基于任务剖面的光伏逆变器寿命预测研究

doi:10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.09.001

电器与能效管理技术 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (9): 1-7.doi: 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.09.001

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基于任务剖面的光伏逆变器寿命预测研究

袁娟¹, 陈正豪², 郑连清³

1.四川省电力公司技能培训中心, 四川成都 610000
2.华中科技大学电气与电子工程学院, 湖北武汉 430074
3.重庆大学电气工程学院, 重庆 400030

收稿日期:2024-05-24 出版日期:2024-09-30 发布日期:2024-10-16
作者简介:袁娟(1981—),女,讲师,研究方向为电力电子技术应用。|陈正豪(2001—),男,硕士研究生,研究方向为电力变换与控制。|郑连清(1964—),男,教授,研究方向为电力电子技术应用。

Study on Life Prediction of Photovoltaic Inverter Based on Mission Profile

YUAN Juan¹, CHEN Zhenghao², ZHENG Lianqing³

1. Skills Training Center of Sichuan Electric Power Company, Chengdu 610000, China
2. School of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3. School of Electrical Engineering,Chongqing University, Chongqing 400030, China

Received:2024-05-24 Online:2024-09-30 Published:2024-10-16

摘要/Abstract

摘要：

以单相单级式光伏并网逆变器为研究对象,提出一种基于任务剖面的光伏逆变器寿命预测方法。将实际环境温度和光照强度作为任务剖面,向PLECS软件中导入绝缘栅双极晶体管(IGBT)的热阻模型,进行多次热仿真后得到结温数据。通过插值查表法得到1年的IGBT结温剖面,并通过雨流计数法以及解析寿命模型预测单个IGBT的寿命。最后,采用蒙特卡罗模拟法得到单个IGBT的寿命分布函数,通过串联框图法得到单相单级式光伏并网逆变器的4个IGBT即IGBT系统的不可靠度分布函数。预测结果符合光伏逆变器的使用寿命通常在15 a以下的实际情况。

关键词: 光伏逆变器, 插值查表法, 雨流计数法, 寿命预测, 蒙特卡罗模拟法

Abstract:

Taking the single-phase single-stage grid-connected photovoltaic inverters as the research object, a life prediction method of photovoltaic inverters based on mission profile was proposed.Taking the actual temperature and light intensity in a year as the mission profile, the IGBT thermal resistance model was imported into PLECS, and the junction temperature data was obtained after several thermal simulations.One year junction temperature profile of IGBT was obtained by the interpolation table lookup method, and the lifetime of individual IGBT was predicted by the rain-flow counting method and the analytical life model.Finally, the life distribution function of a single IGBT was obtained based on Monte Carlo simulation method, and the unreliability distribution function of four IGBTs of single-phase single-stage inverter was obtained by series block diagram method.The predicted results are in line with the actual situation that the service life of photovoltaic inverters is usually less than 15 years.

Key words: photovoltaic inverter, interpolation table lookup method, rain-flow counting method, life prediction, Monte Carlo simulation method

中图分类号:

TM464

袁娟, 陈正豪, 郑连清. 基于任务剖面的光伏逆变器寿命预测研究[J]. 电器与能效管理技术, 2024, 0(9): 1-7.

YUAN Juan, CHEN Zhenghao, ZHENG Lianqing. Study on Life Prediction of Photovoltaic Inverter Based on Mission Profile[J]. LOW VOLTAGE APPARATUS, 2024, 0(9): 1-7.

图/表 15

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表1

图2

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表2

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表4

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参考文献 11

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系统参数	数值
光伏组件输出额定功率P_o/kW	3
直流母线电容C_d/mF	1.5
额定频率f/Hz	50
IGBT开关频率f_s/kHz	25
滤波电容C_f/μF	4.7
滤波电感L₁/mH	2
滤波电感L₂/mH	3

参数	数值	参数	数值
K	9.34×10¹⁴	β₁	-4.416
β₂	1 285	β₃	-0.463
β₄	-0.716	β₅	-0.761
β₆	-0.5

工况	加热时间t_on/s	1年的损伤量C_L
工频循环下	0.01	0.158 9
低频循环下	—	0.001 2
综合情况	—	0.160 1

静态参数	数值
平均结温/℃	12.96
1年的工频累积损伤量C_L	0.158 9
1年循环总次数n_IGBT/次	1.581×10⁹
等效失效循环次数N_IGBT/次	9.95×10⁹
结温波动值/K	10.724
加热时间t_on/s	0.02

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