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浅谈“非主流”光伏技能(十一):解析逆变器(上)ag88环亚娱乐

2019-03-17 09:10

  浅谈“非主流”光伏技能(十一):解析逆变器(上)

  逆变器是电力电子技能和电气技能紧密结合的产品,被广泛应用于各种范畴。光伏并网逆变器是整个光伏体系的心脏,位置十分重要。本文从元器材的视点“解剖”逆变器。

  1.要害元器材清单

  表 1

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  上表是组串、会集逆变器通用的一个要害元器材清单,和干流生产厂家。图1 是逆变器的电气拓扑图,本文依照次序介绍各个元器材的效果和要求。

  

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  图1
 

  

2.元器材介绍

  一台逆变器的元器材排布次序:直流开关、直流滤波、直流母线(电容)、IBGT(功率模块)、DSP(运算操控模块)、LCL或许LC滤波、沟通接触器(继电器)、沟通断路器,以及传感器、风机等附件。

  2.1 直流开关、直流断路器

  望文生义,直流开关就是分合直流电流效果的。直流开关又称为直流快速开关或直流快速自动开关,它是一种操作和维护,能对直流额定电压600~1500V电路中直流电机、整流机组和直流馈线等进行分闸、合闸操作,并在短路、过载、逆流(反向)时起维护跳闸效果。

  直流断路器有限流功用,能准确维护继电维护、自动设备免受过载、短路等毛病损害。直流断路器具有的限流、灭弧才能。

  需求指出的是,国内绝大部分逆变器的直流侧都挑选运用直流开关,不运用只留断路器。

  2.2 直流滤波

  IGBT在作业时,不只仅向沟通侧传递搅扰信号,一同也向直流侧传导搅扰信号,直流侧的搅扰信号经过电池板的铝合金边框向周围环境开释被扩大的搅扰信号,这样的信号不只仅能够搅扰手机通讯,搅扰视频信号,也能够搅扰监控信号。

  

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当有多台逆变器并联时,假如没有直流滤波,逆变器之间会相互搅扰,会发作通讯反常,构成长途无法操控。一同,逆变器对直流线缆发作的搅扰,会经过各种途径耦合到沟通测,对电能质量发作影响。

  现在逆变器首要运用滤波电容作为滤波元器材,很少运用滤波模块。滤波电容并联在逆变器电源电路输入端,用以下降直流脉动波纹系数、滑润直流输出的一种储能器材。滤波电容不只使电源直流输出平稳,下降了交变脉动波纹对电子电路的影响,一同还可吸收电子电路作业过程中发作的电流动摇和经由沟通电源串入的搅扰,使得电子电路的作业功用愈加安稳。

  滤波电容在电路中的符号一般用“C"表明。为了获得好的滤波效果,挑选的滤波电容的电容量都比较大,最常用的为数百至数千微法的电解电容,在几十千赫兹乃至更高频率的场合,对频率特性的要求比对容量的要求显得重要得多。

  2.3 母线支撑电容

  母线支撑电容是逆变器的首要元器材,也就是咱们常问起的,“XX厂家逆变器是电解的仍是薄膜的”。母线电容也叫母线支撑电容,它安装在IGBT模块前端,起的首要效果安稳IGBT母线上的电压值。

  假如直流输入功率俄然改变,会构成直流母线和电容自身里边的寄生电感发作感应电动势,会构成直流母线上的电压大幅度妇改变。影响IBGT的作业,也影响输出电压波形。所以在IGBT前端需求并联大容量的直流母线电容。

  

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图3 500KW逆变器的直流母线电容组

  2.3.1 薄膜电容和电解电容

  薄膜电容器是以金属箔当电极,将其和聚乙酯,聚丙烯,聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜,从两头堆叠后,卷绕成圆筒状的结构之电容器。(见图3)而依塑料薄膜的品种又被别离称为聚乙酯电容又称Mylar电容,聚丙烯电容又称PP电容,聚苯乙烯电容又称PS电容和聚碳酸电容。

  薄膜电容器由于具有许多优异的特性,因此是一种功用优异的电容器。它的首要特性如下:无极性,绝缘阻抗很高,频率特性优异(频率响应广大),并且介质丢失很小。根据以上的长处,所以薄膜电容器被许多运用在模仿电路上。尤其是在信号交连的部分,有必要运用频率特性杰出,介质丢失极低的电容器,方能确保信号在传送时,不致有太大的失真景象发作。在一切的塑料薄膜电容傍边,又以聚丙烯(PP)电容和聚苯乙烯(PS)电容的特性最为明显,当然这两种电容器的价格也比较高。

  由于价格较高,在2010年左右,有许多厂家用电解电容来做母线支撑电容,导致许多焚毁逆变器的事端。现在整个职业根本上都用薄膜电容做母线支撑电容了。

  电解电容器一般是由金属箔(铝/钽)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质,电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成;钽电解电容器的负电极一般选用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极(留意和电介质差异),电解电容器因此得名。

  2.3.2 电解电容和薄膜电容的差异

  电容器容抗是跟着频率的改变呈反比例联系,电容器的有功损耗是跟着电流的增大而增大,且为电流平方成正比联系,所以电容器的损耗则成为在电容器运转过程中安全牢靠的至关重要的要素。

