【干貨】逆變器的可靠性設(shè)計(jì)
時(shí)間：2022-06-11
無論微型逆變器，組串式逆變器，還是大型光伏并網(wǎng)逆變器，都由半導(dǎo)體模塊組成，包括開關(guān)元件和電容元件，這些元件的可靠性決定了光伏逆變器的可靠性。在并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，逆變器安裝環(huán)境多樣，可能還要在高溫，高溫、鹽霧環(huán)境中處理很高功率的電流，這些因素都增加了逆變器的失效率和系統(tǒng)的可靠度。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可靠性
要適應(yīng)光伏逆變器的現(xiàn)場環(huán)境條件，必須優(yōu)化設(shè)計(jì)逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)合理的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是影響逆變器可靠度的重要因素。
為了保證橋臂功率開關(guān)管不直通，同一橋臂的功率開關(guān)管必須設(shè)置死區(qū)時(shí)間，從而降低電網(wǎng)電流的波形質(zhì)量。傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器的橋壁直通問題影響了并網(wǎng)逆變器的可靠性，基于滯環(huán)電流控制的雙降壓半橋逆變器，不存在傳統(tǒng)橋式并網(wǎng)逆變器橋臂功率開關(guān)管的直通問題，提高了系統(tǒng)可靠性。單相Z源逆變器。該逆變器可實(shí)現(xiàn)升降壓變換，且不存在橋臂功率開關(guān)管直通問題，但需要2個(gè)電感和2個(gè)電容來提升輸入電壓。
漏電流也是影響逆變器可靠性的主要因素之一，優(yōu)化電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是解決漏電流問題的主要方法。雙Buck改進(jìn)型中的三電平雙Buck全橋逆變電路，將漏電流抑制至幾乎可以忽略的程度，使用的有源器件數(shù)量少，通態(tài)電流流經(jīng)器件少，高頻工作器件少;無需均壓控制，同時(shí)通過理論計(jì)算分析比較，表明了雙Buck改進(jìn)型中的三電平雙Buck全橋逆變電路具有較高的可靠性。
元器件數(shù)量影響電路可靠性
器件數(shù)量少，意味著更簡潔的結(jié)構(gòu)和控制，出錯(cuò)幾率小。特別是，相對于有源器件，無源器件具有更高的可靠性。功率模塊集成多個(gè)元器件，將多個(gè)分立器件集成到一個(gè)模塊中，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了器件之間連線的寄生阻抗。功率模塊驅(qū)動(dòng)回路與主功率回路從不同的管腳分別引出，減少了IGBT主功率回路對驅(qū)動(dòng)回路的電磁干擾。模塊配置了NTC電阻，可以精準(zhǔn)地檢測模塊內(nèi)部溫度。
元器件可靠性
功率開關(guān)是最容易失效的位置，要評估逆變器的可靠度必須對組成逆變器的功率開關(guān)的可靠性逆變器系統(tǒng)平均無故障工作時(shí)間主要受到開關(guān)管可靠性的影響，功率開關(guān)管的可靠性是整個(gè)系統(tǒng)可靠性能的關(guān)鍵，增加逆變器開關(guān)元件的可靠性能大大增加逆變器整體的可靠性，因此，選用高質(zhì)量的功率開關(guān)管，減小開關(guān)管電應(yīng)力等方法可以有效提高逆變器的可靠性。
逆變器作為電子產(chǎn)品，電容是最基本的元器件，直流母線支撐電容主要作用是儲能和濾波，要承受很高的脈沖電流和脈沖電壓，是逆變器壽命最短的器件之一，直流母線電容現(xiàn)在有鋁電解電容和薄膜電容兩種，各有優(yōu)勢，電解電容的主要優(yōu)勢是單體容量大，價(jià)格低，薄膜電容優(yōu)勢是單體電壓高，還有以下優(yōu)勢：電解電容的壽命一般是2000~3000小時(shí)，長壽命的有5000~6000小時(shí)，并且容易發(fā)生漏液;薄膜電容壽命一般是100000小時(shí)以上。而且薄膜電容還具有自愈效應(yīng)。電解電容耐壓值一般為500-550V，薄膜電容耐壓值一般為1000-1300V，薄膜電容能承受2倍于額定電壓的浪涌電壓的沖擊，能長期承受反向脈沖電壓。
冗余設(shè)計(jì)
在系統(tǒng)或設(shè)備完成任務(wù)起關(guān)鍵作用的地方，增加一套以上完成相同功能的功能通道、工作元件或部件，以保證當(dāng)該部分出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)或設(shè)備仍能正常工作，以減少系統(tǒng)或者設(shè)備的故障概率，提高系統(tǒng)可靠性。采取冗余措施后，在不改變內(nèi)部設(shè)計(jì)的情況下，這套系統(tǒng)的可靠性立即可以大幅度提高。假如單獨(dú)系統(tǒng)的故障率為50%，而采取冗余系統(tǒng)后馬上可以將故障率降低到25%。
三防設(shè)計(jì)
三防設(shè)計(jì)是指防潮濕、防鹽霧、防霉菌設(shè)計(jì)。逆變器工作環(huán)境多樣，而潮濕、鹽霧和霉菌會(huì)降低材料的絕緣強(qiáng)度，引起漏電、短路，從而導(dǎo)致電子故障和事故。因此，必須采取防止或減少環(huán)境條件對逆變器可靠性的不利影響，以保證逆變器工作中的各項(xiàng)性能，增加產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中運(yùn)行的可靠性。
戶外型太陽能逆變器就充分考慮到三防設(shè)計(jì)的要求。對其進(jìn)行三防處理的具體內(nèi)容包括：(1)對于箱體表面采用酸洗磷化處理后進(jìn)行靜電噴涂一層致密的塑粉層，經(jīng)高溫固化后可有效地對箱體表面進(jìn)行防護(hù);(2)蓋板和箱體之間采用自夾緊橡膠密封圈;(3)內(nèi)部的控制線路板噴三防漆;(4)進(jìn)、出線采用防水端子密封等。
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