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第16章 分布式光伏并网变换器的特殊测试考虑
每个DPV-GT变换器的制作过程都要经过某种形式的工厂测试。对于DPV-GT，这些测试相当广泛，并且会有一定比例的失败测试出现。通常，生产出大约5％左右的变换器将至少 在一个测试环节失败。许多行业标准和规格中明确规定了测试要求。
行业标准在测试方面存在一些重叠现象。近年来，ANSI / IEEE标准C57.12.90普遍被其他用于测试液浸式配电、功率和调压变换器的标准所采用。在ANSI / IEEE标准C57.12.90中规定的一些更重要的标准工厂测试中，DPV-GT的这些标准中分为几个部分。
这些变换器对型式试验有特殊要求，特别是与局部放电有关。这些要求是严格的。一般来说，IEEE标准要求在100％电压下具有100mu;V的PD电平，并提高电压电平的变化级别。DPV变换器要求的电平如下：在110％的电压电平为125mu;V，在125％的电压电平为135mu;V。如下所述，在变换器上进行的感应电压测试中经历了这些电压电平的变化。
介电试验
开关冲击试验
雷电冲击试验
使用声学方法进行局部放电（PD）测试：该测试按照C.57.127“使用液体填充变换器声学方法的用户指南”的指导原则进行。此外，这种PD检测和定位方法已经扩展到干式DPV-GT。
客户规定的局部放电水平低于IEEE或IEC标准规定的水平。设备诊断公司(Diagnostic Devices Inc)推出的新型改进方法被证明是非常成功的，特别是首次采用干式DPV-GT。
我们可以使用声传感器的四通道PD器件用于检测干式1000KVA DPV-GT的PD。当变换器在工厂中进行感应电压测试时，测试完成。图16.1显示了目前市场上使用的本设备。图16.2显示了为干式DPV-GT收集的数据，以及安装用于PD检测和最终位置分析的声学传感器。PD电平非常低，因为这些变压器也用于通信网络。电平低于IEEE标准。在这个特殊的DPV-GT案例中，客户要求的PD低至50 pC。图16.3显示了在感应电压试验下的干式变压器同时采用声学方法进行局部放电试验。
其他测试包括以下内容：
绝缘功率因数
绝缘电阻试验
噪音测量
热运行或升温试验
短路试验
最大连续额定试验
过电流测试
直流母线过电压测试
防孤岛试验（详见第六章）
过压/欠压/频率测试
接地故障测试
电压和电流谐波测试
功率限制测试
比率测试
无负载损耗
负载损耗和阻抗电压（表16.1和16.2）
绝缘功率因数：该试验验证了真空处理已将绝缘系统彻底干燥至所需极限。通常，在实践中，tan-delta测试用于该评估。
比率，极性和相位关系：该测试确保正确的绕组比和抽头电压; 它不仅检查HV、抽头和LV电路的绝缘。 而且还检查整个绝缘系统，以验证所有的实时到地面间隙。
电阻：该测试验证了内部高压和低压连接的完整性。它还能够提供损失升级计算的数据。从而使损失得到保障，在实践中，未能达到保障的损失将根据基本合同的指导方针受到惩罚。
应用电位：应用于高压和低压绕组，它测试的是整个绝缘系统，以验证所有实地间隙。
诱发电位：一般来说，该测试在正常电压的3.46倍加上1000V时进行，它用于降低中性设计。
损耗测试：这些设计验证测试进行的目的是确保满足测试的损失值在设计公差范围内。测试包括空载损耗和励磁电流以及阻抗电压和负载损耗。保证损耗通常在plusmn;5％。
泄漏试验：将油箱加压至7 psig，确保完整的密封，无焊缝或垫片泄漏，以消除潮湿气泡或液体氧化的可能性。
设计性能测试：设计性能测试包括如下内容：
升温：我们的自动热运行设备可确保任何设计变化都符合ANSI / IEEE温升标准。
声音级别：确保符合NEMA要求（表16.3）。
闪电脉冲或基本脉冲电平（BIL）测试：为了确保卓越的介电性能，该测试包括一个约化波，两个斩波和一个全波顺序，精确模拟最恶劣的条件（表16.4）。
17.3潜在运作和管理（O＆M）问题
如果不及时解决影响运作的问题，太阳能发电厂中可能发生的十六个潜在故障或损害如下：
1.周边围栏损坏：周边围栏损坏可能立即对设施作业造成负面影响。无论是否由于破坏、风暴甚至动物造成，这都是一个需要立即关注的项目。由于系统产生的电压过高的问题，人员不仅可能受伤，如果入侵者意图摧毁或窃取物品，昂贵的设备也将面临风险。定期检查和快速反馈对所有太阳能农场来说是至关重要的。
