光伏逆變器中dc-link電容的選型
光伏逆變器又稱電源調(diào)整器，根據(jù)逆變器在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的用途可分為獨(dú)立型電源用和并網(wǎng)用兩種，光伏逆變器直流側(cè)電路的重要組成部分是dc-link電容，它的設(shè)計選型對逆變器的性能、重量、體積及成本均有一定影響。本文重點(diǎn)討論薄膜電容的額定電壓、容量及紋波電流等參數(shù)所需滿足的要求，通過理論分析、計算等，以期對實際中的應(yīng)用dc-link的選取提供參考。
引言
太陽能電池板作為光伏逆變器的直流側(cè)電源，需要通過直流母線和逆變單元鏈接，這種供電方式成為dc-link。在光伏逆變器中的dc-link電容器吸收逆變單元向直流側(cè)索取高幅值脈動電流，使直流電壓波動保持在循序范圍內(nèi)。
隨著金屬薄膜電容制造工藝和技術(shù)的不斷進(jìn)步。成本不斷降低，其在大功率電力電子設(shè)備中具有明顯的優(yōu)勢。下面以單級三相全橋拓?fù)涞墓夥孀兤鳛槔瑢饘俦∧る娙莸念~定電壓，容量及紋波電流等參數(shù)所需滿足的要求進(jìn)行分析計算。
dc-link電容的參數(shù)選擇
金屬薄膜電容的選型通常需要考慮的是額定電壓、電容容量、紋波電流等幾個參數(shù)。
1.額定電壓
金膜電容通常有1.2-1.5倍較長時間的過壓能力。在光伏逆變器中，直流側(cè)的電壓為光伏組件的輸出電壓，其受時間、當(dāng)?shù)丨h(huán)境和氣候的影響很大，因此光伏逆變器的直流側(cè)不可能出現(xiàn)長時間運(yùn)行于最大電壓的情況，dc-link電容額定電壓的選取只需要等于或者略大于直流側(cè)的最高電壓值，不必考慮留有裕量。
2.電容容量
在實際工程應(yīng)用中，dc-link電容是以開關(guān)器件的載波頻率來完成充放電的。在一個PWM周期內(nèi)，開關(guān)器件導(dǎo)通時，由光伏組件和dc-link電容同時為逆變單元提供能量，開關(guān)器件關(guān)斷時，光伏組件便向dc-link電容充電，儲存能量。
3.紋波電流
紋波電流是指流經(jīng)dc—link電容的交流電流。電容器最大允許紋波電流受環(huán)境溫度、電容器表面溫度、散熱面積、損耗角度(或ESR)以及交流頻率參數(shù)的影響。紋波電流所產(chǎn)生的熱損耗是電容壽命的一個關(guān)鍵參考因素。如圖所示，單級式三相光伏逆變器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖，其中Cd為dc—link電容。
三相光伏逆變器的輸出電流為三相正弦基波電流與高頻諧波電流的疊加，二者均會在直流母線側(cè)產(chǎn)生相應(yīng)的紋波電流。分析計算在任意相移角和調(diào)制比下，輸出理想正弦基波電流時，開關(guān)器件的高頻開斷在dc—link電容中產(chǎn)生的紋波電流RMS值。由圖可得，dc-1ink電容中紋波電流的矢量表達(dá)式：ic~=id—iE，其中i為光伏組件的直流輸出電流，i為逆變單元的輸入電流。
下圖所示為dc—link電容紋波電流與基波相移角I司的函數(shù)關(guān)系？芍琺較小時，dc—link電容的紋波電流在阻性負(fù)載下比在感性或容性負(fù)載下要大。m增大，dc—link電容的紋波電流也隨之增大。當(dāng)電容紋波電流達(dá)到最大值時，阻性負(fù)載下的紋波電流開始下降，而感性或容性負(fù)載下的紋波電流繼續(xù)上升。
此外，LC濾波回路所濾除的高頻諧波電流。也可能在直流母線側(cè)產(chǎn)生高頻紋波電流。下圖為l=0時，LC濾波回路諧波對DC-link電容紋波電流的影響。假設(shè)LC濾波回路所允許的最大紋波電流為0.3倍的額定輸出電流？梢。交流高頻諧波只在小的輸出電流時對dc—link電容的紋波電流有較大影響：在大的輸出電流下，dc-1ink電容的紋波電流可以近似于理想正弦波輸出電流在直流側(cè)所產(chǎn)生的電流紋波。在dc—link電容設(shè)計中，通常考慮大負(fù)載的情況，因此僅需理想正弦波輸出電流就足以得知dc—link電容紋波電流的大小。
編輯：admin 最后修改時間：2023-04-07
