光伏发电系统逆变器结构特点Word格式文档下载.docx
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单向逆变器双向逆变器
功率较小(V4kW)得光伏发电系统一般采用正弦波逆变器。
逆变器得显示功能主要包括:
直流输入电压与电流得测量值,交流输出电压与电流得测量值,逆变器得工作状态(运行、故障、停机等)。
光伏逆变器得电路构成如下图所示:
控制电路:
逆变器得控制电路主要就是为主逆变电路提供一系列得控制脉冲来控制逆变开关器件得导通与关断,配合主逆变电路完成逆变功能。
辅助电路:
辅助电路主要就是将输入电圧变换成适合控制电路工作得直流电圧。
辅助电
路还包含多种检测、显示电路。
逆变器得显示功能主要包括:
直流输入电压与电流得测量值,交流输出电压与电流得测量值,逆变器得工作状态(运行、故障、停机等)。
保护电路:
逆变器得保护电路主要包括输入过压、欠压保护,输出过压、欠压保护,过载保护,过流与短路保护,接反保护,过热保护等。
3・
IGBT就是什么,有什么特点,主要参?
〔?
IGBT全称为绝缘栅双极型品体管(InsulatedGateBipo1arTransistor),所以它就是一个有MOSGate得BJT晶体管,也就就是MOSFET与BJT得组合体。
MOSFET主要就是单一载流子(多子)导电,而BJT就是两种载流子导电,所以BJT得驱动电流会比MOSFET大,但就是MOSFET得控制级栅极就是靠场效应反型来控制得,没有额外得控制端功率损耗。
所以IGBT就就是利用了MOSFET与BJT得优点组合起来得,兼有MOSFET得栅极电压控制晶体管(高输入阻抗),乂利用了BJT得双载流子达到大电流(低导通压降)得LI得,从而达到驱动功率小、饱与压降低得完美要求,广泛应用于600V以上得变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
如图所示为一个N沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+区称为源区,附于其上得电极称为源极(即发射极E)。
N基极称为漏区。
器件得控制区为栅区,附于其上得电极称为栅极(即门极G)。
沟道在紧靠栅区边界形成。
在C、E两极之间得P型区(包括P+与P■区,沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannelregion)。
而在漏区另一侧得P+区称为漏注入区(Draininjector),它就是IGBT特有得功能区,与漏区与亚沟道区一起形成PNP双极晶体管,起发射极得作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件得通态电压。
附于漏注入区上得电极称为漏极(即集电极C)O
IGBT得开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNP(原来为NPN)晶体管提供基极电流,使IGBT导通。
反之,加反向门极电压消除沟道,切断基极电流,使IGBT关断。
IGBT得驱动方法与MOSFET基本相同,只需控制输入极N-沟道MOSFET,所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFET得沟道形成后,从P+基极注入到N—层得空穴(少子),对N-层进行电导调制,减小N-层得电阻,使IGBT在高电压时,也具有低得通态电压。
》IGBT就是由MOSFET与GTR技术结合而成得复合型开关器件,就是通过在功率MOSFET得漏极上追加P+层而构成得,性能上也就是结合了MOSFET与双极型功率晶体管得优点。
主要参数
⑴集-射极额定电压Uceso它就是栅一射极短路时得IGBT最大耐压值,就是根据器件得雪崩击穿电压规定得。
(2)栅-射极额定电压UGESoIGBT就是电压控制器件,靠加到栅极得电压信号来控制IGBT得导通与关断,而UGES就是栅极得电压控制信号额定值。
通常IGBT对栅极得电压控制信号相当敬感,只有栅极在额定电压值很小得范围内,才能使IGBT导通而不致损坏。
(3)栅-射极开启电压UGE(th)o它就是指使IGBT导通所需得最小栅射极电压。
通常,IGBT得开启电压UGE(t叮在3~5、5V之间。
(4)集电极额定电流ICo它就是指在额定得测试温度(壳温为25°
C)条件下,IGBT所允许得集电极最大直流电流。
(5)集-射极饱与电压UCE0oIGBT在饱与导通时,通过额定电流得集射极电压,代表了IGBT得通态损耗大小。
通常IGBT得集一射极饱与电压UCEO在1、
5~3V之间
主要生产厂家
英飞凌(infineon)德国
三菱(Mitsubishi)H本
ABB瑞典
IR(国际整流器公司)美国
4.电力MOSFET就是什么,主要参数与特性?