2.地面侵蚀：地面侵蚀是一种自然界中自然发生的过程，土壤和地表侵蚀是由水和风引起的。我们预计它是以一定的周期率逐渐发生的，但突然的侵蚀可能对光伏电站产生有害的影响。表土的流失会导致地面的重塑，以及地球上的河道，孔洞和斜坡的形成。这可能使问题转移，影响面板产生能量的能力。它也可能导致设备的流失和破坏。正确而密切的现场监控能够警示资产管理人员规避任何可能导致操作风险的突发情况。
3.变压器泄漏：每年对变压器进行良好的日常维护有助于避免变压器泄漏。变压器泄漏可能导致土地污染等安全隐患。发现泄漏是否存在，并制定出维修或更换的计划是最大限度地保持能源发电的关键。我们采用几种方式对变压器进行预防性维护;然而，监控变压器油温、压力和水平以防止变压器首先泄漏是避免停机问题的最佳方式。为了防止出现致命的错误，设置参数的范围，并在问题扩大之前自动发出警报以进行现场检查。
4.各种逆变器损坏：采用光伏电池板的低电压和大电流信号并将其并转换为与公用电网兼容的电压，逆变器是并网系统的核心部件。对逆变器的监控是非常重要的，因为逆变器电压和频率的变化可能会影响其性能以及危害附近操作人员的安全。逆变器损坏可能导致光伏电站完全故障或部分串联中断。大约80％的光伏系统停机时间都是由逆变器故障造成的。对于任何逆变器的损坏，操作人员必须快速做出反应。
5.导管断裂：断裂的导管在操作系统上会造成冲击和混乱的危险，因为不通电。当场地建造完成并且太阳能发电厂投入运行时，地面运动可能会在地面稳定时发生。这些运动可能导致管道破裂等问题。对测量电缆上的隔离可确保地下运行无损坏。隔离是很重要的，因为导管断裂会引起电缆破裂或损坏绝缘层，从而导致火灾和人身伤害。
6.组合盒损坏：组合箱可以简化接线的功能，将多个太阳能电池板串的输入组合成一个输出电路。我们通常将4至12 根线连接到一个组合器盒。如果组合盒损坏，它们将会引起安全风险以及生产力的显着降低。
7.植被过度生长：植被可以从良性滋扰很快转变为重大问题。除了吸引那些使自己物种破坏的动物之外，植被也可以遮蔽细胞，干扰布线，并影响结构完整性。
8.细胞褐变/褪色：除了提供电源之外，紫外线辐射将导致面板细胞老化，被视为褐变和变色。这种薄膜的降解导致产量和生产率受损。
9.面板阴影：设计光伏电站时，清除树木和其他障碍物是至关重要。光伏电池电气输出对阴影非常敏感。如果有阴影，细胞不会增加面板产生的能量，而是吸收它。与发光的正向电压相比，阴影单元具有更大的反向电压。它可以吸收线路中许多单元格的功率，造成输出将大幅下降。清除任何造成阴影的树木或结构将有助于优化输出功率。
10.短细胞：如果没有及时处理，短细胞可能会影响生产力。在将PV电池放入太阳能电池板组件之前，半导体材料的生产缺陷通常不会被发现。通过红外成像测试来识别这些缺陷的方法已经使用了十多年。我们用这种高效的，具有成本效益的测试和测量方法来表征单元的性能。其电子结构有助于确保能源生产最大化。
11.自然灾害：雹暴或飓风可能会对太阳能发电厂造成严重破坏。损坏的面板或被风吹损的架子等设备可能会严重降低产量或使系统完全失效。在恶劣天气下保持脉冲并在风暴后检查设备是必要的，它能确保太阳能农场的整体健康。
12.故意的人为破坏：破坏者对任何光伏设施构成重大威胁。无论是窃电还是破坏电线、面板或其他设备，都可能会导致系统损坏。北卡罗来纳州的太阳能农场阵列的损坏是因为附近有人将太阳能板当成高尔夫球的第18洞。我们通过使用太阳能监控设备来检测损害，从而可以减少停电和损失。
13.缺陷追踪器：这是一种在清晨和午后时效果明显提升的特殊工具，跟踪器可以将单轴跟踪器的总功率提高约20％至25％，双轴跟踪器可提高约30％或更多。缺陷跟踪器可能会显着降低性能输出，并应在检测到后立即进行维修。
14.架子侵蚀：结构腐蚀可能是光伏设施的噩梦。一旦结构完整性降低，设施内适当的水和风流的风险升高，这可能严重影响设施的功能。由于架子的移动，面板受到其最佳定位和能源生成的影响。
15.不干净的面板：灰尘、雪花、花粉、叶片碎片甚至鸟粪都可以吸收面板表面的阳光，减少到达细胞的光线。干净的表面会在设备的使用寿命内增加输出性能。排水和清洁应该是所有运行和维护计划的一部分。
16.动物滋扰：一旦动物进入了农场周边，无论它们是跳过还是穿过围栏周围的洞穴，它们似乎总是有有方法找到电线来咀嚼，并且在不知不觉中销毁设备。所以动物需要远离太阳能农场。
17.4太阳能发电接线设计
本节介绍了太阳能电力布线的设计，旨在使工程师和系统集成商了解一些较为重要的，与太阳能发电项目相关的人员安全和危害的问题。
