可再生能源系統(tǒng)中大功率逆變器的實際應用

引言

　　可再生能源市場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，許多新項目正在實施。這一高潮有力地掀起了整個供應鏈對可再生能源系統(tǒng)組件的需求，包括風力發(fā)電和光伏逆變器。

　　全球風能理事會（GWEC）預測未來4年總裝機容量的年均增長率為20.9％。這將使得到2014年風電總裝機容量增加一倍以上，超過400GW。亞洲地區(qū)的增長前景尤其強烈，其中中國是2009年世界最大的風力發(fā)電市場，如今他們風力發(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。德國是最大的市場，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，如果中國政府批準其國內(nèi)光伏增長刺激計劃，預計該計劃設定到2020年實現(xiàn)30GW的裝機目標。

　　1 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驚人，超過300％，并且對新項目的開發(fā)有濃厚的興趣。

　　賽米控方案解決中心在電力電子行業(yè)是獨一無二的，因為它是惟一專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，目前包括八個方案解決中心，每大洲一個，其關鍵策略是直接為當?shù)厥袌鲋圃祀娏﹄娮悠脚_，提供解決方案和技術支持。

　　對于逆變器來說，清晰的功率拓撲結構趨勢正在出現(xiàn)。其中，在風電行業(yè)，新的開發(fā)重點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，可用風速范圍更廣，并且使逆變器能夠適應有關發(fā)電設備對電網(wǎng)干擾行為的新規(guī)定。

　　額定功率已經(jīng)統(tǒng)一，對于岸上系統(tǒng)，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，風冷或水冷，功率最低點為1.5MW。海上應用的功率穩(wěn)定在5-6MW，一些試點應用超過了這個級別。雖然對于海上系統(tǒng)轉向中壓（MV）是一個明確的趨勢，但是許多新項目發(fā)展繼續(xù)使用并聯(lián)的低壓（LV）逆變器。

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

　　風電和太陽能市場的成熟度加上強大的市場復蘇，給逆變器供應商帶來越來越大的壓力，要提供已通過資格預審的、低技術風險并且足夠靈活地被用于某個額定功率范圍的現(xiàn)成標準逆變器。上市時間已成為主要的驅動力，用于可再生能源的逆變器已成為商品項目。

　　靈活的平臺： 從450 kW 至2.5 MW以上

　　現(xiàn)在有了一個新的逆變器平臺，可以使系統(tǒng)集成商隨時獲得一個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、驅動和保護傳感器/功能，并為可再生能源應用進行了優(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250MW的全功率系統(tǒng)，如那些用在SG風力發(fā)電應用中的系統(tǒng)。

2 逆變器的基本配置

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