一種敞開式支架安裝光伏逆變器元件溫度預測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種敞開式支架安裝光伏逆變器元件溫度預測方法，屬于光伏逆變器
技術領域。
【背景技術】
[0002] 逆變器是光伏系統(tǒng)中不可分割的一部分，必須正常運行以保證系統(tǒng)輸出的最大 化。電力電子設備的生命周期的可靠性很大程度上取決于運作溫度，運作溫度則取決于負 載和環(huán)境條件。在氣冷式逆變器中，風扇和散熱片是用來減輕加熱元件溫度為了提高長期 可靠性。操作溫度通常與電元件的平均故障間隔時間（MTBF)有關。
[0003] 在實際應用中有一個程序元件精確的溫度值是非常重要的。R.Bharti，et al.，''Nominal operating cell temperature (NOCT) : effects of module size, loading and solar spectrum,〃in Proceedings of the 2009 34th IEEE Photovoltaic Specialists Conference(PVSC 2009)，Philadelphia, PA, USA, 2009,pp. 6-12，提出 了光伏逆變器簡化模型的溫度評估，描述了逆變器空間的溫度上升與入射輻照度 的線性函數(shù)，逆變器元件溫度公式參考Peng, et al·，"Reliability evaluation of grid-connected photovoltaic power systems, ^IEEE Transactions on Sustainable Energy，vol. 3, pp. 379-89, July 2012。在IGBT逆變器內(nèi)和二極管結溫度計算時，使用這些 元件的運行參數(shù)。一些出版物介紹逆變器元件功率損耗和有限元熱模型逆變器散熱器的分 析，也有許多出版物關注光伏模塊的溫度評估和太陽能熱收集器。然而，很少有去討論逆 變器的溫度計算和可靠性評估，從光伏系統(tǒng)的環(huán)境和操作條件的角度來看，如輻照度、環(huán) 境溫度和光伏系統(tǒng)配置。單個元件，如電容器、IGBT、變壓器和電路板的熱力學知識可能會 對評估系統(tǒng)的可靠性有用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的提供一種敞開式支架安裝光伏逆變器元件溫度預測方法，給出了光伏逆 變器的主要元件電容器和IGBT的溫度預測模型。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0006] 一種敞開式支架安裝光伏逆變器元件溫度預測方法，包括以下步驟：
[0007] 1)建立光伏逆變器元件溫度預測方程：
[0008] Tc= Ta+Δ Th+ATc (1)
[0009] 其中，Ta為環(huán)境溫度，Λ ThS散熱器溫升，Λ T。為逆變器元件溫升，T。為光伏逆變 器元件溫度；
[0010] 2)計算散熱器溫升Λ Th;
[0011] 3)計算逆變器元件溫升Λ Tc;
[0012] 4)根據(jù)所述步驟1)的光伏逆變器元件溫度預測方程，所述步驟2)求得的散熱器 溫升，所述步驟3)求得的逆變器元件溫升得到光伏逆變器元件溫度。
[0013] 前述的步驟2)散熱器溫升的計算過程為：
[0014] 2-1)建立光伏逆變器散熱器的熱平衡狀態(tài)方程：
[0015] Qa= Q C+Qr (2)
[0016] 其中，Q。為熱對流，Q κ為從逆變器散熱器表面輻射的熱交換的熱量，Qa為散熱器吸 收的熱量，
[0017] 所述Qc，QK，Qa*別通過如下公式表示：
[0018] Qa= Pdc-Pac (3)
[0019] Qc= HwXA(Th-Ta) = HwXAX Δ Th (4)
[0020] Qk= AX 〇 (Th4-Te4) (5)
[0021] 其中，Pd。，Pa。，Hw，Α，〇，T H，Ta，和1分別表示逆變器直流電輸入值，交流電輸出值， 對流傳熱系數(shù)，散熱器的表面積，斯特凡·波爾茲曼常數(shù)，逆變器散熱器溫度，環(huán)境溫度，逆 變器架或蓋溫度；
