大功率光伏逆變器可靠性設(shè)計-探討

大功率光伏逆變器可靠性設(shè)計探討特變電工西安電氣科技有限公司2014年9月

OutlineBEEATTST二.高可靠性設(shè)計三.全面可靠性試驗(yàn)一.引言

環(huán)境條件

外部因素影響

可靠性設(shè)計與試驗(yàn)

器件選型

長壽命設(shè)計

降額設(shè)計

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

冗余設(shè)計

常規(guī)可靠性試驗(yàn)高加速壽命試驗(yàn)

可靠性保證研究電磁兼容及安規(guī)試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)?zāi)康募耙饬x多種嚴(yán)酷環(huán)境考驗(yàn)：

陽光紫外輻射

高溫度環(huán)境低溫度環(huán)境高濕度環(huán)境

灰塵風(fēng)沙影響

腐蝕霉菌影響

晝夜溫差大地區(qū)

沿海區(qū)域高鹽環(huán)境

在目前逆變器只在戶外經(jīng)歷了3年的情況下，我們?nèi)绾螌Ξa(chǎn)品性能給出長壽命的質(zhì)保？

一.引言溫度濕度粉塵海拔0%

20%40%60%80%100%17%36%41%66%76%33%52%一.引言故障率增加壽命縮短25%Eyeful

worksacross

awiderangeofbusinesssectorsClickonthesectorofinterest加速應(yīng)力試驗(yàn)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計篩選試驗(yàn)器件選型/長壽命設(shè)計降額設(shè)計/冗余設(shè)計一.引言環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)可靠性設(shè)計可靠性試驗(yàn)產(chǎn)品可靠性通過前期可靠性設(shè)計提升產(chǎn)品固有可靠度。通過全面的可靠性試驗(yàn)，保證產(chǎn)品的品質(zhì)。高熱逆變器壽命降低、效率衰減高寒橡膠、塑料變脆劣化，壽命縮短沙塵污染機(jī)柜，器件絕緣性能下降，影響散熱高海拔系統(tǒng)絕緣和散熱性能下降優(yōu)質(zhì)的器件選型流暢的功率和散熱設(shè)計控制芯片及供電電源備份高海拔設(shè)計超強(qiáng)的過載能力智能診斷系統(tǒng)完善的保護(hù)功能光伏電站基本應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境中，作為光伏電站的核心設(shè)備，逆變器的可靠性尤為重要

二.高可靠性設(shè)計二.高可靠性設(shè)計器件選型-優(yōu)質(zhì)的核心器件，與國際知名廠商合作功率模塊低壓配電交直流電容電子類器件散熱風(fēng)機(jī)（德國）（德國）（德國）（德國）（德國）（德國）（荷蘭）（美國）（德國）（美國）（美國）（瑞典）（美國）二.高可靠性設(shè)計長設(shè)計壽命-平均無故障時間超過10萬小時1.根據(jù)串聯(lián)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型計算其失效率，參照GJB/Z299C分別估算出每個模塊的失效率及平均無故障時間：

λs=λDC_P+λDC_EMI+λB+λf+λC+λCtr+λAC_P+λLCL+λAC_EMI+λAC_P2.根據(jù)串聯(lián)模型計算方法，計算出系統(tǒng)失效率為：

