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光伏逆变器主电路及电力电子器件
[发布时间]:2016年6月17日 [来源]:世纪新能源网 [点击率]:2807
【导读】: 本文阐述了太阳能光伏发电逆变器的三种主电路形式,结合光伏发电逆变器主电路结构特点,论述了用于太阳能光伏发电系统逆变器的功率半导体器件特性。1.光伏发电逆变器主电路  太阳能电池一般是电压源,因此逆...

  除去以上最典型的三类全控开关器件,业界有像碳化硅二极管和ESBT等基于新材料和新工艺的产品。它们目前的价格还比较高,主要应用于对太阳能光伏发电效率有特殊要求的场合。但随着生产工艺的不断进步和器件单价的下降,这类器件也将逐步变为主流产品,甚至替代上述的某一类器件。

  以下为两种可运用的于特殊光伏发电场合的逆变器:

  (1)单相全桥混合器件模块与三电平混合器件模块
  混合单相全桥功率模块,是专用于光伏发电系统中单相逆变的产品,配合以单极型调制方法,每个桥臂的两只开关管分别工作在完全相异开关频率范围,上管总是在工频切换通断状态,而下管总是在脉宽调制频率下动作。根据这种工作特点,上管选用相对便宜的门极沟道型(Trench)IGBT以优化通态损耗,而下管可选择非穿通型(NPT)IGBT以减少开关损耗。这种拓扑结构不但保障了最高系统转换效率还降低了整个逆变设备的成本。图3给出了不同器件搭配的转换效率曲线以印证这种功率模块的优越性。可以发现,这种混合器件配置在不同负载下能实现98%以上的转换效率。
  在美高森美的三电平逆变模块中,也引入了混合器件机制,充分利用两端器件开关频率远高于中间相邻两器件。因而APTCV60系列三电平模块两端使用超结MOSFET,中间为IGBT的结构,可进一步提高效率。

  (2)ESBT
  ESBT是应用于太阳能光伏发电系统中的一种新型高电压快速开关器件,它兼顾了IGBT和MOSFET的优点,不仅电压耐量高于MOSFET,而且损耗小于快速IGBT器件。美高森美即将推向市场的ESBT太阳能升压斩波器模块,集成了碳化硅二极管和ESBT,面向5kW~205kW的超高效率升压应用。其电压为1200V,集电极和发射极间饱和通态电压很低(接近1V),优化开关频率在30kHz~40kHz之间,可选择单芯片模块或双芯片模块封装。实验表明,这种功率模块比目前市场上对应的IGBT模块减少40%的损耗。根据6kW的参考设计实验结果,此模块在50%至满负载之间,转换效率比最快的IGBT器件要提高至少0.6个百分点。因此,在碳化硅全控器件的价格下降到可接受的范围之前,对于超高效率的太阳能光伏功率变换应用,ESBT将是优选开关器件。

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