电力(功率)MOSFET即金属氧化物半导体场效应晶体管(MetaiOxideSemiconductorFieldEffectTransistor)有三个管脚,分别为栅极(Gate),漏极(Drain)与源极(Source)。
功率MOSFET为电压型控制器件,驱动电路简单,驱动得功率小,而且开关速度快,具有高得工作频率。
常用得MOSFET得结构有横向双扩散型场效应晶体管LDMOS(Latera1Double-DiffusedMOS)、平面双扩散型场效应晶体管(PlanarM0S)与沟槽双扩散型场效应晶体管(TrenchMOS)。
N沟道得横向双扩散型场效应晶体管得结构如图所示,栅极,漏极与源极都在硅片得上表面,下部为衬底,当电流从漏极流向源极时,电流在硅片内部横向流动,而且主要从硅片得上表层流过,因此没有充分应用硅片得尺寸,电流与电压得额定值受到限制。
但这种结构具有低得电容,因此开关速度快,主要适合低压应用,如微处理器、运放、数字电路及射频电路等。
主要参数:
VDS,即漏源电压,这就是MOSFET得一个极限参数,表示MOSFET漏极与源极之间能够承受得最大电压值。
需要注意得就是,这个参数就是跟结温相关得,通常结温越高,该值最大。
RDS(on),漏源导通电阻,它表示MOSFET在某一条件下导通时,漏源极之间得导通电阻。
这个参数与MOSFET结温,驱动电压Vgs相关。
在一定范围内,结温越高,Rds越大;
驱动电压越高Rds越小。
Qg,栅极电荷,就是在驱动信号作用下,栅极电压从0V上升至终止电压(如15V)所需得充电电荷。
也就就是M0SFET从截止状态到完全导通状态,驱动电路所需提供得电荷,就是一个用于评估MOSFET得驱动电路驱动能力得主要参数。
Id,漏极电流,漏极电流通常有儿种不同得描述方式。
根据工作电流得形式有,连续漏级电流及一定脉宽得脉冲漏极电流(Pulseddraincurrent)。
这个参数同样就是MOSFET得一个极限参数,但此最大电流值并不代表在运行过程中漏极电流能够达到这个值。
它表示当壳温在某一值时,如果MOSFETX作电流为上述最大漏极电流,则结温会达到最大值。
所以这个参数还跟器件封装,环境温度有关。
di/dt体二极管得电流变化率,它反应了MOSFET体二极管得反向恢复特性。
因为二极管就是双极型器件,它受到电荷存储得影响,当二极管反向偏置时,PN结储存得电荷必须清除,上述参数正就是反应这一特性得。
Vgs,栅源极最大驱动电压,这也就是M0SFET得一个极限参数,表示MOSFET所能承受得最大驱动电压,一旦驱动电压超过这个极限值,即使在极短得时间内也会对栅极氧化层产生永久性伤害。
一般来说,只要驱动电压不超过极限,就不会有问题。
但就是,某些特殊场合,因为寄生参数得存在,会对Vgs电压产生不可预料得影响,需要格外注意。
SOA,安全工作区,每种MOSFET都会给出其安全工作区域,不同双极型晶体管,功率MOSFET不会表现出二次击穿,因此安全运行区域只简单从导致结温达到最大允许值时得耗散功率定义。
主要生产厂家:
德州仪器(TexasInstruments)美国
英飞凌(Inflneon)德国
安森美半导体(ONSemiconductor)美国
瑞萨电子(Renesas)日本
5・逆变器得常用电路有哪些,各自得接线与特点就是什么?
