【黑科技】逆变器如何提升效率,提高发电量?
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【黑科技】逆变器如何提升效率,提高发电量?
2018-05-11

  宝马线上娱乐网址是光伏系统的核心设备,主要作用是把光伏组件发出来的直流电变成符合电网要求的交流电。但实际上逆变器不仅仅是逆变,而是光伏电站的安全管家,逆变器还承担着光伏方阵和电网的监测和保护,对外界环境防护和人机交互等系统级功能。


  在光伏行业标准NB32004-2013中,逆变器有100多个严格的技术参数,每一个参数合格才能拿到证书。国家质检总局每一年也会抽查,对光伏并网逆变器产品的保护连接、接触电流、固体绝缘的工频耐受电压、额定输入输出、转换效率、谐波和波形畸变、功率因数、直流分量、交流输出侧过/欠压保护等9个项目进行了检验。

  一款全新的逆变器,从开发到量产,要两年多时间才能出来,除了过欠电压保护等功能外,逆变器还有很多鲜为人知的黑科技,如漏电流控制、热设计、电磁兼容、谐波抑制,效率控制等等,需要投入大量的人力和物力去研发和测试。

本文主要介绍逆变器如何提升效率

  逆变器的效率直接关系到系统的发电量,因此是客户高度关注的一个重要指标。

  2018年1月,工信部发布的《光伏制造行业规范条件》要求:含变压器型的宝马线上娱乐网址中国加权效率不得低于96%,不含变压器型的宝马线上娱乐网址中国加权效率不得低于98%(单相二级拓扑结构的宝马线上娱乐网址相关指标分别不低于94.5%和96.8%),微型逆变器相关指标分别不低于94.3%和95.5%。这个标准不算高,是入门级的,大部分厂家都可以达到。而效率的不断提升,是逆变器生产厂家一直追求的目标,集中式逆变器的效率,2010年平均约96%,2018年上升到99%,“单相二级拓扑结构的宝马线上娱乐网址相关指标分别不低于94.5%和96.8%”,可能是单相含变压器效率不低于94.5%,不含变压器效率不低于96%,组串式的逆变器大部分不含变压器,单相中国效率可以达到98%。

  1、逆变器转换效率的重要性

  提高逆变器的转换效率有很大的重要性。比如我们提高1%的转换效率,500KW的逆变器,平均每天算4小时,逆变器每天可以多发出将近20度电,那么一年既可以多发出将近7300度电,十年即可多发出73000度电。这样就相当于一台5KW逆变器的发电量。这样客户可以节省一台5KW逆变器的电站。所以为了提高客户的最大利益,我们需要尽可能的提高逆变器的转换效率。

  2、逆变器效率的影响因素

  提高逆变器效率唯一的措施就是降低损耗,逆变器的主要损耗来自于IGBT、MOSFET等功率开关管,以及变压器、电感等磁性器件。损耗和元器件的电流,电压以及选用的材料采取的工艺有关系。


  IGBT的损耗主要有导通损耗和开关损耗,其中导通损耗和器件内阻、经过的电流有关,开关损耗和器件的开关频率,器件承受的直流电压有关。

  电感的损耗主要有铜损和铁损,铜损指电感线圈电阻所引起的损耗,当电流通过线圈电阻发热时,一部分电能就转变为热能而损耗,由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成,因此称为铜损,铜损可以通过测量变压器短路阻抗来计算。铁损包括两个方面:一是磁滞损耗,另一是涡流损耗,铁损可以通过测量变压器空载电流来计算。

  3、如何提升逆变器效率

  目前有三种技术路线:一是采用空间矢量脉宽调制等控制方式,降低损耗,二是采用碳化硅材料的元器件,降低功率器件的内阻,三是采用三电平,五电平等多电平电气拓扑以及软开关技术,降低功率器件两端的电压,降低功率器件的开关频率。

  电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)

  是一种全数字控制方式,具有直流电压利用率高,易于控制等的优点,被广泛应用逆变器中。直流电压利用率高,可以在相同大小的输出电压下,采用更低的直流母线电压,从而降低了功率开关器件的电压应力,器件上的开关损耗更小,逆变器的变换效率得到了一定的提升。在空间矢量合成中,有多种矢量序列组合方法,通过不同的组合和排序,可以获得减小功率器件开关次数的效果,从而能够进一步减小逆变器功率器件的开关损耗。

  采用碳化硅材料的元器件

  碳化硅器件的单位面积的阻抗仅为硅器件的百分之一。利用碳化硅材料制作的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等功率器件,其通态阻抗减为通常硅器件的十分之一,碳化硅技术可以有效减小二极管反向恢复电流,从而能降低功率器件上的开关损耗,主开关所需的电流容量也能相应减小。因此,将碳化硅二极管作为主开关的反并二极管,是改善逆变器效率的途径。与传统快恢复硅反并联二极管相比,采用碳化硅反并联二极管后,二极管反向恢复电流显著减小,并可以改善1%的总变换效率。采用快速IGBT后,由于开关速度加快,并能改善2%整机变换效率。当把SiC反并二极管与快速IGBT相结合后,逆变器的效率将进一步改善。

  软开关与多电平技术

  软开关技术利用谐振原理,使开关器件中的电流或者电压按正弦或者准正弦规律变化,当电流自然过零时,关断器件;当电压自然过零时,开通器件。从而减少了开关损耗,同时极大地解决了感性关断,容性开通等问题。当开关管两端的电压或流过开关管的电流为零时才导通或者关断,这样开关管不会存在开关损耗。三电平逆变器拓扑主要应用在于高压大功率场合。与传统两电平结构相比,三电平逆变器输出增加了零电平,功率器件的电压应力减半。因为这个优点,在相同的开关频率下,三电平逆变器可以比两电平结构采用更小的输出滤波电感,电感损耗、成本和体积都能有效减小;而在相同的输出谐波含量下,三电平逆变器可以比两电平结构采用更低的开关频率,器件开关损耗更小,逆变器的变换效率得到提高。

  4、总结

  光伏行业不能一味依赖政府补贴,要实现平价上网才有可能发展。要实现这个目标,一是要降低成本,二是要提高发电量收益。当前光伏行业各个产业链,包括组件和逆变器厂家都在不遗余力地努力。为了提高收益,从系统层面看,需要优化系统设计,从设备层面看需要提高各部件的效率。光伏组件效率提升0.1%的背后是无数汗水和无数的创新,同样的道理也适用于逆变器。逆变器效率每提高0.1个百分点,背后都隐含着研发人员大量努力的工作。


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