在光伏发电行业,效率的提升可以直接带来更高的经济效益,提高效率一直是光伏逆变器发展的方向标。本文详细介绍了可以提供高效率的光伏逆变器拓扑结构和功率器件,包括T型三电平拓扑和IGBT模块。
光伏逆变器的设计目标
1、对光伏电池输出进行最大功率跟踪,使光伏逆变器得到最大的输入功率;
2、降低光伏逆变器损耗,提高效率;
3、实现更高的集成度,增强整机稳定性。
图1所示为光伏逆变器逆变电路拓扑图:
图1:光伏逆变器逆变电路拓扑
典型的光伏逆变器是由BOOST升压电路实现对光伏电池输出的最大功率点跟踪,然后通过逆变电路完成直流电逆变为可以并网的交流电。常用的逆变电路的拓扑结构主要有:两电平、I型三电平、T型三电平,拓扑分别如图2所示:
图2:三种逆变拓扑图
对三种逆变拓扑进行热损耗测试,得到结论如图3所示:
图3:三种逆变拓扑损耗对比
由图3可以看到,两电平逆变拓扑由于开关频率较低、电流谐波大等原因,其滤波电感和功率器件的开关损耗都很高,整体损耗最大;I型三电平拓扑由于存在中点钳位二极管,其功率器件的导通损耗相对较高;而T型三电平在三种逆变拓扑中损耗是最低的。
虽然T型三电平在三种逆变拓扑中损耗是最低的,但T型三电平具有复杂的拓扑结构和更多的功率器件,这会给系统设计带来很多困难,尤其表现在功率器件之间的电气连接、EMC设计和结构布局等方面。研发工程师希望使用更少的器件数量、优化的拓扑结构和容易安装的封装来设计可靠的产品。
解决方案
针对上述问题,VINCOTECH推出了一系列的T型三电平模块,其结构紧凑,将多个分立器件(包括IGBT、二极管以及NTC电阻等器件)集成到一个模块中,减少了功率器件之间连线的寄生阻抗。如图2所示:
图4:T型三电平模块原理图
由图2可以看到,Vincotech T型三电平模块主要有以下几点优势:
1、T型三电平拓扑结构可以使光伏逆变器达到更高的效率;
2、驱动回路与主功率回路分别从不同的管脚分别引出,减少了IGBT主功率回路对驱动回路的电磁干扰;
3、通过对模块内部的绑定线,管脚布置以及内部走线进行优化设计,降低了模块内部的寄生电感,从而实现直流母线环路的低电感设计;
4、模块还内置了NTC温度检测电阻,可以实时监测模块的温升,保证模块的可靠运行。
Vincotech T型三电平模块常用型号如表1所示:
表1
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