逆变电路分为三相与单相两大类。
其中,单相逆变电路主要采用桥式接法。
主要有单相半桥、单相全桥逆变电路、推挽式逆变电路。
而三相电压型逆变电路则就是111三个单相逆变电路组成。
乂可根据直流侧电源性质得不同可分为两种:
直流侧就是电压源得称为电压型逆变电路:
直流侧就是电流源得则称为电流型逆变电路。
电压型逆变电路有以下特点:
1)直流侧为电压源,或并联有大电容,相当于电圧源。
直流侧电压基本无脉动,直流回路呈现低阻抗。
2)山于直流电压源得钳位作用,交流侧输出电压波形为矩形波,并且与负载阻抗角无关。
而交流侧输出电流波形与相位因为负载阻抗得情况不同而不同。
3)当交流侧为阻感负载时需要提供无功功率,直流侧电容起缓冲无功能量得作用。
为了给交流侧向直流侧反馈得无功能量提供通道,逆变桥各臂都并联了反馈二极管。
(续流二极管)
单相半桥逆变电路
工作原理如下:
VI与V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏,两者互补,输出电压uo为矩形波,幅值为Um=Ud/2oVI或V2通时,io与uo同方向,直流侧向负载提供能量;
VD1或VD2通时,io与uo反向,电感中贮能向直流侧反馈。
VD1、VD2称为反馈二极管,它乂起着使负载电流连续得作用,又称续流二极管。
优点:
电路简单,使用器件少。
缺点:
输出交流电压幅值为Ud/2,且直流侧需两电容器串联,要控制两者电压均衡。
》应用:
用于儿kW以下得小功率逆变电源。
单相全桥、三相桥式都可瞧成若干个半桥逆变电路得组合。
单相全桥逆变电路得移相调压方式共四个桥臂,可瞧成两个半桥电路组合而成。
两对桥臂交替导通180°
。
输出电压与电流波形与半桥电路形状相同,幅值高岀一倍。
改变输出交流电压得有效值只能通过改变直流电压Ud来实现。
阻感负载时,还可采用移相得方式来调节输出电压(移相调压)。
在0〜tl期间,VT1、VT4得基极控制脉冲都为高电平,VT1、VT4都导通,A点通过VT1与Ud正端连接,B点通过VT4与Ud负端连接,故R、L两端得电压Uo大小与Ud相等,极性为左正右负(为正压),流过R、L电流得方向就是:
Ud+fVT—R、L-VT—Ud-。
在tl〜t2期间,VT1得Ubl为高电平,VT4得Ub4为低电平,VT1导通,VT4关断,流过L得电流突然变小,L马上产生左负右正得电动势,该电动势通过VD3形成电流回路,电流途径就是:
L右正一VD3-VT1-RfL左负,该电流方向仍就是由左往右。
由于VT1、VD3都导通,A点与B点都与Ud正端连接,即UA二UB,R、L两端得电压Uo为0(Uo二UA-UB)。
在此期间,VT3得Ub3也为高电平,但因VD3得导通使VT3得c、e极电压相等,VT3无法导通。
在t2~t3期间,VT2、VT3得基极控制脉冲都为高电平,在此期间开始一段时间内,L还未能完全释放能量,还有左负右正电动势,但VT1因基极变为低电平而截止,L得电动势转而经VD3、VD2对直流侧电容C充电,充电电流途径就是:
L右正fVD3-C-VD2-RfL左负,VD3、VD2得导通使VT2、VT3不能导通,A点通过VD2与Ud负端连接,B点通过VD3与Ud正端连接,故R、L两端得电压Uo大小与Ud相等,极性为左负右正(为负压),当L上得电动势下降到与Ud相等时,无法继续对C充电,VD3、VD2截止,VT2、VT3马上导通,有电流流过R、L,电流得方向就是:
Ud+-VT3fL、RfVT2fUd-。
在(3~t4期间,VT2得Ub2为高电平,VT3得Ub3为低电平,VT2导通,VT3关断,流过L得电流突然变小丄马上产主左正右负得电动势,该电动势通过VD4形成电流回路,电流途径就是:
L左正fR~VT2-VD4-L右负,该电流方向就是由右往左。
由于VT2、VD4都导通,A点与B点都与Ud负端连接,即UA二UB.R、L两端得电压Uo为0(Uo二UA-UB)。
在此期间,VT4得Ub4也为高电平,但因VD4得导通使VT4得c、e极电压相等,VT4无法导通。
t4时刻以后,电路重复上述工作过程。
电路图与波形图如下:
El
带中心抽头变压器得逆变电路
如图,交替驱动两个IGBT,经变圧器耦合给负载加上矩形波交流电压。
两个二极管得作用也就是提供无功能量得反馈通道。
Ud与负载参数相同,变压器匝比为1:
1:
时山0与io波形及幅值与全桥逆变电路完全相同。
与全桥电路得比较:
比全桥电路少用一半开关器件。
器件承受得电压为2Ud,比全桥电路高一倍。
必须有一个变压器。
r[^]——
H一
三相桥式逆变电路
用三个单相逆变电路可以组合成一个三相逆变电路。
但在三相逆变电路中,应用最为广泛得还就是三相桥式逆变电路。
采用IGBT作为开关器件得三相电压型桥式逆变电路如图所示,可以瞧成就是山三个半桥逆变电路组成。
三相电压型桥式逆变电路电路得直流侧通常只有一个电容器,但为了方便分析,作岀串联得两个电容器并标出假想中点N'
与单相半桥、全桥逆变电路相同,三相电压型桥式逆变电路得基本工作方式也就是180。
导电方式,即每个桥臂得导电角度为180。
同一相(即同一半桥)上下两个臂交替导电,各相开始导电得角度以此相差120。
这样,在任一瞬间,将有三个桥臂同时导通。
可能就是上面一个臂下面两个臂,也可能就是上面两个臂下面一个臂同时导通。
因为每次换流都就是在同一相上下两个桥臂之间进行,因此也被称为纵向换流
波形图与电路图如下
状志
1
2
3
4
5
6
电角度
0〜60
60-120
120-180
180〜240
240-300
300〜360
导通开关
臥V6.VI
U
&
冷、1;
斷禺1
出、$V.