直到十年前，住宅和商业用的太阳能发电系统由于缺乏技术成熟度并且生产成本较高的缘故，没有足够的电力输出效率来证明太阳能发电系统是有意义的投资。由于太阳能发电项目遍及美国，欧洲和大多数工业化国家，在过去十年中，太阳能发电行业已经焕然一新，目前生产能力的扩大为相关领域提供了成本效益更高的产品。
鉴于不断升高的化石燃料为主的能源成本和全球可持续能源回馈计划的可实施性，由于其固有的可靠性和寿命方面的优势，它已经成为在商业和工业设施中提供的最可行的热电联产投资之一。
鉴于新颖的技术和新产品的不断涌现，国家建筑和安全组织（如国家消防协会）制定了安装和应用指南，其中规定了国家电气规范（NEC）的指导原则，但它还未能够跟进一些与危害和安全预防有关的重大问题。一般而言，小型太阳能发电系统布线工程，例如由经过安全安装程序培训，并得到许可的电工和承包商建造的住宅设施就不在主要的考虑范围之内。然而，光伏阵列能产生的数百伏太阳能直流电源的大型安装需要特殊的设计和安装措施。
17.5太阳能发电系统接线
设计不当的太阳能发电系统除了引起火灾之外，可能导致非常严重的灼伤，在某些情况下会导致致命的伤害。另外，设计不当的太阳能发电系统可能使电力生产效率的显著下降，并最大限度地减少投资回报。
与设计和安装不当有关的一些重要问题包括不正确的尺寸和选定的导线、不安全的接线方式、过流保护不当、断路器的未分级或低估选择、开关断开、系统接地以及许多与安全和维护相关的其他问题。
目前NEC一般涵盖光伏发电系统的各个方面；然而，它不包括特殊的应用和安全问题。例如，在太阳能发电系统中，标称24 V和500 Ah的深循环备用电池如果发生短路，可以释放数千安培的电流。在这种情况下产生的巨大能量，很容易造成严重的灼伤和致命的伤害。不幸的是，熟悉NEC的大多数安装商、承包商、电工甚至检查人员通常都不具备足够的直流电力系统安装方面的经验和专业知识，因此很少满足NEC的要求。
造成安全问题的另一个重要方面与所使用的材料和组件相关，这些材料和组件很少被用于直流应用程序。安装10 kWh以上（非包装系统）太阳能发电系统的电气工程师和太阳能发电设计师，我们建议去审阅2005年NEC第690节和桑迪亚国家实验室发布的太阳能发电推荐设计和安装实践报告。
为了避免上面所讨论的设计和安装问题，系统工程师必须确保所有使用的材料和设备都得到美国保险商实验室的批准。所有组件，如过流设备，保险丝和断开开关均为直流额定值。安装完成后，设计工程师应和审查员分别验证相应的安全标签是否永久安装并连接到所有断开装置、收集器盒和接线盒上，并验证系统接线和导管安装是否符合NEC要求。通常在美国和加拿大认证材料和测试设备的机构是美国保险商实验室（UL），加拿大标准协会（CSA）和测试实验室（ETL），它们都是在整个北美洲大陆提供设备认证的注册商标。请注意，除了海运和铁路安装，NEC涵盖了所有太阳能发电设施，包括独立网络，并网和效用交互式热电联产系统。通常，NEC涵盖所有电气系统接线和安装，在某些情况下，它可能不适用于太阳能发电系统的重叠和突发指令，在这种情况下，我们优先考虑代码的第690条。
一般来说，太阳能电力布线可能被认为是整个系统工程工作中最重要的方面之一，因此，它应该被充分调查理解并加以应用。以这种接线设计为例。 假设来自PV阵列的短路电流I sc被确定为40 A.计算应如下：
1.光伏阵列电流降额= 40times;1.25times;50 A.
2. 75°C过电流保险丝额定值= 50times;1.25times;62.5 A.
3. 75°C时电缆降额= 50times;1.25times;62.5。
使用NEC表310-16，在75°C色谱柱下，我们找到一个额定容量为65-A的AWG＃6电缆。由于紫外线（UV）曝光，我们应选择具有75-A容量的XHHW-2或USE-2型电缆。有时，“2”用于指定紫外线曝光保护。如果携带电缆的导线管填充四至六根导体，则建议如前所述，参照NEC表310-15（B）（2）（a），导体进一步降额80％。在40至45°C的环境温度下，还应使用0.87的降额乘数：75 A 00.87 = 52.2 A.因为选择60级的AWG＃6导体能够满足需求，并且你会发现这是一个适当的选择。按照相同的标准，如NEC表240.6所示，最接近的过流装置为60A; 然而，由于
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