大功率光伏逆變器可靠性設計-探討

大功率光伏逆變器可靠性設計探討特變電工西安電氣科技有限公司2014年9月

OutlineBEEATTST二.高可靠性設計三.全面可靠性試驗一.引言

環(huán)境條件

外部因素影響

可靠性設計與試驗

器件選型

長壽命設計

降額設計

環(huán)境適應性設計

冗余設計

常規(guī)可靠性試驗高加速壽命試驗

可靠性保證研究電磁兼容及安規(guī)試驗可靠性試驗目的及意義多種嚴酷環(huán)境考驗：

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歷了3年的情況下，我們如何對產品性能給出長壽命的質保？

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加速應力試驗環(huán)境適應性設計篩選試驗器件選型/長壽命設計降額設計/冗余設計一.引言環(huán)境適應性試驗可靠性設計可靠性試驗產品可靠性通過前期可靠性設計提升產品固有可靠度。通過全面的可靠性試驗，保證產品的品質。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)質的器件選型流暢的功率和散熱設計控制芯片及供電電源備份高海拔設計超強的過載能力智能診斷系統(tǒng)完善的保護功能光伏電站基本應用于復雜的環(huán)境中，作為光伏電站的核心設備，逆變器的可靠性尤為重要

二.高可靠性設計二.高可靠性設計器件選型-優(yōu)質的核心器件，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機（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.高可靠性設計長設計壽命-平均無故障時間超過10萬小時1.根據串聯(lián)系統(tǒng)的數學模型計算其失效率，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小時降額設計-低溫升，高溫降額低溫升設計：逆變器采用前進風，后出風方式，可靠墻安裝，風道短，風阻低，散熱性能高。高溫降額：當環(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下電。二.高可靠性設計降額設計-高海拔二.高可靠性設計逆變器在高海拔地區(qū)應用的特點溫度低→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→風流量減小，散熱條件變差IGBT溫度場IGBT速度場電氣間隙增加1.5倍疊層母排加強絕緣考慮空氣密度對散熱風扇的影響3000m3000m以下無需降額針對濕度引起的凝露問題，特變電工逆變器產品設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，達到防止凝露產生。環(huán)境適應性設計-加熱除濕，預防凝露發(fā)生二.高可靠性設計環(huán)境適應性設計-防塵防沙，免受沙塵侵害在逆變器設備上對需要散熱的部分安裝防止沙塵進入的過濾網，可有效防止沙塵。采取多重防塵防沙方案，從柜體整體設計、部件細節(jié)設計到器件布置全面防護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”對電路組裝板進行防護。二.高可靠性設計冗余設計-控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)可靠性提高二.高可靠性設計冗余設計確保系統(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315Vac供電低溫試驗高溫試驗恒定濕熱交變濕熱溫度循環(huán)鹽霧試驗紫外試驗振動試驗自由跌落EMC試驗特變電工逆變器產品均經過嚴酷的氣候環(huán)境試驗及力學環(huán)境試驗，測試項目覆蓋主流認證標準，保證產品在惡劣環(huán)境中的可靠度和性能。三.全面可靠性試驗特變電工的逆變器產品在EMC電磁兼容及安規(guī)方面需要進行多項測試。如傳導發(fā)射、輻射發(fā)射、靜電放電抗擾度，安規(guī)耐壓測試等。通過一系列嚴格的測試，從設計及試驗上保證了產品長期、穩(wěn)定、安全、可靠的運行。三.全面可靠性試驗對于開發(fā)中的新產品，采用高加速壽命試驗來激發(fā)缺陷，評估風險，有效的暴露設計薄弱環(huán)節(jié)和剔除制造工藝缺陷。三.全面可靠性試驗氣候環(huán)境試驗力學環(huán)境試驗篩選試驗加速應力試驗產品可靠性TBEA品牌包括低溫試驗、高溫試驗、溫度循環(huán)、濕熱試驗、紫外試驗、鹽霧試驗等，模擬各種自然環(huán)境對產品的影響。進行正弦振動、隨機振動、沖擊試驗、自由跌落試驗等，直接用外力來暴露產品潛在缺陷。

為了克服環(huán)境模擬實驗周期長、效率低、耗費大等缺點，對試件施加比產品實際使用條件殘酷的多的環(huán)境和工作應力，快速激發(fā)并排出缺陷。

通過檢查篩選、環(huán)境應力篩選、壽命篩選等，通過可靠性篩選，剔除早期失效的產品，確保出廠產品具有較高的可靠性。三.全面可靠性試驗可靠性試驗失效分布規(guī)律失效模型失效分布統(tǒng)計預防故障發(fā)生故障分析措施效果驗證保證產品可靠性產品質量認證批量合格判定新試驗方法加速條件應力種類評價新產品安全余量耐環(huán)境性能0102030405三.全面可靠性試驗可靠性試驗是生產高可靠產品的重要環(huán)節(jié)。通過試驗可以確定產品在各種環(huán)境條件下的特征量，為產品設計、生產、使用提供依據?？煽啃员ＷC研究典型氣候：濕熱內陸，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)境適應性標準規(guī)范及測試技術高效率、高可靠性、長壽命適用于不同氣候條件地區(qū)三