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浅析新时代下逆变电源技术研究

刘佳伟




【摘  要】    2013年至今,全国重点电力建设项目进展顺利,应国家国情国力的日益强盛,全国电源新增生产能力(正式投产)343万千瓦,比上年同期增加658万千瓦。电子电力虽为二级学科,但新时代下,各个二级学科侧重点还是很不一样的,而电力电子技术广义上来讲就是如何更高效的使用电力半导体器件进行电力变换。这些半导体器件容量都比较大,一般变换的都是几万到几十万的电压,其器件包括晶闸管等。笔者就近几年关于电子电力——逆变电源技术的实验研究,对新时代下逆变电源技术进行了研究分析。

【关键词】逆变电源;逆变器;技术分析;趋势

1.关于逆变与整流

逆变是通过IC产生控制信号控制功率管产生低压高频交流再由高频变压器来进行逆变;整流是普通的交直整流方式唯一不同的就是这里整流的对象是高频的交流所以普通的二极管是不行的要快速恢复二极管来整流。

由于三极管的参数会有微小的差异,有一只管子1会导通大些形成线圈回路的电流,通过变压器感应到基极线圈正反馈使的管1更加导通,管更加截止,线圈电流不断上升到最大值,不再上升。由于线圈储存了磁通,就会产生反向的感应电势使管导通正反馈作用使管1截止。如此不停的反复就在次级线圈产生了交流电。改变次级圈数就能改变电压,直到改变到需要的电压。

生活中可能相对常见好理解的一类电力变换就是直流输电工程(HVDC),直流输电的基本流程很简单,就是交流电动机发电后经过变压器升压,而后通过换流器将交流转换为直流(整流),经过直流输电线路,到达用电侧后,再经过一次换流器将直流转换为交流(逆变)最后再通过变压器,将交流送到千家万户。

2.逆变电源技术下的核心产物——逆变器

研究期间,笔者曾做过一些实验;关于电路电源简单来说,就是在强电还没切除的情况下,不小心关了弱电,开关管处母线电压直通了。集成功率模块的话应该有更多的保护电路,相对安全一些,但是功率上限没有分立的功率大大。

以古瑞瓦特的太阳能光伏逆变器为例,随着时代的发展与国家的强盛,逆变电源技术正向着频率更高、功率更大、效率更高、体积更小的方向发展。奥太光伏逆变器将随着技术发展向着更加可靠、高效、智能等趋势发展,外观设计向着体积小重量轻,视觉效果好,简单操作方便用户的方向发展。

从价格上来看,当代很多变压器是用铜线绕制。铜的价格一直较高,故导致变压器价格并不便宜,生产的成本就增加,逆变变压器的价格也就相应的增加,高频逆变器因为没有变压器,价格自然就比逆变变压器低。

综上所述,逆变电源技术的核心产物——逆变变压器的优点是功率大、稳定性高,而缺点是效率低价格高。

3.逆变器工作原理

简单来讲,逆变器分别由①振荡器;②功率推(驱)动;③变压器,三者组成。

其工作原理如下:

(1)振荡器-它的工作电源为直流电,它能自动产生稳定的振荡(像机械钟表的钟摆),例产生频率为50赫芝的交变信号。

(2)功率推(驱)动-振荡器只产生了个交流电的"样板",能量很小,它通过功率推(驱),即把直流电源的能量转变为"功率"交变电流。

(3)变压器-把"功率"交变电流通过它,升压成所需的电压,同时利用变压器的"通交隔直"的特性,滤去"功率"交变电流中的直流成分,使其成为纯净的交流电。

这里只是叙述了逆变器的最简原理,实际构成要复杂得多,为了稳定频率、改善波形、电磁兼容(EMC)还有许多辅助电路,这里略过。逆变器在通信领域的主要应用在于:为直流电源提供交流辅助电源。

通讯采用两种模式,逆变器与采集器之间采用电力线载波信号进行通信,采集器与PC或其他设备进行通讯采用RS 3串行端口/WIFI无线方式进行通信。智能化监控系统,通过降低转换器温度和移除风扇,可将系统可靠性从5年提升到10年。采用软开关技术来取代硬开关技术可提高效率并减少散热量。从家庭手工业到批量生产,标准化设计(硬件和软件)可提高可靠性并降低成本。采用特殊电容(由于高失效率)。设计需要较高的电压以减小电流,采用了特殊的电解电容。因电池售价很高,同时寿命较短需要维护,故尝试将转换器连入电网可消除许多应用中对电池的需求。

微型逆变器工作所需的功率日趋变小(仅几百瓦特),这可降低内部温度并提高可靠性。微型逆变器太阳能系统需要许多逆变器来处理特定功率水平,以此提高产量,从而降低成本。要注意的是,监控软件可以多线程同时监控6个电力线采集器,可以同时监控600台逆变器。每个电力线采集器监控100台逆变器监控系统分6个线程同时收集6个电力线采集器的实时数据光伏微型逆变系统组成微逆变系统框图系统描述并网微逆变系统组成由以上可见,微逆变新系统更是去繁从简,无需维护费用。监控系统凯登电力监控系统KDM是东莞市凯登能源科技有限公司自主研发拥有完全知识产权的专用智能监控系统,共600台WVC系列逆变器)数据采集器 WVC监控系统采用分布式结构,PC端采用WI-FI无线方式/RS 3串行对数据。进行采集,可实时控制逆变器的开关机,调整功率等功能。实时监控采集发电数据管理,数据采集器采用电力线载波信号采集微逆变器的实时数据,然后传输到PC/手机等其他设备,是逆变器及PC间的通讯桥梁。①AC交流电电源输入,电力线载波信号输入;②RS 3串行数据口;③数据发送LED指示灯(蓝色);④数据接收LED指示灯(蓝色);⑤电源指示灯电力线信号滤波器 WVC电力线信号滤波器可有效地过滤区域之间的杂乱信号,主要过滤电力线信号相互干扰的目的。

产品主要分为基本型和通讯型,基本型的滤波器只有电力线滤波功能,通讯型可以计算通过滤波器的功率,以WIFI无线的方式传送到PC端进行监控管理,在KD的监控软件3.0以上版本具备此功能。①交流电N极输出;②交流电N极输入;③交流电L极输入;④输出接地;⑤交流电L极输出;⑥固定罗线孔位;⑦输入接地。

4.结语

一个逆变器加上一组蓄电池就构成了逆变电源。

新时代下,逆变器电源技术正在飞速发展。当下必不可少的生活用常见逆变器多利用三极管振荡电路把直流电变为交流电的原理,把蓄电池4伏、48伏等直流电变成交流电再通过变压器升压到0伏或者380伏,提供给电子设备或者重要场所照明灯,作为后备电源需要,一旦市电系统停电,可以自动投入使用。相信在新时代发展中,结合高科技智能UPS系统将更加灵活变通;同时逆变电源技术领域研究也将更加丰富多样。列举几个现今电力电子相对热门的研究方向:配电网分布式发电与新能源接入技术、新能源中的风力发电并网技术、柔性直流输电技术、电力电子在电动汽车方面的技术。

对于研究本身来讲,各单位对电力电子这个专业需求不小,比如ABB、小米、南瑞繼保甚至华为,就未来趋势走向而言,逆变电源技术的发展在新时代的带动下将如5G时代一般,开启新一代变革达到质的飞跃。

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