適用于可再生能源系統的一款逆變器

前言

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組件的需求，包括風力發電和光伏逆變器。

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。亞洲地區的增長前景尤其強烈，其中中國是2009年世界最大的風力發電市場，如今他們風力發電能力的累計基礎僅次于美國，位居第二。

同樣，對于光伏發電，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光伏增長刺激計劃，預計該計劃設定到2020年實現30GW的裝機目標。

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有濃厚的興趣。

賽米控方案解決中心在電力電子行業是獨一無二的，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8個方案解決中心，每大洲1個，其關鍵策略是直接為當地市場制造電力電子平臺，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。其中，在風電行業，新的開發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電設備對電網干擾行為的新規定。

額定功率已經統一，對于陸上系統，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。海上應用的功率穩定在(5-6)MW，一些試點應用超過了這個級別。雖然對于海上系統轉向中壓(MV)是一個明確的趨勢，但是許多新項目發展繼續使用并聯的低壓(LV)逆變器。

在太陽能應用中，電網互聯系統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(450 kW ~2.5 MW以上)

現在有了一個新的逆變器平臺，可以使系統集成商隨時獲得1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，如那些用在 SG風力發電應用中的系統。

逆變器的基本配置，包括3個垂直機械安裝的半橋相位單元。每個相位單元包含1個SKiiP IPM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。單獨的相位單元通過1個低電感直流耦合連接在一起，并安裝在1個堅固的機械框架內。可通過直流母線將該逆變器組連接起來，實現1個完整的4象限變換器，或者將逆變器并聯以獲得更大的額定功率。

圖1用于可再生能源的Semistack平臺包含三個模塊化半橋(GB)相位單元

現有風冷和水冷兩個版本可提供。兩個版本都使用相同的整體機械結構進行配置。用戶可在2個解決方案中進行選擇，1個是通常用于太陽能應用及低功率雙饋風力發電應用的簡單風冷解決方案，另1個是通常用于較大SG風力發電應用的更大功率的水冷解決方案。

圖2 使用水冷機箱實現最大的功率密度

對于可再生能源，Semistack的多功能性體現在以下應用的實現中。通過將2臺風冷Semistack逆變器組合成一個4象限配置，可以很容易地組成一個典型的1.5MW雙饋系統。完整的逆變器可被裝入600mm寬的機柜中，高度僅為1200mm，使得整個組件可被裝入標準的2000mm機柜，并保留空間給其他設備。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行組合，來配置一個高達1.5MW的全功率4象限SG應用。