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          如何提高光伏逆變器的效率和發電量?

          2022-6-30

          提高光伏逆變器的轉換效率有很大的重要性,比如我們提高1%的轉換效率,500KW的逆變器,平均每天算4小時,逆變器每天可以多發出將近20度電,那么一年可以多發出將近7300度電,十年即可多發出73000度電,就相當于一臺5KW逆變器的發電量,這樣客戶可以節省一臺5KW逆變器的電站,所以為了提高客戶的最大利益,我們需要盡可能地提高逆變器的轉換效率。

          光伏逆變器效率的影響因素

          提高逆變器效率唯一的措施就是降低損耗,逆變器的主要損耗來自IGBT、MOSFET等功率開關管,以及變壓器、電感等磁性器件,損耗和元器件的電流,電壓以及選用的材料采取的工藝有關系。IGBT的損耗主要導通損耗和開關損耗,其中導通損耗和器件內阻、經過的電流有關,開關損耗和器件的開關頻率,器件承受的直流電壓有關。

          電感的損耗主要有銅損和鐵損,銅損指電感線圈電阻所引起的損耗,當電流通過線圈電阻發熱時,一部分電能就會轉變為熱能而損耗,由于線圈一般都由帶絕緣的銅線纏繞而成,因此稱為銅損,銅損可以通過測量變壓器短路阻抗來計算。鐵損包括兩個方面:一是磁滯損耗,另一是渦流損耗,鐵損可以通過測量變壓器空載電流來計算。

          如何提升光伏逆變器效率?

          目前有三種技術路線:一是采用空間矢量脈寬調制等控制方式,降低損耗,二是采用碳化硅材料的元器件,降低功率器件的內阻,三是采用三電平,五電平等多電平電氣拓撲以及軟開關技術,降低功率器件兩端的電壓,降低功率器件的開關頻率。

          1、電壓空間矢量脈寬調制

          是一種全數字控制方式,具有直流電壓利用率高,易于控制的優點,被廣泛應用在逆變器中。直流電壓利用率高,可以在相同大小的輸出電壓下,采用更低的直流母線電壓,從而降低了功率開關器件的電壓應力,器件上的開關損耗更小,逆變器的變換效率得到了一定的提升。在空間矢量合成中,有多種矢量序列組合方法,通過不同的組合和排序,可以獲得減小功率器件開關次數的效果,從而能夠進一步減小逆變器功率器件的開關損耗。

          2、采用碳化硅材料的元器件

          碳化硅器件的單位面積的阻抗僅為硅器件的百分之一,利用碳化硅材料制作的IGBT等功率器件,其通態阻抗減為通常硅器件的十分之一,碳化硅技術可以有效減小二極管反向恢復電流,從而能降低功率器件上的開關損耗,主開關所需的電流容量也能相應減小,因此,將碳化硅二極管作為主開關的反并二極管,是改善逆變器效率的途徑。與傳統快恢復硅反并聯二極管相比,采用碳化硅反并聯二極管后,二極管反向恢復電流顯著減小,并可以改善1%的總變換效率。采用快速IGBT后,由于開關速度加快,并能改善2%整機變換效率。當把SiC反并二極管與快速IGBT相結合后,逆變器的效率將進一步改善。

          3、軟開關與多電平技術

          軟開關技術利用諧振原理,使開關器件中的電流或者電壓按正弦或者準正弦規律變化,當電流自然過零時,關斷器件;當電壓自然過零時,開通器件。從而減少了開關損耗,同時極大地解決了感性關斷,容性開通等問題。當開關管兩端的電壓或流過開關管的電流為零時才導通或者關斷,這樣開關管不會存在開關損耗。與傳統兩電平結構相比,三電平逆變器輸出增加了零電平,功率器件的電壓應力減半。因為這個優點,在相同的開關頻率下,逆變器可以比兩電平結構采用更小的輸出濾波電感,電感損耗、成本和體積都能有效減小;而在相同的輸出諧波含量下,逆變器可以比兩電平結構采用更低的開關頻率,器件開關損耗更小,逆變器的變換效率得到提高。

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