  金属化膜直流支撑电容固有损耗十分小,整台电容器损耗小于2‰,仅为铝电解电容器1%,且选用聚丙烯薄膜作为介质,产品频率特性很安稳,在中、高频环境运用,由于其杰出的频率、电流特功用够确保其安全长寿数,在额定工况下预期寿数≥80000小时,且在寿数期内随环境的改变电气功用根本坚持不变,不影响电容器的寿数,确保配套设备运转安全牢靠。

  铝电解电容器的损耗十分大,其间无功损耗能够占到总无功容量的20%,且铝电解电容器有功损耗跟着频率的增大而增大,频率超越1000赫兹损耗改变率逐步增大,当频率超越10000赫兹后改变率急剧添加,有功损耗增大,发热量增大。这是长久以来在中、高频大功率环境下选用铝电解直流滤波电容器发热量大、毛病率高、寿数十分短,额定工况下预期寿数≤50000小时,跟着工况的改变容量急剧改变,寿数下降的原因,乃至由一些企业在中、高频环境运用铝电解电容器寿数缺乏10000小时,常常由于电容器毛病影响到整台设备的运用。

  别的,铝电解电容器在容量误差由于其固有的资料、结构特性的影响,在额定电容量及容量温度安稳性方面误差较金属化电容器有较大的距离:铝电解电容器由于无法操控铝极板氧化面积致使容量无法准确操控,而金属化电容器产品能够经过直接操控极板面积准确操控产品电容量,误差能够操控在-2%~+2%之间,对线路的准确性供给了牢靠的确保。

  金属化膜电容器中绝缘介质资料为高分子聚合物薄膜,能够经过操控薄膜厚度(精度在0.2微米以上)来进步电容器产品的额定电压;铝电解电容器由于绝缘介质是铝箔外表的氧化铝层,难以操控氧化层厚度及均匀性,所以难以达到高的耐压及过压倍数。

  由于R、L、C是组成电路的根本元素,各种电容(C),存在与一个杂乱的电路中。不可能一切的电解电容都会被薄膜电容替代。

  3.IGBT模块

  IGBT十分合适应用于直流电压为600V及以上的变流体系如沟通电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等范畴。 图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+ 区称为源区,附于其上的电极称为源极。N+ 区称为漏区。器材的操控区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区鸿沟构成。在漏、源之间的P 型区(包含P+ 和P 一区)(沟道在该区域构成),称为亚沟道区( Subchannel region )。而在漏区另一侧的P+ 区称为漏注入区( Drain injector ),它是IGBT 特有的功用区,与漏区和亚沟道区一同构成PNP 双极晶体管,起发射极的效果,向漏极注入空穴,进行导电调制,以下降器材的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。IGBT 的开关效果是经过加正向栅极电压构成沟道,给PNP 晶体管供给基极电流,使IGBT 导通。反之,加反向门极电压消除沟道,堵截基极电流,使IGBT 关断。IGBT 的驱动办法和MOSFET 根本相同,只需操控输入极N一沟道MOSFET ,所以具有高输入阻抗特性。当MOSFET 的沟道构成后,从P+ 基极注入到N 一层的空穴(少子),对N 一层进行电导调制,减小N 一层的电阻,使IGBT 在高电压时,也具有低的通态电压。

  

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并网逆变器用IGBT模块

  4.沟通滤波

  沟通滤波器是逆变器一个重要组成部分,能够补偿IGBT耗费的无功功率,一同滤除和削减换流过程中发作的谐波以防止对沟通体系构成影响。

  光伏逆变器常用的沟通滤波办法首要有LC和LCL两种方法。

  4.1 LC滤波和LCL滤波电路

  

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LC滤波器也称为无源滤波器,是传统的谐波补偿设备。LC滤波器之所以称为无源滤波器,望文生义,就是该设备不需求额定供给电源。LC滤波器一般是由滤波电容器、电抗器和电阻器恰当组合而成,与“谐波源”并联,除起滤波效果外,还统筹无功补偿的需求。并且可滤除某一次或屡次谐波,最一般易于选用的无源滤波器结构是将电感与电容串联,可对首要次谐波(3、5、7)构成低阻抗旁路。

  Lc滤波电路

  一般电流源的逆变器(并网逆变器)会运用LCL滤波器,电压源的逆变器(UPS)会运用LC滤波器。原因是电流源逆变器一般都是与电网相衔接,假如运用LC滤波器就会为电网注入开关次谐波,当然这是在电网很强的情况下,假如电网就弱,即体系阻抗较大,其实运用LC滤波器也是没有问题的。ag88环亚娱乐

  但LCL滤波器存在两个谐振点,操控参数没有规划好会发作谐振,其次假如体系较弱,布景谐波电压会经过体系阻抗与LCL滤波器的C发作谐振,所以一般都会在C上串一个电阻,假如不串电阻最好检测C上电流,做反应,也就是虚拟阻抗的办法。

  电压源逆变器一般不与电网衔接,直接为负荷供电,比方UPS,这时只需电压纹波系数小于必定值就能够了,即负荷能承受了,这样就能够省去一组L。假如UPS非要运用LCL也没问题。

  现在绝大多数三相并网逆变器都运用LCL滤波办法,长处是能够极大的削减电感量和分量,假定LC滤波的逆变器L的分量是30kg电感量是3ml,那么LCL电路中两个L的分量之和是10kg,电感量是1ml。体积也减小了,所以许多曾经2米长的逆变器做到1.6米,首要赖于运用了LCL滤波。

  作者:张喆

  

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