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          開關電源應用之光伏系統用中小功率逆變電源的現狀與展望

          中小功率逆變電源是戶用獨立溝通光伏體系中重要的環節之一,其牢靠性和功率對推行光伏體系、有效用能、下降體系造價至關重要,因此各國的光伏專家們一向在盡力開發適于戶用的逆變電源,以促使該職業十分好更快地開展。
            2 光伏體系用中小功率逆變電源的技能現狀 

            逆變電源按改換方法可分為工頻改換和高頻改換。工頻改換是運用分立器材或集成塊發生50Hz方波信號,然后運用該信號去推進功率開關管,運用工頻升壓變壓器發生220V溝通電。這種逆變電源布局簡略,作業牢靠,但因為電路布局本身的缺陷,不適合于帶理性負載,如電冰箱、電風扇、水泵、日光燈等。別的,這種逆變電源因為選用了工頻變壓器,因此體積大、粗笨、報價高。當前首要用在大型太陽能光伏電站。

            20世紀70年代前期,20kHzPWM型開關電源的應用在世界上引起了所謂“20kHz電源技能革命”。這種改換思維其時即被用在逆變電源體系中,但因為其時的功率器材昂貴,且損耗大,高頻高效逆變電源的研討一向處于阻滯狀況。到了80年代今后,跟著功率MOSFET技能的日趨老練及磁性材料質量的進步,高頻改換逆變電源才走向商場(1)。

            高頻改換逆變電源是通過高頻DC/DC改換技能,先將低壓直流變為高頻低壓溝通,通過脈沖變壓器升壓后再整流成高壓直流。因為在DC/DC改換中選用了PWM技能,因此在此可得到一安穩的直流電壓,運用該電壓可直接驅動溝通節能燈、白熾燈、彩電等負載。若對該高壓直流進行類正弦改換或正弦改換,即可得到220V、50Hz類正弦波溝通電或220V、50Hz正弦波溝通電。這種逆變器因為選用高頻改換(現多為20kHz~200kHz),因此體積小、重量輕,再因為選用了二次調寬及二次穩壓技能,因此輸出電壓十分安穩,負載能力強,性能報價比高,是當前可再生能源發電體系中首選商品。在國外發達國家的中小溝通光伏體系中得到遍及的運用,但在國內,因為技能方面的緣由及商場的混亂,一些逆變電源廠家一向在推行工頻改換逆變電源,有的為了下降本錢乃至運用低硅硅鋼片,這樣的逆變電源充滿商場,使得溝通光伏體系的歸納本錢升高,將會阻止溝通光伏體系的推行,這對職業的開展是很晦氣的。

            3 國內高頻改換中小功率逆變電源存在疑問剖析 

            3.1 牢靠性 

            當前,高頻改換中小功率逆變電源存在的疑問首要是牢靠性不高。咱們多年的研討,出產及運用說明:影響高頻改換中小功率逆變電源壽數的首要因素有電解電容器、光電耦合器及磁性材料(2)。

            實踐證明:尋求壽數的延長要從規劃方面著手,而不是依賴于運用方。下降器材的結溫,削減器材的電應力,下降運轉電流及選用優質的磁性材料等辦法可大大進步其牢靠性。國內之所以有人對高頻改換逆變電源的牢靠性發生置疑,一個重要的緣由是一些廠家為了下降本錢而仍運用70年代研發的第一代磁性材料,如TDK的H35、FDK的H45等,因為這種磁性材料的飽滿磁通密度及居里溫度點較低,因此在功率較大時長時刻運用很容易出故障。咱們運用80年代中后期研發的第三代磁性材料,如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西門子的N47和N67,不光能有效地進步改換功率(3),并且大大進步了逆變電源牢靠性。事實上,彩電及計算機中運用的開關電源也證明了高頻改換方法的牢靠性。用戶的長時刻運用也證明了咱們當前出產的高頻改換中小功率逆變電源具有高的牢靠性和功率,徹底可與MASTERVOLT等大公司的商品相媲美。

            3.2 功率 

            要進步逆變電源的功率,就必須減小其損耗。逆變電源中的損耗一般可分為兩類:導通損耗和開關損耗。導通損耗是因為器材具有必定的導通電阻Rds,因此當有電流流過期將會發生必定的功耗,損耗功率Pc由下式計算:Pc=I2×Rds。在器材注冊和關斷過程中,器材不只流過較大的電流,并且還接受較高的電壓,因此器材也將發生較大的損耗,這種損耗稱為開關損耗。開關損耗可分為注冊損耗、關斷損耗和電容放電損耗。

            注冊損耗:

            Pon=(1/2)×Ip×Vp×ts×f;

            關斷損耗:

            Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;

            電容放電損耗:

            Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f;

            總的開關損耗:

            Pcf=Ip×Vp×ts×f+(1/2)×Cds×Vc2×f。

            式中:Ip為器材開關過程中流過的電流最大值;Vp為器材開關過程中接受的電壓最大值;ts為注冊關斷時刻;f為作業頻率;Cds為功率MOSFET的漏源寄生電容。

            現代電源理論指出:要減小上述這些損耗,就必須對功率開關管施行零電壓或零電流改換,即選用諧振型改換布局。

            4 光伏體系用中小功率逆變電源的開展展望 

            跟著諧振開關電源的開展,諧振改換的思維也被用在逆變電源體系中,即構成了諧振型高效逆變電源。該逆變電源是在DC/DC改換中選用了零電壓或零電流開關技能,因此開關損耗基本上能夠消除,即便當開關頻率超越1MHz以上后,電源的功率也不會顯著下降。試驗證明:在作業頻率相同的情況下,諧振型改換的損耗可比非諧振型改換下降30%~40%。當前,諧振型電源的作業頻率可達500kHz到1MHz。

            別的值得注意的是,光伏體系用中小功率逆變電源的研討正朝著模塊化方向開展,即選用不一樣的模塊組合,就可構成不一樣的電壓、波形改換體系。

            毫無疑問,光伏體系用中小功率逆變電源會選用高頻改換電路布局。在一些技能細節上,也會有別于其它場合運用的逆變電源,如除了尋求高牢靠、高功率外,還應針對光伏職業的特色,將操控、逆變有效地合二為一,即光伏逆變電源在規劃上應具有過壓、欠壓、短路、過熱、極性接反等維護功能。這樣做不光下降了體系的造價,并且進步了體系的牢靠性(4)。

            5結語 

            跟著光伏體系的不斷標準,高頻改換中小功率逆變電源將會得到商場的逐漸認可,它的運用將會推進光伏職業的良性開展。 

           
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