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电力电子变换器比重的增加一方面使得系统更加灵活,另一方面也使得电力系统的可靠性相对下降。现场运行经验表明,电力电子变换器通常是影响新能源电力系统故障率、寿命以及维修成本的最关键设备之一。
文献对约350个岸上风电机组的35000次故障停机事件进行了数据统计,这些数据分别来自于SCADA系统、故障和报警记录,工作指令和服务报告以及运行和维护商报告。图5的数据统计结果表明,电力电子变换器对整个风机的故障贡献率达13%,占整个停机时间的18.4%。
图5 某风电场的各环节对故障贡献
文献给出了一个大型光伏发电站自2001~2006年的现场统计数据,该电站包括11700个相同的光伏板和26个相同的135kW的光伏并网逆变器。图6表明,因光伏并网逆变器故障引起的非计划维修事件占整体的37%,而其相关的维修成本达到59%。
从保修时间的角度来看,目前的主要生产商为光伏并网逆变器提供平均5年的保修期,而光伏板是超过20年。因此,尽管光伏并网逆变器仅在系统的初始成本中占10%~20%,但逆变器的定期更换将增加额外的运行成本。
综上所述,由于大规模电力电子变换器接入的新能源电力系统可靠性问题需要引起足够的重视,开展电压源型逆变器集群系统中的装置与系统可靠性理论和评估方法研究是新一代电网的重要基础问题之一。
图6 某光伏发电厂可靠性统计
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