用于可再生能源系統(tǒng)的逆變器

　　1、前言
　　
　　可再生能源市場正從金融危機(jī)中強(qiáng)勁反彈。先前延誤或停工的項(xiàng)目已重新啟動(dòng)，許多新項(xiàng)目正在實(shí)施。這一高潮有力地掀起了整個(gè)供應(yīng)鏈對可再生能源系統(tǒng)組件的需求，包括風(fēng)力發(fā)電和光伏逆變器。
　　
　　風(fēng)能理事會（GWEC）預(yù)測未來4年總裝機(jī)容量的年均增長率為20.9%。這將使得到2014年風(fēng)電總裝機(jī)容量增加一倍以上，超過400GW。亞洲地區(qū)的增長前景尤其強(qiáng)烈，其中中國是2009年世界zui大的風(fēng)力發(fā)電市場，如今他們風(fēng)力發(fā)電能力的累計(jì)基礎(chǔ)僅次于美國，位居第二。
　　
　　同樣，對于光伏發(fā)電，2010年預(yù)計(jì)到了40%的累計(jì)光伏裝機(jī)容量的強(qiáng)勁增長。德國是zui大的市場，而南歐、美國和亞洲的新市場也看到了良好的增長-尤其是在亞洲，如果中國政府批準(zhǔn)其國內(nèi)光伏增長刺激計(jì)劃，預(yù)計(jì)該計(jì)劃設(shè)定到2020年實(shí)現(xiàn)30GW的裝機(jī)目標(biāo)。
　　
　　2、逆變器拓?fù)溱厔?br />　　
　　賽米控方案解決中心在2010年直接目睹了該效應(yīng)，標(biāo)準(zhǔn)可再生能源逆變器的訂單量增長驚人，超過300%，并且對新項(xiàng)目的開發(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*的，因?yàn)樗俏┮粚Ｗ⒂陔娏﹄娮咏M件和平臺設(shè)計(jì)與制造的公司。賽米控及其各子公司將半導(dǎo)體、驅(qū)動(dòng)器和其它主要器件集成為電力電子組件已超過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(dāng)?shù)厥袌鲋圃祀娏﹄娮悠脚_，提供解決方案和。
　　
　　對于逆變器來說，清晰的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨勢正在出現(xiàn)。其中，在風(fēng)電行業(yè)，新的開發(fā)重點(diǎn)是使用全功率逆變器的永磁同步電機(jī)（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(yīng)有關(guān)發(fā)電設(shè)備對電網(wǎng)干擾行為的新規(guī)定。
　　
　　額定功率已經(jīng)統(tǒng)一，對于陸上系統(tǒng)，新項(xiàng)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(yīng)發(fā)電機(jī)（DFIG）和SG應(yīng)用，風(fēng)冷或水冷，功率zui低點(diǎn)為1.5MW。海上應(yīng)用的功率穩(wěn)定在（5-6）MW，一些試點(diǎn)應(yīng)用超過了這個(gè)級別。雖然對于海上系統(tǒng)轉(zhuǎn)向中壓（MV）是一個(gè)明確的趨勢，但是許多新項(xiàng)目發(fā)展繼續(xù)使用并聯(lián)的低壓（LV）逆變器。
　　
　　在太陽能應(yīng)用中，電網(wǎng)互統(tǒng)的功率技術(shù)趨勢通常為每逆變器達(dá)500kW，一些正在進(jìn)行的新項(xiàng)目達(dá)到1MW以上。
　　
　　風(fēng)電和太陽能市場的成熟度加上強(qiáng)大的市場復(fù)蘇，給逆變器供應(yīng)商帶來越來越大的壓力，要提供已通過資格預(yù)審的、低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)并且足夠靈活地被用于某個(gè)額定功率范圍的現(xiàn)成標(biāo)準(zhǔn)逆變器。上市時(shí)間已成為主要的驅(qū)動(dòng)力，用于可再生能源的逆變器已成為商品項(xiàng)目。
　　
　　3、靈活的平臺（450kW~2.5MW以上）
　　
　　現(xiàn)在有了一個(gè)新的逆變器平臺，可以使系統(tǒng)集成商隨時(shí)獲得1個(gè)易于使用的多功能變頻器，以滿足市場需求。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(qū)動(dòng)和保護(hù)傳感器/功能，并為可再生能源應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化。模塊化的結(jié)構(gòu)，SKiiPIPM額定功率有多種選擇，可選風(fēng)冷或水冷以及能夠?qū)⒛孀兤鞑⒙?lián)連接，使其可用于廣泛的應(yīng)用中，從約450kW到超過250MW的全功率系統(tǒng)，如那些用在SG風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用中的系統(tǒng)。
　　
　　逆變器的基本配置，包括3個(gè)垂直機(jī)械安裝的半橋相位單元。每個(gè)相位單元包含1個(gè)SKiiPIPM和冷卻板或散熱器，帶有長壽命聚丙烯電容器的直流母線，交流連接和緩沖器。單獨(dú)的相位單元通過1個(gè)低電感直流耦合連接在一起，并安裝在1個(gè)堅(jiān)固的機(jī)械框架內(nèi)?？赏ㄟ^直流母線將該逆變器組連接起來，實(shí)現(xiàn)1個(gè)完整的4象限變換器。　　　　
　　現(xiàn)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(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。用戶可在2個(gè)解決方案中進(jìn)行選擇，1個(gè)是通常用于太陽能應(yīng)用及低功率雙饋風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用的簡單風(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(yīng)用的更大功率的水冷解決方案。　　　　