[0022] 2-2)考慮到％遠遠大于QK，為了簡化方程，忽視QK，則逆變器散熱器的熱平衡狀態(tài) 方程式（2)簡化成如下形式：
[0023] Qa=Qc=HwXA(T h-Ta) =AXHwXAT11=Pdc-Pac (6)
[0024] 其中，Λ Th表示逆變器散熱器溫度和環(huán)境溫度的溫差：
[0025]
(7);
[0026] 2-3)所述步驟2-2)中的對流傳熱系數(shù)Th通過如下表示：
[0027] Hw= a+bXVw，Vw彡 5m/s (10)
[0028] 其中，a，b分別為自定義系數(shù)，乂￥為風速；
[0029] 貝丨J，式（7)變?yōu)椋?br>[0030]
(Ha)
[0031] 2-4)考慮到散熱器的表面積A難以定義或測量，故將其替換，另外定義系數(shù)c和k 取代系數(shù)a和b，則式（Ila)變?yōu)槿缦滦问剑?br>[0032]
(Hb)
[0033] 其中，PK，c，k分別表示逆變器的額定功率，風速因子和風速為0時的散熱器因子；
[0034] 將式（Ilb)進行重新整理，得到：
[0035] (Ilc)
[0036] (1°)
[0037] (13)
[0038] 其中，Kws為散熱系數(shù)，P ^為逆變器的消耗功率比；
[0039] 2-5)將散熱器與風速相關的溫升a7Ww校正為風速為0時的散熱器溫升W h。如下：
[0040] ^h0 = (I + c X Vw) X ^Tfjyw (14)。
[0041] 前述的步驟3)逆變器元件溫升的計算過程如下：
[0042] 3-1)逆變器元件溫升Λ T。通過下式表示：
[0043] ATc= k，XPc (15)
[0044] 其中，P。為每個逆變器元件的功率消耗，k'為每個逆變器元件的散熱系數(shù)；
[0045] 3-2)光伏逆變器元件主要包括電容器和IGBT ;
[0046] 所述電容器在穩(wěn)定狀態(tài)下和散熱器之間的溫度差Λ T。。為：
[0047] ATcc= K/CXPCC
[0048] 其中，C。為電容器的散熱系數(shù)，P。。為電容器的功率消耗；
[0049] 所述IGBT在穩(wěn)定狀態(tài)下和散熱器之間的溫度差Λ 1為：
[0050] ATCI=ki' XPci
[0051] 其中，kW為IGBT的散熱系數(shù)，PeiS IGBT的功率消耗。
[0052] 前述的電容器的功率消耗包括介質(zhì)滯后和介質(zhì)泄漏：
[0053] Pcc= Ir2X Rs+Il X Vl (17)
[0054] 其中，L是電容中波紋電流的均方根，Rs是電容的等效串聯(lián)電阻，U是電容器中的 介質(zhì)泄漏電流，'是電容器的紋波電壓；
[0055] 其中，波紋電流的均方根仁用如下方式計算：
[0056]
(18)
[0057] 其中，P。是逆變器的輸出功率，V d是逆變器的直流輸入電壓，
[0058] 忽略掉泄漏電流込，則電容器的功率消耗P。。為：
[0059]
[0060] 其中，1_#"是逆變器的輸出電流；
[0061] 則，電容器在穩(wěn)定狀態(tài)下和散熱器之間的溫度差Δ T。。為：
[0062]
(19)?
[0063] 前述的IGBT的功率消耗Pei包括導通損耗P _d，開關損耗Psw和阻塞損失P b:
[0064] Pci= P cond+Psw+Pb;
[0065] 所述導通損耗P_d通過下式表示：
[0066] Pcond= UceoXIav+rcXIrms2 (21)
[0067] 其中，心。為IGBT通態(tài)零電流集電極-發(fā)射極點電壓，r。為集電極-發(fā)射極通態(tài) 電阻，IavS IGBT的平均電流，I _為IGBT電流的均方根值；
[0068] 所述開關損耗Psw通過下式表示：
[0069] Psw= f sw(Eonm+Eoffm)Is/Inom (22)
[0070] 其中，fsw為是開關頻率，I 3為IGBT的工作電流，I _為IGBT的額定電流，E _為 IGBT單次開消耗的能量，Etjffm為IGBT單次開消耗的能量；
[0071] 忽略阻塞損失Pb，
[0072] 貝IJ IGBT的功率消耗Pci為：
[0073]
(23);
[0074] 定義 KjPK2:
[007