*本論文摘要由PCIM官方授權(quán)發(fā)布

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簡介

本文介紹了一種用于儲能系統(tǒng)（ESS）的自適應(yīng)驅(qū)動器優(yōu)化策略，以應(yīng)對過載可靠性和運(yùn)行效率方面的挑戰(zhàn)。通過根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載條件動態(tài)調(diào)整柵極電阻（Rgon/Rgoff），該策略在正常運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)了開關(guān)損耗最小化，同時(shí)在過載條件下（額定電流的1.5至3倍）抑制了電壓應(yīng)力并提高了可靠性。所提出的方法已在215kW的基于SiC的儲能系統(tǒng)解決方案上進(jìn)行了驗(yàn)證，證明了其在可再生能源并網(wǎng)應(yīng)用中提高系統(tǒng)性能和可擴(kuò)展性的潛力。

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儲能PCS的過載需求--為何提出？

傳統(tǒng)的儲能過載需求為1.1、1.2，而在電網(wǎng)配置的儲能系統(tǒng)中，PCS變流器的過載需求為1.5、2甚至3倍，過載對應(yīng)的電流需求更高，相當(dāng)于短期過載條件下的輸出電流需求。

2.1

IGBT電流和電壓應(yīng)力之間的關(guān)系

2.2

IGBT/SiC開關(guān)電阻選擇的關(guān)系

Rgoff取決于關(guān)斷電壓應(yīng)力

Rgon取決于二極管開通電壓應(yīng)力

3

段控制策略

3.1

儲能系統(tǒng)中功率器件過載的挑戰(zhàn)

過載條件下，由于時(shí)間很短，瞬時(shí)過流非常嚴(yán)重，主要瓶頸有兩個(gè)方面，（1）大電流下的設(shè)備開關(guān)應(yīng)力，（2）大電流下的設(shè)備過熱問題。

3.2

儲能系統(tǒng)過載

由于系統(tǒng)只有在極少數(shù)運(yùn)行條件下才需要過載需求，如果因?yàn)闃O少數(shù)運(yùn)行條件而犧牲正常運(yùn)行條件下的效率，將造成極大的浪費(fèi)。因此，可以考慮將此類工況的需求與過載工況分開處理。

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215kW儲能系統(tǒng)的碳化硅解決方案

在本研究中，英飛凌的碳化硅混合模塊 F3L3MR12W3M1H_H11（如圖2所示）被用作核心功率器件，為215kW儲能系統(tǒng)構(gòu)建了一個(gè)高效解決方案。該模塊采用有源中性點(diǎn)箝位（ANPC）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，帶有兩個(gè)高速SiC開關(guān)（T2/T3）和四個(gè)低速硅IGBT。這種配置大大降低了開關(guān)損耗，同時(shí)提高了系統(tǒng)的整體效率。

5

實(shí)施分段驅(qū)動控制策略

5.1

基于2L-SRC驅(qū)動芯片的實(shí)現(xiàn)

采用英飛凌的2L-SRC緊湊型(1ED32xx)系列驅(qū)動芯片

5.2

性能驗(yàn)證

本研究以215千瓦儲能系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)需要1.5倍的過載能力，以滿足并網(wǎng)條件下的瞬時(shí)大電流需求。傳統(tǒng)的驅(qū)動器設(shè)計(jì)通常采用較大的固定導(dǎo)通和關(guān)斷電阻，以確保過載條件下的系統(tǒng)可靠性。然而，這種方法大大增加了正常運(yùn)行時(shí)的開關(guān)和傳導(dǎo)損耗，導(dǎo)致效率降低和熱應(yīng)力增大，從而降低了系統(tǒng)的整體性能。

本文提出的分段驅(qū)動器策略可實(shí)時(shí)動態(tài)調(diào)整驅(qū)動器參數(shù)，有效滿足過載需求，同時(shí)提高正常運(yùn)行條件下的效率和可靠性。分段驅(qū)動器策略示意圖如下圖所示。

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結(jié)論

本文主要分析了一種在變流器設(shè)計(jì)中根據(jù)輸出電流大小設(shè)置開關(guān)參數(shù)的方法，分析了其帶來的價(jià)值，以及在幾個(gè)具體方面的優(yōu)勢和改進(jìn)，相應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，最后以英飛凌可為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供的一種驅(qū)動芯片為例，結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行了系統(tǒng)分析，進(jìn)一步證明了分段驅(qū)動在儲能逆變器系統(tǒng)中帶來的價(jià)值及其獨(dú)特價(jià)值。