大功率光伏逆变器可靠性设计-探讨

大功率光伏逆变器可靠性设计探讨特变电工西安电气科技有限公司2014年9月

OutlineBEEATTST二.高可靠性设计三.全面可靠性试验一.引言

环境条件

外部因素影响

可靠性设计与试验

器件选型

长寿命设计

降额设计

环境适应性设计

冗余设计

常规可靠性试验高加速寿命试验

可靠性保证研究电磁兼容及安规试验可靠性试验目的及意义多种严酷环境考验：

阳光紫外辐射

高温度环境低温度环境高湿度环境

灰尘风沙影响

腐蚀霉菌影响

昼夜温差大地区

沿海区域高盐环境

在目前逆变器只在户外经历了3年的情况下，我们如何对产品性能给出长寿命的质保？

一.引言温度湿度粉尘海拔0%

20%40%60%80%100%17%36%41%66%76%33%52%一.引言故障率增加寿命缩短25%Eyeful

worksacross

awiderangeofbusinesssectorsClickonthesectorofinterest加速应力试验环境适应性设计筛选试验器件选型/长寿命设计降额设计/冗余设计一.引言环境适应性试验可靠性设计可靠性试验产品可靠性通过前期可靠性设计提升产品固有可靠度。通过全面的可靠性试验，保证产品的品质。高热逆变器寿命降低、效率衰减高寒橡胶、塑料变脆劣化，寿命缩短沙尘污染机柜，器件绝缘性能下降，影响散热高海拔系统绝缘和散热性能下降优质的器件选型流畅的功率和散热设计控制芯片及供电电源备份高海拔设计超强的过载能力智能诊断系统完善的保护功能光伏电站基本应用于复杂的环境中，作为光伏电站的核心设备，逆变器的可靠性尤为重要

二.高可靠性设计二.高可靠性设计器件选型-优质的核心器件，与国际知名厂商合作功率模块低压配电交直流电容电子类器件散热风机（德国）（德国）（德国）（德国）（德国）（德国）（荷兰）（美国）（德国）（美国）（美国）（瑞典）（美国）二.高可靠性设计长设计寿命-平均无故障时间超过10万小时1.根据串联系统的数学模型计算其失效率，参照GJB/Z299C分别估算出每个模块的失效率及平均无故障时间：

λs=λDC_P+λDC_EMI+λB+λf+λC+λCtr+λAC_P+λLCL+λAC_EMI+λAC_P2.根据串联模型计算方法，计算出系统失效率为：

λs=∑λi=9.048×10-6/h3.系统的平均无故障时间MTBF为： MTBFS=110521.6小时降额设计-低温升，高温降额低温升设计：逆变器采用前进风，后出风方式，可靠墙安装，风道短，风阻低，散热性能高。高温降额：当环境温度低于50℃时，逆变器能以额定输出功率500KW正常工作，当环境温度高于50℃后，逆变器最大输出功率自动以3％/℃的比率降额，在60℃环境温度情况下能以70％的最大功率输出，环境温度超过60℃后逆变器将高温保护下电。二.高可靠性设计降额设计-高海拔二.高可靠性设计逆变器在高海拔地区应用的特点温度低→降低功率器件温升气压低→电气间隙的击穿电压降低空气稀薄→风流量减小，散热条件变差IGBT温度场IGBT速度场电气间隙增加1.5倍叠层母排加强绝缘考虑空气密度对散热风扇的影响3000m3000m以下无需降额针对湿度引起的凝露问题，特变电工逆变器产品设计了专门的加热除湿系统，通过加热器升温来降低相对湿度，达到防止凝露产生。环境适应性设计-加热除湿，预防凝露发生二.高可靠性设计环境适应性设计-防尘防沙，免受沙尘侵害在逆变器设备上对需要散热的部分安装防止沙尘进入的过滤网，可有效防止沙尘。采取多重防尘防沙方案，从柜体整体设计、部件细节设计到器件布置全面防护确保逆变器免受沙尘侵害。为了使控制电路组装板在工作或贮存期间能抵御恶劣环境对电路元器件的影响，采用“三防涂覆技术”对电路组装板进行防护。二.高可靠性设计冗余设计-控制系统及供电系统可靠性提高二.高可靠性设计冗余设计确保系统的高可靠性控制系统采用主从双DSP芯片冗余设计，确保控制的可靠性和稳定性供电系统采用3路供电冗余设计，确保供电可靠性和安全性220Vac厂供电主DSP从DSP控制系统光伏阵列450-820Vdc供电逆变器输出侧315Vac供电低温试验高温试验恒定湿热交变湿热温度循环盐雾试验紫外试验振动试验自由跌落EMC试验特变电工逆变器产品均经过严酷的气候环境试验及力学环境试验，测试项目覆盖主流认证标准，保证产品在恶劣环境中的可靠度和性能。三.全面可靠性试验特变电工的逆变器产品在EMC电磁兼容及安规方面需要进行多项测试。如传导发射、辐射发射、静电放电抗扰度，安规耐压测试等。通过一系列严格的测试，从设计及试验上保证了产品长期、稳定、安全、可靠的运行。三.全面可靠性试验对于开发中的新产品，采用高加速寿命试验来激发缺陷，评估风险，有效的暴露设计薄弱环节和剔除制造工艺缺陷。三.全面可靠性试验气候环境试验力学环境试验筛选试验加速应力试验产品可靠性TBEA品牌包括低温试验、高温试验、温度循环、湿热试验、紫外试验、盐雾试验等，模拟各种自然环境对产品的影响。进行正弦振动、随机振动、冲击试验、自由跌落试验等，直接用外力来暴露产品潜在缺陷。

为了克服环境模拟实验周期长、效率低、耗费大等缺点，对试件施加比产品实际使用条件残酷的多的环境和工作应力，快速激发并排出缺陷。

通过检查筛选、环境应力筛选、寿命筛选等，通过可靠性筛选，剔除早期失效的产品，确保出厂产品具有较高的可靠性。三.全面可靠性试验可靠性试验失效分布规律失效模型失效分布统计预防故障发生故障分析措施效果验证保证产品可靠性产品质量认证批量合格判定新试验方法加速条件应力种类评价新产品安全余量耐环境性能0102030405三.全面可靠性试验可靠性试验是生产高可靠产品的重要环节。通过试验可以确定产品在各种环境条件下的特征量，为产品设计、生产、使用提供依据。可靠性保证研究典型气候：湿热内陆，高原，寒冷，亚湿热城市，干热沙漠，沿海工业等环境参数量测：紫外线辐射，环境温度，相对空气湿度，盐雾，沙尘，霉菌等通过典型气候户外测试：加速人工模拟环境装备环境适应性标准规范及测试技术高效率、高可靠性、长寿命适用于不同气候条件地区三