新型IGBT模塊在DC1500V三電平光伏逆變器中的應(yīng)用

摘 ? ?要

隨著光伏技術(shù)的不斷創(chuàng)新，光伏組件已經(jīng)從十多年前的600V提升到了目前的1500V，而且在實際工程中得到了應(yīng)用。1500V光伏系統(tǒng)以其低成本及更高的發(fā)電效率受到眾多用戶的重視，同時也向1500V光伏逆變器提出了更高的要求。對于1500V光伏逆變器，從輸出特性以及效率角度考慮，三電平拓?fù)涫呛芎玫倪x擇。本文介紹了一種針對于1500V三電平光伏逆變器而設(shè)計的新型IGBT模塊，介紹了其特點，并給出了其在630kW NPC型三電平逆變器中的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞：1500V光伏系統(tǒng)，逆變器，IGBT，630kW NPC型三電平

1．引言

隨著1500V光伏組件的出現(xiàn)，1500V光伏系統(tǒng)憑借其自身的優(yōu)勢在工程中的得到了成功應(yīng)用。首先，1500V光伏組件可以減少逆變器的直流線纜用量和匯流箱數(shù)量，并且能夠使得光伏發(fā)電系統(tǒng)效率提高1.5%~2%；其次，光伏組件電壓的提升，可以降低系統(tǒng)的輸出電流，從而能夠降低元件的功率損耗和發(fā)熱，有利于提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率密度。

與此同時，1500V光伏逆變器技術(shù)也發(fā)生了變革，從目前1000V光伏逆變器廣泛采用的兩電平發(fā)展到能夠使得1500V光伏逆變器發(fā)揮出更佳性能的三電平。為應(yīng)對1500V三電平逆變器對功率器件的需求，三菱電機為此開發(fā)了專用的三電平IGBT模塊。

2．三電平用IGBT模塊

三菱電機新型的三電平IGBT模塊特點：

采用三菱電機第六代IGBT硅片，可以有效的降低IGBT的功率損耗；
最高工作節(jié)溫為175℃，減小散熱設(shè)計難度；
優(yōu)化了模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減小內(nèi)部的引線電感；
采用相同的封裝尺寸，易于模塊在兆瓦級逆變器中的并聯(lián)應(yīng)用。

其具體型號及封裝尺寸如下：

表1??三菱電機新型三電平IGBT模塊列表

新型IGBT模塊在DC1500V三電平光伏逆變器中的應(yīng)用

新型三電平IGBT模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如下圖：

新型IGBT模塊在DC1500V三電平光伏逆變器中的應(yīng)用

圖1? 新型三電平IGBT模塊電路結(jié)構(gòu)

2.1

新型三電平IGBT模塊在NPC三電平電路中的應(yīng)用

CM1400HA-24S與RM1400HA-24S針對于1500V NPC型三電平電路所設(shè)計，其在電路中的位置以及布局如下圖：

新型IGBT模塊在DC1500V三電平光伏逆變器中的應(yīng)用圖2?新型三電平IGBT在NPC三電平電路中的應(yīng)用

2.2

新型三電平IGBT模塊在TNPC三電平電路中的應(yīng)用

CM1000HA-34S與CM500C2Y-24S針對于1500V TNPC三電平電路所設(shè)計，其在電路中的位置以及布局如下圖：

圖3 ?新型三電平IGBT在TNPC型三電平電路中的應(yīng)用

新型IGBT模塊在DC1500V三電平光伏逆變器中的應(yīng)用

3．新型三電平IGBT模塊在630kW NPC型三電平中的應(yīng)用實例

3.1

630kW NPC型三電平

功率組件的電路結(jié)構(gòu)及設(shè)計目標(biāo)

隨著光伏逆變器的功率容量越來越大，500kW以上的功率等級逐漸成為主流。此設(shè)計采用CM1400HA-24S與RM1400HA-24S來搭建630kW?的NPC型逆變器。結(jié)構(gòu)采用功率單元模塊的設(shè)計方法，方便安裝及并聯(lián)擴展至兆瓦級。每個相單元為一個功率組件，包括4只CM1400HA-24S與2只RM1400HA-24S，以及散熱器、驅(qū)動板，直流母排和支撐電容等器件。

其功率組件拓?fù)淙缦拢?/p>

圖4 ?630kW? NPC型三電平功率組件電路拓?fù)?/p>

630kW? NPC型三電平功率組件的設(shè)計目標(biāo)如下：