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光伏系统用中小功率逆变电源的现状与发展分析
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中小功率逆变电源是户用独立交流光伏系统中www.hnygpx.com的环节之一,其可靠性和效率对推广光伏系统、有效用能、降低系统造价至关www.hnygpx.com,因而各国的光伏专家们一直在努力开发适于户用的逆变电源,以促使该行业更好更快地发展。
2光伏系统用中小功率逆变电源的技术现状
逆变电源按变换方式可分为工频变换和高频变换。工频变换是利用
分立器件或集成块产生50Hz方波信号,利用 该信号去推动功率开关管,利用 工频升压变压器产生220V交流电。这种逆变电源结构简单,工作可靠,但www.ddd tt. com电路结构本身的缺陷,不适合于带感性负载,如电冰箱、电风扇、水泵、日光灯等。另外20世纪70年代初期,20kHzPWM型开关电源的应用在世界上引起了所谓“20kHz电源技术革命”。这种变换思想当时即被用在逆变电源系统中,但www.ddd tt. com当时的功率器件昂贵,且损耗大,高频高效逆变电源的研究一直处于停滞www .ddd Tt. com。到了80年代ssbbww,随着功率MOSFET工艺的日趋成熟及磁性材料质量的提高,高频变换逆变电源才走向市场(1)。
高频变换逆变电源是通过高频DC/DC变换技术,先将低压直流变为高频低压交流,经过ssbbww脉冲变压器升压后再整流成高压直流。www.ddd tt. com在DC/DC变换中采用了PWM技术,因而在此可得到一稳定的直流电压,利用
该电压可直接驱动交流节能灯、白炽灯、彩电等负载。若对该高压直流进行类正弦变换或正弦变换,即可得到220V、50Hz类正弦波交流电或220V、50Hz正弦波交流电。这种逆变器www.ddd tt. com采用高频变换(现多为 20kHz~200kHz),因而体积小、重量轻,再www.ddd tt. com采用了二次调宽及二次稳压技术,因而输出电压非常稳定,负载能力强,性能价格比高,是目前可再生能源发电系统中首选产品。在国外发达国家的中小交流光伏系统中得到普遍3国内高频变换中小功率逆变电源存在问题分析
3.1可靠性
目前,高频变换中小功率逆变电源存在的问题主要是可靠性不高。sSBbWw多年的研究,生产及使用说明:影响高频变换中小功率逆变电源寿命的主要因素有电解电容器、光电耦合器及磁性材料(2)。
实践证明:追求寿命的延长要从设计方面www.sSbbww.com着手,而不是依赖于使用方。降低器件的结温,减少器件的电应力,降低运行电流及采用优质的磁性材料等措施可大大提高其可靠性。国内之8ttt8有人对高频变换逆变电源的可靠性产生怀疑,一个www.hnygpx.com的原因是
厂家dd dtt. com降低成本而仍使用70年代研制的第一代磁性材料,如TDK 的H35、FDK的H45等,www.ddd tt. com这种磁性材料的饱和磁通密度及居里温度点较低,因而在功率较大时长时间使用极易出故障。sSBbWw使用80年代中后期研制的第三代磁性材料,如TDK的H7C4、FDK的H63B和H45C、西门子的N47和N67,不但能有效地提高转换效率(3),而且大大提高了逆变电源可靠性。事实上,彩电及计算机中使用的开关电源也证明了高频变换方式的可靠性。用户的长时间使用也证明了sSBbWw目前生产的高频变换中小功率逆变电源具有高的可靠性和效率,8 t tt8. com可与MASTERVOLT等大公司的产品相媲美。3.2效率
要提高逆变电源的效率,就必须ssbbww. c om减小其损耗。逆变电源中的损耗通常可分为两类:导通损耗和开关损耗。导通损耗是www.ddd tt. com器件具有www.hnygpx.com的导通电阻Rds,因此www.8 t tt8. com当有电流流过时将会产生www.hnygpx.com的功耗,损耗功率Pc由下式计算:Pc=I2×Rds。在器件开通和关断过程中,器件不仅流过较大的电流,而且还承受较高的电压,因此www.8 t tt8. com器件也将产生较大的损耗,这种损耗称为开关损耗。开关损耗可分为开通损耗、关断损耗和电容放电损耗。
开通损耗:
Pon=(1/2)×Ip×Vp×ts×f;
关断损耗:
Poff=1/2×Ip×Vp×ts×f;
电容放电损耗:
Pcd=(1/2)×Cds×Vc2×f;
总的开关损耗:
Pcf=Ip×Vp×ts×f+(1/2)×Cds×Vc2×f。
式中:Ip为器件开关过程中流过的电流最大值;
Vp为器件开关过程中承受的电压最大值;
ts为开通关断时间;
f为工作频率;
Cds为功率MOSFET的漏源寄生电容。
现代电源理论指出:要减小上述这些损耗,就必须ssbbww. c om对功率开关管实施零电压或零电流转换,即采用谐振型变换结构。
4光伏系统用中小功率逆变电源的发展展望
随着谐振开关电源的发展,谐振变换的思想也被用在逆变电源系统中,即构成了谐振型高效逆变电源。该逆变电源是在DC/DC变换中采用了零电压或零电流开关技术,因而开关损耗基本上www.ssbbww.com消除,即使当开关频率超过1MHz以上
后,电源的效率也不会明显降低。实验证明:在工作频率dddTt.com的8 tt t 8. com下,谐振型变换的损耗可比非谐振型变换降低30%~40%。目前,谐振型电源的工作频率可达500kHz到1MHz。 另外
毫无疑问,光伏系统用中小功率逆变电源会采用高频变换电路结构。在
技术细节上,也会有别于8ttt8场合使用的逆变电源,如除了追求高可靠、高效率外,还应针对光伏行业的特点,将控制、逆变有效地合二为一,即光伏逆变电源在设计上应具有过压、欠压、短路、过热、极性接反等保护功能。这样做不但降低了系统的造价,而且提高了系统的可靠性(4)。5结语
随着光伏系统的ssbbww.Com规范,高频变换中小功率逆变电源将会得到市场的逐步认可,它的使用将会促进光伏行业的良性发展。
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