　　對于可再生能源，Semistack的多功能性體現(xiàn)在以下應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)中。通過將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(tǒng)。完整的逆變器可被裝入600mm寬的機(jī)柜中，高度僅為1200mm，使得整個(gè)組件可被裝入標(biāo)準(zhǔn)的2000mm機(jī)柜，并保留空間給其他設(shè)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，來配置一個(gè)高達(dá)1.5MW的全功率4象限SG應(yīng)用。
　　
　　水冷版本有兩種機(jī)箱尺寸可供選擇，采用水冷版本可以實(shí)現(xiàn)更大的額定功率。較大的4/3機(jī)箱可容納4托架或3托架SKiiPIPM。在四象限配置中，有可能將4托架和3托架組件組合在一起。這允許對SKiiP模塊進(jìn)行優(yōu)化，因?yàn)閷Πl(fā)電機(jī)側(cè)逆變器的要求比電網(wǎng)側(cè)的往往更嚴(yán)格。4/3機(jī)箱可容納2臺逆變器并聯(lián)的1.5MW或2.5MW全功率應(yīng)用。Semistack擁有10kVA/升的功率密度，與其zui接近的競爭對手相比，至少有20%的優(yōu)勢。較小的3/2機(jī)箱采用3托架和2托架SKiiP，用于較低功率的需求，通常用于逆變器額定功率為約是系統(tǒng)功率30%的DFIG系統(tǒng)中，以及大功率的太陽能系統(tǒng)。每個(gè)逆變器只需2個(gè)冷卻回路水接頭，因?yàn)閮?nèi)部并聯(lián)了獨(dú)立的冷卻板以避免熱堆積。用于出口和入口的2個(gè)快速連接器位于每個(gè)逆變器的底部以方便與外部冷卻系統(tǒng)的連接。　　　　
　　4、功能設(shè)計(jì)
　　
　　由于用在可再生能源的Semistack平臺的功能設(shè)計(jì)，通過1個(gè)在組件之間耦合連接的低電感母線，組件可以在直流母線處很容易地連接在一起。這使得配置4象限應(yīng)用以及并聯(lián)逆變器，以獲取更大功率變得容易了。此外，通過使用另一種Semistack組件，可以添加1個(gè)制動(dòng)斬波器。這種靈活性使得系統(tǒng)集成商可以輕松地使用相同的組件構(gòu)建一系列不同額定功率的產(chǎn)品。作為標(biāo)準(zhǔn)配置，提供1個(gè)簡單的交流母線，以便于逆變器組件前部的電纜連接，或選購交流母線工具包，用于定位到每個(gè)逆變器組件底部的AC連接。　　　　用于可再生能源的Semistack平臺可以很容易地結(jié)合在一起，形成4個(gè)象限、更高功率的配置，如圖5所示的2.5MW4QSG配置。
　　
　　Semistack的核心是SKiiP3智能功率模塊。SKiiP是目前市場上功率zui大的IPM，并且是風(fēng)力發(fā)電市場中使用的大功率模塊。如今，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中有超過57GW是由賽米控的設(shè)備驅(qū)動(dòng)的。因此，選擇用于可再生能源的Semistack對于風(fēng)力發(fā)電應(yīng)用來說很自然。　　　　
　　5、產(chǎn)品*合格
　　
　　根據(jù)定義，賽米控方案解決中心平臺是一個(gè)明確定義或認(rèn)定的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品或系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。用于可再生能源的Semistack，像其它方案解決中心平臺一樣，經(jīng)過嚴(yán)格的資格審查程序。在這一過程中，Semistack按照和內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一系列嚴(yán)格的測試，包括電、熱、熱循環(huán)、環(huán)境及沖擊和振動(dòng)。
　　
　　此外，每個(gè)SKiiPIPM在其生產(chǎn)過程中經(jīng)過*測試。在生產(chǎn)過程中，每個(gè)*組裝的Semistack都會經(jīng)歷包括隔離、運(yùn)行負(fù)載測試和短路測試的一整套測試。另外，對于要求更為嚴(yán)格的客戶，有一個(gè)可選的燒機(jī)測試可供選擇。對于連接電網(wǎng)的高價(jià)值發(fā)電設(shè)備來說，在長時(shí)間的使用中，可以zui大限度地確保魯棒性和可靠性。
　　
　　6、對于可再生能源市場的好處
　　
　　逆變器系統(tǒng)供應(yīng)商可從能夠外包一個(gè)用于可再生能源的Semistack標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中獲益。系統(tǒng)供應(yīng)商現(xiàn)在可以自由地選擇合格的型號，無需在設(shè)計(jì)和制造資源方面進(jìn)行昂貴的投資，并可以zui小化技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。Semistack產(chǎn)品系列的靈活性和功能設(shè)計(jì)為供應(yīng)鏈增加了另一個(gè)維度，使系統(tǒng)供應(yīng)商可以滿足當(dāng)今市場普遍存在的商品面市時(shí)間短的需求。
　　
　　用于可再生能源的Semistack也不會過時(shí)，因?yàn)樗嫒菹乱淮鶶KiiPIPM。Semistack已準(zhǔn)備好在利用新的第4代SKiiP技術(shù)優(yōu)勢，第4代SKiiP功率密度更高并且采用了新的數(shù)字驅(qū)動(dòng)器。