wǎng)端的火線和零線是斷電的，沒有電壓，可以觸及，逆變器的繼電器應(yīng)是斷開的。

如果逆變器發(fā)生了故障，控制電路失效，包括炸機(jī)等故障，導(dǎo)致繼電器發(fā)生了燒結(jié)現(xiàn)象，沒有斷開，電網(wǎng)的火線，零線和PV側(cè)還連著，很容易發(fā)生觸電事故。

而且繼電器本身是有壽命的，壽命一般以閉合斷開的次數(shù)來計(jì)算，且繼電器也會存在失效的概率，本身的問題也會導(dǎo)致繼電器燒結(jié)現(xiàn)象，如果此問題發(fā)生，也會導(dǎo)致觸電事故的發(fā)生。所以固德威的逆變器在啟動(dòng)之前繼電器會閉合斷開來自檢，從而保證繼電器本身沒有問題，再繼續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。

有了繼電器的冗余保護(hù)，其中一個(gè)繼電器失效，另外一組繼電器就可以及時(shí)斷開，可以有效避免逆變器故障或者繼電器本身故障導(dǎo)致的繼電器燒結(jié)，從而避免觸電事故的發(fā)生。

沒有繼電器冗余保護(hù)，只有一組繼電器，當(dāng)這個(gè)繼電器發(fā)生燒結(jié)的時(shí)候，對檢修人員的人身安全是個(gè)很大的隱患。

4、‘芯’之痛—國內(nèi)外對‘芯’的安規(guī)要求對比

國外IEC62109-2的安規(guī)要求，逆變器的繼電器必須要有冗余保護(hù)，且逆變器在開機(jī)之前必須要自檢。而國內(nèi)的NB/T32004的安規(guī)對此并沒有明確的規(guī)定。

出于國內(nèi)外安規(guī)的差異性，成本上的壓力，導(dǎo)致一些逆變器廠家在國內(nèi)外出貨上有差異，甚至針對中國的項(xiàng)目還有‘特別開發(fā)’的‘扶貧專用機(jī)’。這讓小固的‘芯’很痛，中國作為領(lǐng)先全球的光伏產(chǎn)業(yè)大國，我們應(yīng)該至少做到，銷往全球各地的產(chǎn)品用相同的質(zhì)量和安全標(biāo)準(zhǔn)來把關(guān)，才能讓世界重新認(rèn)識“中國制造”，然后才能達(dá)到下一步的“中國智造”

特此，小固鄭重承諾：固德威逆變器的產(chǎn)品設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照最嚴(yán)格的安規(guī)設(shè)計(jì)規(guī)定，所有國內(nèi)外機(jī)器保持一致，絕不有硬件差異！

5、‘芯’之降本增效的正確方向

l 半導(dǎo)體功率器件的效率提升是關(guān)鍵

l 逆變器主板的合理布局，優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)，提升效率，保證穩(wěn)定性

l 逆變器主板的科學(xué)布局，進(jìn)一步提升功率密度，以達(dá)到降低成本的目的

l 廠家通過規(guī)?；嵘?yīng)商整合水平，以降低原材料采購成本

l 無論提升效率和降低成本的需求多么苛刻，逆變器的穩(wěn)定性永遠(yuǎn)是第一位的，逆變器的設(shè)計(jì)一定不能耍小聰明，把一些關(guān)鍵的保護(hù)電路都省去！

最后，讓我們借用固德威董事長，黃敏先生的話，來結(jié)束今天的探討：

‘芯’之守護(hù)，也是光伏人的‘心’之守護(hù)—小固