適用于可再生能源系統的一款逆變器

前言

可再生能源市場(chǎng)正從全球金融危機中強勁反彈。先前延誤或停工的項目已重新啟動(dòng)，許多新項目正在實(shí)施。這一高潮有力地掀起了整個(gè)供應鏈對可再生能源系統組件的需求，包括風(fēng)力發(fā)電和光伏逆變器。

全球風(fēng)能理事會(huì )(GWEC)預測未來(lái)4年總裝機容量的年均增長(cháng)率為20.9%。這將使得到2014年風(fēng)電總裝機容量增加一倍以上，超過(guò)400GW。亞洲地區的增長(cháng)前景尤其強烈，其中中國是2009年世界最大的風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)，如今他們風(fēng)力發(fā)電能力的累計基礎僅次于美國，位居第二。

同樣，對于光伏發(fā)電，2010年預計到了40%的累計光伏裝機容量的強勁增長(cháng)。德國是最大的市場(chǎng)，而南歐、美國和亞洲的新市場(chǎng)也看到了良好的增長(cháng)- 尤其是在亞洲，如果中國政府批準其國內光伏增長(cháng)刺激計劃，預計該計劃設定到2020年實(shí)現30GW的裝機目標。

逆變器拓撲趨勢

賽米控方案解決中心在2010年直接目睹了該效應，標準可再生能源逆變器的訂單量增長(cháng)驚人，超過(guò)300%，并且對新項目的開(kāi)發(fā)有濃厚的興趣。

賽米控方案解決中心在電力電子行業(yè)是獨一無(wú)二的，因為它是惟一專(zhuān)注于電力電子組件和平臺設計與制造的公司。賽米控及其各子公司將半導體、驅動(dòng)器和其它主要器件集成為電力電子組件已超過(guò)50年。2003年，賽米控將這些子公司合并，組建了賽米控方案解決中心組，目前包括8個(gè)方案解決中心，每大洲1個(gè)，其關(guān)鍵策略是直接為當地市場(chǎng)制造電力電子平臺，提供解決方案和技術(shù)支持。

對于逆變器來(lái)說(shuō)，清晰的功率拓撲結構趨勢正在出現。其中，在風(fēng)電行業(yè)，新的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是使用全功率逆變器的永磁同步電機(SG)。該配置能夠提供更高的整體效率，可用風(fēng)速范圍更廣，并且使逆變器能夠適應有關(guān)發(fā)電設備對電網(wǎng)干擾行為的新規定。

額定功率已經(jīng)統一，對于陸上系統，新項目的典型額定功率在2MW和3MW之間，主要使用水冷式逆變器，采用雙饋感應發(fā)電機(DFIG)和SG應用，風(fēng)冷或水冷，功率最低點(diǎn)為1.5MW。海上應用的功率穩定在(5-6)MW，一些試點(diǎn)應用超過(guò)了這個(gè)級別。雖然對于海上系統轉向中壓(MV)是一個(gè)明確的趨勢，但是許多新項目發(fā)展繼續使用并聯(lián)的低壓(LV)逆變器。

在太陽(yáng)能應用中，電網(wǎng)互聯(lián)系統的功率技術(shù)趨勢通常為每逆變器達500kW，一些正在進(jìn)行的新項目達到1MW以上。

風(fēng)電和太陽(yáng)能市場(chǎng)的成熟度加上強大的市場(chǎng)復蘇，給逆變器供應商帶來(lái)越來(lái)越大的壓力，要提供已通過(guò)資格預審的、低技術(shù)風(fēng)險并且足夠靈活地被用于某個(gè)額定功率范圍的現成標準逆變器。上市時(shí)間已成為主要的驅動(dòng)力，用于可再生能源的逆變器已成為商品項目。靈活的平臺(450 kW ~2.5 MW以上)

現在有了一個(gè)新的逆變器平臺，可以使系統集成商隨時(shí)獲得1個(gè)易于使用的多功能變頻器，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。用于可再生能源的Semistack是一個(gè)大功率三相逆變器的平臺，它使用集成了散熱器的SKiiP智能功率模塊(IPM)、電源模塊、驅動(dòng)和保護傳感器/功能，并為可再生能源應用進(jìn)行了優(yōu)化。模塊化的結構，SKiiP IPM額定功率有多種選擇，可選風(fēng)冷或水冷以及能夠將逆變器并聯(lián)連接，使其可用于廣泛的應用中，從約450kW到超過(guò)250MW的全功率系統，如那些用在 SG風(fēng)力發(fā)電應用中的系統。

逆變器的基本配置，包括3個(gè)垂直機械安裝的半橋相位單元。每個(gè)相位單元包含1個(gè)SKiiP IPM和冷卻板或散熱器，帶有長(cháng)壽命聚丙烯電容器的直流母線(xiàn)，交流連接和緩沖器。單獨的相位單元通過(guò)1個(gè)低電感直流耦合連接在一起，并安裝在1個(gè)堅固的機械框架內?？赏ㄟ^(guò)直流母線(xiàn)將該逆變器組連接起來(lái)，實(shí)現1個(gè)完整的4象限變換器，或者將逆變器并聯(lián)以獲得更大的額定功率。

圖1用于可再生能源的Semistack平臺包含三個(gè)模塊化半橋(GB)相位單元

現有風(fēng)冷和水冷兩個(gè)版本可提供。兩個(gè)版本都使用相同的整體機械結構進(jìn)行配置。用戶(hù)可在2個(gè)解決方案中進(jìn)行選擇，1個(gè)是通常用于太陽(yáng)能應用及低功率雙饋風(fēng)力發(fā)電應用的簡(jiǎn)單風(fēng)冷解決方案，另1個(gè)是通常用于較大SG風(fēng)力發(fā)電應用的更大功率的水冷解決方案。

圖2 使用水冷機箱實(shí)現最大的功率密度

對于可再生能源，Semistack的多功能性體現在以下應用的實(shí)現中。通過(guò)將2臺風(fēng)冷Semistack逆變器組合成一個(gè)4象限配置，可以很容易地組成一個(gè)典型的1.5MW雙饋系統。完整的逆變器可被裝入600mm寬的機柜中，高度僅為1200mm，使得整個(gè)組件可被裝入標準的2000mm機柜，并保留空間給其他設備。同樣，兩臺帶有4托架SKiiP的水冷逆變器可以以同樣的方式進(jìn)行組合，來(lái)配置一個(gè)高達1.5MW的全功率4象限SG應用。