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                光伏逆变器中DC-LINK电容的选型

                光伏逆变器又称电源调整器,根据逆变器在光伏发电系统中的用途可分为独立型电源用和并网用两种,光伏逆变器直流侧电路的重要组成部分是dc-link电容,它的设计选型对逆变器的性能、重量、体积及成本均有一定影响。本文重点讨论薄膜电容的额定电压、容量及纹波电流等参数所需满足的要求,通过理论分析、计算等,以期对实际中的应用dc-link的选⊙取提供参考。

                  引言

                  太阳能电池板作为光伏逆变器的直流侧电源,需要通过直流母线和逆变单元链接,这种供电方式成为dc-link。在光伏逆变器中的dc-link电容器吸收逆变单元向直流侧索取高幅值脉动电流,使直流电压波动保持在循序范围内。

                  随着金属薄膜电容制造工艺和技术的不断进步。成本不断降低,其在大功率电力电子设备中具有明显的优势。下面以单级三相全桥拓扑的光伏逆变器为例,对金属薄膜电容的额定电压,容量及纹波电流等参数所需满足的要求进行分析计算。

                  dc-link电容的参数选择

                  金属薄膜电容的选型通常需要考虑的是额定电压、电容容量、纹波电流等几个参数。

                  1.额定电压

                  金↑膜电容通常有1.2-1.5倍较长时间的过压能力。在光伏逆变器中,直流侧的电压为光伏组件的输出电压,其受时间、当地环境和气候的影响很大,因此光伏逆变器的直流侧不可能出现长时间运行于最大电压的情况,dc-link电容额定电压的选取只需要等于或者略大于直流侧的最高电压值,不必考虑留有裕量。

                  2.电容容量

                  在实际工程应用中,dc-link电容是以开关器件的载波频率来完成充放电的。在一个PWM周期内,开关器件导通时,由光伏组件和dc-link电容同时为逆变单元提供能量,开关器件关断时,光伏组件◢便向dc-link电容充电,储存能量。

                  3.纹波电流

                  纹波电流是指流经dc—link电容的交流电流。电容器最大允许纹波ξ电流受环境温度、电容器表面温度、散热面积、损耗角度(或ESR)以及交流频率参数的影响。纹波电流所产生的热损耗是电容寿命的一个关键ζ 参考因素。如图所示,单级式三相光伏逆变器的拓扑结构示意图,其中Cd为dc—link电容。



                 

                    三相光伏逆变器的输出电流为三相正弦基波电流与高频谐波电流的叠加,二者均会在直流母线侧产生相应的纹波电流。分析计算在任意相移角和调制比下,输出理想正弦基波电流时,开关器件的高频开断在dc—link电容中产生的纹波电流RMS值。由图可得,dc-1ink电容中纹波电流的矢量表达式:ic~=id—iE,其中i为光伏组件的直流输出电流,i为逆变单元的输入电流。

                  下图所示为dc—link电容纹波电流与基波相移角I司的函数关系。可知,m较小时,dc—link电容的纹波电流在阻性负载下比在感∞性或容性负载下要大。m增大,dc—link电容ω 的纹波电流也随之增大。当电容纹波电流达到最大值时,阻性负载下的纹波电流开』始下降,而感性或容性负载下的纹波电流继续上升。


                    此外,LC滤波回路所滤除的高频谐波电流。也可能在直流母线侧产生高频纹波电流。下图为l=0时,LC滤波回路谐波对DC-link电容纹波电流的影响。假设LC滤波回路所允∏许的最大纹波电流为0.3倍的额定输出电流。可见。交流高频谐波只在小的输出电流时对dc—link电容的纹波电流有较大影响:在大的输出电流下,dc-1ink电容的纹波电流可以近似于理想正弦波输出电流在直流侧所产生的电流纹波。在dc—link电容设计中,通常考虑大负载的情况,因此仅需理想正弦波输出电流就足以得知dc—link电容纹波电流的大小。