可再生能源系統(tǒng)中大功率逆變器的實(shí)際應(yīng)用

引言

　　可再生能源市場(chǎng)正從全球金融危機(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(duì)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。

　　全球風(fēng)能理事會(huì)（GWEC）預(yù)測(cè)未來4年總裝機(jī)容量的年均增長(zhǎng)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(zhǎng)前景尤其強(qiáng)烈，其中中國(guó)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(jì)基礎(chǔ)僅次于美國(guó)，位居第二。

　　同樣，對(duì)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(zhǎng)。德國(guó)是最大的市場(chǎng)，而南歐、美國(guó)和亞洲的新市場(chǎng)也看到了良好的增長(zhǎng)- 尤其是在亞洲，如果中國(guó)政府批準(zhǔn)其國(guó)內(nèi)光伏增長(zhǎng)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)。

　　1 逆變器拓?fù)溱厔?shì)

　　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(zhǎng)驚人，超過300％，并且對(duì)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)是獨(dú)一無二的，因?yàn)樗俏┮粚Ｗ⒂陔娏﹄娮咏M件和平臺(tái)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，目前包括八個(gè)方案解決中心，每大洲一個(gè)，其關(guān)鍵策略是直接為當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)制造電力電子平臺(tái)，提供解決方案和技術(shù)支持。

　　對(duì)于逆變器來說，清晰的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)趨勢(shì)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(duì)電網(wǎng)干擾行為的新規(guī)定。

　　額定功率已經(jīng)統(tǒng)一，對(duì)于岸上系統(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，功率最低點(diǎn)為1.5MW。海上應(yīng)用的功率穩(wěn)定在5-6MW，一些試點(diǎn)應(yīng)用超過了這個(gè)級(jí)別。雖然對(duì)于海上系統(tǒng)轉(zhuǎn)向中壓（MV）是一個(gè)明確的趨勢(shì)，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(yáng)能應(yīng)用中，電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的功率技術(shù)趨勢(shì)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(yáng)能市場(chǎng)的成熟度加上強(qiáng)大的市場(chǎng)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。

　　靈活的平臺(tái)： 從450 kW 至2.5 MW以上

　　現(xiàn)在有了一個(gè)新的逆變器平臺(tái)，可以使系統(tǒng)集成商隨時(shí)獲得一個(gè)易于使用的多功能變頻器，以滿足市場(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(tái)，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)，SKiiP IPM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)。

2 逆變器的基本配置

　　包括三個(gè)垂直機(jī)械安裝的半橋相位單元。每個(gè)相位單元包含一個(gè)SKiiP IPM和冷卻板或散熱器，帶有長(zhǎng)壽命聚丙烯電容器的