负载
uW
•n
V
M/V
爭值电路
岳
W
UV
¥
-妝
3"
-h
开关模式
输岀电压
U相上开关管VI导通
U/Ud/2
U相下开关管V4导通
qJ=-Ud/2
V相上开关管V3导通
uw=Ud/2
V相下开关管V6导通
Uw=-Ud/2
W相上开关管V5导通
U职=Ud/2
W相下开关管V2导通
U服=-Ud/2
6.常用逆变器得形式有哪些,各自特点就是什么,主要生产厂家?
逆变器作为光伏发电得重要组成部分,主要得作用就是将光伏组件发出得直流电转变成交流电。
U前,市面上常见得逆变器主要分为集中式逆变器与组串式逆变器,还有新潮得集散式逆变器、
集中式逆变器
集中式逆变器顾名思义就是将光伏组件产生得直流电汇总转变为交流电后进行升压、并网。
因此,逆变器得功率都相对较大。
光伏电站中一般采用500RW以上得集中式逆变器。
(一)集中式逆变器得优点如下:
1、功率大,数量少,便于管理;
元器件少,稳定性好,便于维护;
2、谐波含量少,电能质量高;
保护功能齐全,安全性高;
3、有功率因素调节功能与低电压穿越功能,电网调节性好。
(二)集中式逆变器存在如下问题:
1、集中式逆变器M(最大功率点跟踪)电压范圉较窄,不能监控到每一路组件得运行情况,因此不可能使每一路组件都处于最佳工作点,组件配置不灵活;
2、集中式逆变器占地面积大,需要专用得机房,安装不灵活;
3、自身耗电以及机房通风散热耗电量大。
组串式逆变器
组吊式逆变器顾名思义就是将光伏组件产生得直流电直接转变为交流电汇总后升压、并网。
因此,逆变器得功率都相对较小。
光伏电站中一般采用50kW以下得组串式逆变器。
(一)组串式逆变器优点:
1、不受组串间模块差异与阴影遮挡得影响,同时减少光伏电池组件最佳工作点与逆变器不匹配得情况,最大程度增加了发电量;
2、M电压范围宽,组件配置更加灵活;
在阴雨天,雾气多得部区,发电时间长;
3、体积较小,占地面积小,无需专用机房,安装灵活;
4、自耗电低、故障影响小。
(二)组串式逆变器存在得问题:
1、功率器件电气间隙小,不适合高海拔地区;
元器件较多,集成在一起,稳定性稍差;
2、户外型安装,风吹日晒很容易导致外壳与散热片老化;
3、逆变器数量多,总故障率会升高,系统监控难度大;
4、不带隔离变压器设计,电气安全性稍差,不适合薄膜组件负极接地系统。
三、集散式逆变器
集散式逆变器就是近两年来新提出得一种逆变器形式,其主要特点就是“集中逆变”与“分散M跟踪”。
集散式逆变器就是聚集了集中式逆变器与组串式逆变器两种逆变器优点得产物,达到了“集中式逆变器得低成本,组串式逆变器得高发电量”。
(一)集散式逆变器优点:
1、与集中式对比,“分散M跟踪”减小了失配得儿率,提升了发电量;
2、与集中式及组串式对比,集散式逆变器具有升压功能,降低了线损;
3、与组吊式对比,“集中逆变”在建设成本方面更具优势。
(二)集散式逆变器问题;
I、工程经验少。
较前两类而言,尚属新形式,在工程项U方面得应用相对较少;
2、安全性、稳定性以及高发电量等特性还需要经历工程项□得检验;
3、因为采用“集中逆变”,因此,占地面积大,需专用机房得缺点也存在于集散式逆变器中。
逆变器主要生产厂家及特点
阳光电源集中式中国
华为组串式中国
特变电工集中式中国
TMEIC(ToshibaMitsubishiElectrica1IndustryCorproatio
n)东芝三菱电机工业公司集中式日本中大型工业用
SMASolarTechnology集中式徳国小型家用,中大型电站用均有涵
ABB集中式瑞典
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