λs=∑λi=9.048×10-6/h3.系統(tǒng)的平均無故障時間MTBF為： MTBFS=110521.6小時降額設(shè)計-低溫升，高溫降額低溫升設(shè)計：逆變器采用前進(jìn)風(fēng)，后出風(fēng)方式，可靠墻安裝，風(fēng)道短，風(fēng)阻低，散熱性能高。高溫降額：當(dāng)環(huán)境溫度低于50℃時，逆變器能以額定輸出功率500KW正常工作，當(dāng)環(huán)境溫度高于50℃后，逆變器最大輸出功率自動以3％/℃的比率降額，在60℃環(huán)境溫度情況下能以70％的最大功率輸出，環(huán)境溫度超過60℃后逆變器將高溫保護(hù)下電。二.高可靠性設(shè)計降額設(shè)計-高海拔二.高可靠性設(shè)計逆變器在高海拔地區(qū)應(yīng)用的特點(diǎn)溫度低→降低功率器件溫升氣壓低→電氣間隙的擊穿電壓降低空氣稀薄→風(fēng)流量減小，散熱條件變差I(lǐng)GBT溫度場IGBT速度場電氣間隙增加1.5倍疊層母排加強(qiáng)絕緣考慮空氣密度對散熱風(fēng)扇的影響3000m3000m以下無需降額針對濕度引起的凝露問題，特變電工逆變器產(chǎn)品設(shè)計了專門的加熱除濕系統(tǒng)，通過加熱器升溫來降低相對濕度，達(dá)到防止凝露產(chǎn)生。環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計-加熱除濕，預(yù)防凝露發(fā)生二.高可靠性設(shè)計環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計-防塵防沙，免受沙塵侵害在逆變器設(shè)備上對需要散熱的部分安裝防止沙塵進(jìn)入的過濾網(wǎng)，可有效防止沙塵。采取多重防塵防沙方案，從柜體整體設(shè)計、部件細(xì)節(jié)設(shè)計到器件布置全面防護(hù)確保逆變器免受沙塵侵害。為了使控制電路組裝板在工作或貯存期間能抵御惡劣環(huán)境對電路元器件的影響，采用“三防涂覆技術(shù)”對電路組裝板進(jìn)行防護(hù)。二.高可靠性設(shè)計冗余設(shè)計-控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)可靠性提高二.高可靠性設(shè)計冗余設(shè)計確保系統(tǒng)的高可靠性控制系統(tǒng)采用主從雙DSP芯片冗余設(shè)計，確?？刂频目煽啃院头€(wěn)定性供電系統(tǒng)采用3路供電冗余設(shè)計，確保供電可靠性和安全性220Vac廠供電主DSP從DSP控制系統(tǒng)光伏陣列450-820Vdc供電逆變器輸出側(cè)315Vac供電低溫試驗(yàn)高溫試驗(yàn)恒定濕熱交變濕熱溫度循環(huán)鹽霧試驗(yàn)紫外試驗(yàn)振動試驗(yàn)自由跌落EMC試驗(yàn)特變電工逆變器產(chǎn)品均經(jīng)過嚴(yán)酷的氣候環(huán)境試驗(yàn)及力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)，測試項(xiàng)目覆蓋主流認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品在惡劣環(huán)境中的可靠度和性能。三.全面可靠性試驗(yàn)特變電工的逆變器產(chǎn)品在EMC電磁兼容及安規(guī)方面需要進(jìn)行多項(xiàng)測試。如傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射、靜電放電抗擾度，安規(guī)耐壓測試等。通過一系列嚴(yán)格的測試，從設(shè)計及試驗(yàn)上保證了產(chǎn)品長期、穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行。三.全面可靠性試驗(yàn)對于開發(fā)中的新產(chǎn)品，采用高加速壽命試驗(yàn)來激發(fā)缺陷，評估風(fēng)險，有效的暴露設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)和剔除制造工藝缺陷。三.全面可靠性試驗(yàn)氣候環(huán)境試驗(yàn)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)篩選試驗(yàn)加速應(yīng)力試驗(yàn)產(chǎn)品可靠性TBEA品牌包括低溫試驗(yàn)、高溫試驗(yàn)、溫度循環(huán)、濕熱試驗(yàn)、紫外試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)等，模擬各種自然環(huán)境對產(chǎn)品的影響。進(jìn)行正弦振動、隨機(jī)振動、沖擊試驗(yàn)、自由跌落試驗(yàn)等，直接用外力來暴露產(chǎn)品潛在缺陷。

為了克服環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)周期長、效率低、耗費(fèi)大等缺點(diǎn)，對試件施加比產(chǎn)品實(shí)際使用條件殘酷的多的環(huán)境和工作應(yīng)力，快速激發(fā)并排出缺陷。

通過檢查篩選、環(huán)境應(yīng)力篩選、壽命篩選等，通過可靠性篩選，剔除早期失效的產(chǎn)品，確保出廠產(chǎn)品具有較高的可靠性。三.全面可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)失效分布規(guī)律失效模型失效分布統(tǒng)計預(yù)防故障發(fā)生故障分析措施效果驗(yàn)證保證產(chǎn)品可靠性產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證批量合格判定新試驗(yàn)方法加速條件應(yīng)力種類評價新產(chǎn)品安全余量耐環(huán)境性能0102030405三.全面可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)是生產(chǎn)高可靠產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。通過試驗(yàn)可以確定產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下的特征量，為產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、使用提供依據(jù)?？煽啃员ＷC研究典型氣候：濕熱內(nèi)陸，高原，寒冷，亞濕熱城市，干熱沙漠，沿海工業(yè)等環(huán)境參數(shù)量測：紫外線輻射，環(huán)境溫度，相對空氣濕度，鹽霧，沙塵，霉菌等通過典型氣候戶外測試：加速人工模擬環(huán)境裝備環(huán)境適應(yīng)性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及測試技術(shù)高效率、高可靠性、長壽命適用于不同氣候條件地區(qū)三