[發明專利]一種考慮光伏組件配置和功率跟蹤限值影響的光伏逆變器壽命評估方法

有效

• 申請號: 202110972369.9
• 申請日: 2021-08-24
• 公開（公告）號: CN113595142B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發明（設計）人: 張波;楊恩澤
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;保定友源電力科技有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/46;H02M7/48
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1.一種考慮光伏組件配置和功率跟蹤限值影響的光伏逆變器壽命評估方法，其特征在于，所述一種考慮光伏組件配置和功率跟蹤限值影響的光伏逆變器壽命評估方法包括以下步驟：

S1、建立光伏組件的數學模型，提取當地太陽輻照度和環境溫度數據，將提取到的數據導入matlab/simulink仿真模型，得到負載電流i_c；

S2、將光伏組件配置比R_s和功率跟蹤限值K_s的初始值設置為1，然后通過改變R_s和K_s的取值來調節光伏系統的出力，光伏組件配置R_s的調節范圍為1≤R_s≤1.5，功率跟蹤限值K_s的調節范圍為0.7≤K_s≤1.2；

S3、建立考慮光伏組件配置R_s和功率跟蹤限值K_s影響的IGBT和電容器的功率損耗模型，選定IGBT和電容器型號，根據供應商的產品參數表，確定損耗模型中IGBT和電容器各個參數的取值，根據步驟S1中得到的負載電流i_c，計算IGBT和電容器的功率損耗P_lo_ss；

S4、建立考慮光伏組件配置R_s和功率跟蹤限值K_s影響的IGBT和電容器的熱網絡模型，考慮不同光伏陣列配置R_s和功率跟蹤限值K_s對熱模型的影響，將S3所得的功率損耗P_lo_ss代入熱網絡模型中，利用供應商的產品參數確定熱模型中各個參數的取值，計算出不同光伏組件配置R_s和功率跟蹤限值K_s取值情況下IGBT和電容器的結溫T；

S5、將光伏逆變器中IGBT的結溫剖面根據波動周期分解為基頻結溫和低頻結溫，其中低頻結溫利用雨流計數法進行提取，得到壽命模型所需的結溫最小值、結溫波動值和循環次數，而基頻結溫最小值、結溫波動值以及循環次數直接從結溫剖面上獲取；

S6、建立IGBT和電容器的壽命模型，計算不同R_s和K_s參數下的光伏逆變器壽命，利用Bayerer’s壽命模型對IGBT進行壽命分析，具體公式為：

其中：ΔT_j為結溫波動，T_jmin為最小結溫，to_n為加熱時間，I為每個鍵合線通過的電流，D為鍵合線直徑，V為阻塞電壓，A、β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆為Bayerer’s模型參數；

電容器壽命模型為：

其中：L和L₀分別為使用條件和試驗條件下的損傷度，V和V₀分別為使用條件和試驗條件下的電壓，T和T₀分別為使用條件和試驗條件下的開爾文溫度，n為電壓應力指數；

利用Miner準則進行IGBT和電容器的損傷度計算，對于電容器采用傳統的損傷度公式進行計算，而IGBT壽命模型中考慮了基頻結溫和低頻結溫對壽命分析結果的影響；

對于低頻結溫的損傷度計算，根據Miner準則：

其中：n_i為低頻周期的結溫循環次數，由雨流計數法得到；(N_f)_i為IGBT理論的失效循環次數；LC₁為低頻結溫影響下的累計損傷度；

基頻結溫的損傷度與系統的頻率有關，需對Miner進行改進，改進后的Miner準則公式為：

其中：n_i為m分鐘內的基頻結溫循環次數，f為系統頻率50Hz，(N_f)_i是根據壽命模型對應的失效循環次數；

則IGBT的總損傷度表示為：LC＝LC₁+LC₂，當LC累計損傷超過1時元件失效，其壽命S表示為：S＝1/LC，同理可計算出電容器的壽命值；

S7、比較光伏逆變器中IGBT和電容器的壽命計算值，以二者中壽命較小值作為光伏逆變器的壽命；

S8、計算不同光伏陣列配置R_s和功率跟蹤限值K_s取值下的光伏逆變器壽命，完成逆變器的壽命評估。