投稿

功率模块的技术突破让组串式逆变器产生质的飞跃

   日期:2018-03-06     来源:优乐娱乐    作者:刘继茂    浏览:3285    评论:0    
核心提示:2013年前,在地面电站使用集中式逆变器,分布式小电站使用组串式逆变器,随着组串式逆变器功率越做越大,大型地面电站也开始使用
 2013年前,在地面电站使用集中式逆变器,分布式小电站使用组串式逆变器,随着组串式逆变器功率越做越大,大型地面电站也开始使用组串式逆变器, 有关两种方案的争论也一直没有停过,两种方案各有优缺点,集中式逆变器优势中功率器件少,可靠性高,缺点是MPPT数量少,电压范围窄;组串式逆变器优势是MPPT数量多,电压范围宽,缺点是功率器件多,可靠性低。

功率开关器件是逆变器最核心的器件之一,承担电流的转换工作,长时间工作在高温,高电压,大电流状态,是逆变器最容易出故障的器件,每一个功率器件就是一个故障点。光伏逆变器中的功率开关器件主要是指分立器件功率MOSFET和功率模块IGBT。早期的中功率组串式逆变器,一般采取分立器件,由于功率MOSFET电流都比较少,一般都采取多个器件并联的方式。50KW逆变器采用分立器件来设计,需要60多个,这么多开关器件堆在一起,会产生一系列的问题。如均流,电磁干扰等等。

大家都知道,功率开关管的失效模式是过压,过温,过流。分立元器件由于器件多,元器件之间距离比较远,所以电路杂散电感大,造成工作时尖峰电压高,元器件容易出现过压损坏;多个元器件并联,阻抗不一致,每一个元器件电流就不一样,阻抗低的元器件电流大,很容易过流;分立器件单端固定,接触面积小,散热很难保持一致,很容易过温。

早期的采用分立元器件的中功率组串式逆变器,在运行过程中出现过多故障,让人们对中功率组串式逆变器的前程提出了怀疑。不过直到Vincotech和infineon先后推出了包含多个元器件的功率模块改变了这一现状。

下面中Vincotech专为中功率组串式逆变器推出的IGBT功率模块,前级升压采用双Boost功率模块,由2个IGBT和4个二极管组成,包含boost模块的开关器件和二极管外,还包含跨接二极管。电压为1200V,电流为50A,一个模块相当于8个分立器件。模块具有很高的灵活性。由于把大功率的Boost电路一分为二,它在得到Boost电路的升压、高效优势的基础上,通过选择双Boost电路的并联方式(直接并联、交错正向并联、交错反向并联)和占空比的大小,可以取得理想的双Boost电路纹波和减少磁性元器件体积。

E6CCF8E9-BC73-4fbc-8090-2BBE9624AB81
 
双BOOST功率模块

后级采用高效MNPC三电平IGBT模块,由4个50-80A的IGBT组成,一个模块相当于8个分立器件。采用中点钳位型的T型三电平结构,损耗低效率高,元器件承受的电压低,寿命长。

C277F8F5-B563-4792-A52D-8EA2CFDCB4D0
 
三电平功率模块

相对于MOSFET,IGBT饱和压降低,容易实现高压、大电流化,在中大功率逆变器占主导地位。而IGBT模块比分立的IGBT单管具有更高的可靠性和安全工作区。光伏逆变器前级采用双BOOST升压的IGBT功率模块,后级采用三电平IGBT功率模块,是目前中功率光伏逆变器最佳的方案。

(1)减少功率器件的个数,50KW采用功率器件来设计只要5个,数量比同规格的集中式逆变器还少,而采用分立器件来设计,前级升压需要15个,后级三电平逆变需要48个。整体面积缩小30%以上,可以提高整机功率密度。

(2)单个功率模块的安装面积比分立元器件散热面积大,在安装上也有很多优势,双端紧固,一体化专用夹具,相对于分立器件单端固定,接触面积更大,应力更小,可靠性更好。功率模块内部集成一个温度感应器,测量精度高,能更准确地检测器件结温,有利于过热保护。

(3)IGBT和母线电容连接导线会产生杂散电感,在IGBT关断的过程中,由于电流快速变化,在IGBT上产生电压尖峰,会造成严重的电磁干扰,增大器件电压应力。寄生电感会随着电流的增加、连接导线尺寸增大、距离增长而增大。功率模块结构紧凑,各功率开关器件之间连接线很短,可以减少电路中的杂散电感,提高逆变器的可靠性。

(4)1200V 的IGBT和1200V的SIC二极管相结合,开关频率更高,可以提高效率,减少电感的容量。

(5)相对于分立器件,功率模块不足之处是单位面积热耗大,整体散热面积小,功率在30KW以上如果采用自然冷却的方式散热,在环境温度高于40度时,会出现过热保护。但采用强制风冷的方式散热,就可以完全避免这个问题。

总结:采用功率模块和母线薄膜电容的组串式逆变器,兼具了集中式逆变器功率器件数量少,薄膜电容寿命长,整体可靠性高的优点,和组串式逆变器MPPT电压范围宽路数多、逆变器体积小重量轻搬运安装方便等优点。因此说功率模块的出现,在新技术出现之前,可以让组串式逆变器和集中式逆变器之间的路线之争暂时告一段落。

古瑞瓦特2016年下半年推出的Growatt 30000TL3-S到Growatt 50000TL3-S中功率系列逆变器,全部采用功率模块和母线薄膜电容,配置组串检测,熔丝保护,交直流防雷模块,防PID模块和AFCI模块。经过近半年的应用,得到了客户的高度评价。

 
打赏
 
更多>同类光伏
0相关评论

推荐图文
推荐光伏
点击排行
网站优乐娱乐  |  会议定制  |  关于我们  |  领导关怀  |  营销服务  |  联系我们  |  帮助中心  |  网站地图  |  排名推广  |  积分换礼  |  RSS订阅  |  违规举报
 

优乐娱乐

百度360搜索搜狗搜索