摘要
光伏逆变器作为一种新型的新能源产品，在国内外的电力储能方面已经获得广泛应用。但由于光伏逆变器在运行过程中，内部的电容因高温过载等情况可能出现电容失效，释放可燃气体和电解液。若在电容失效时发生短路，内部的电火花极易点燃内部可燃气体，引发机箱爆炸，可能造成严重的经济损失和人员伤亡情况。从安全应用和经济成本的角度出发，如何通过低成本、安全可靠的手段提高对现有已上市的相关光伏逆变器产品的抗爆安全性，降低爆炸产生的危害显得至关重要。吸能抑爆技术因成本低廉、工程应用较为方便等优点而被广泛应用，本文以某产品光伏逆变器机箱为研究对象，研究其在内部可燃气体爆炸产生最大载荷的情况下机箱的动态响应和抗爆性能优化。研究成果可为相关光伏逆变器产品的抗爆结构设计提供参考和技术支撑。本文的主要研究工作如下。 （1）本文通过自主搭建的机箱抗爆测试实验平台，结合Fluent数值模拟软件，得到机箱内部障碍物间距、阻碍率、点火能量、点火位置、可燃气体浓度等因素对爆炸载荷的影响规律。研究结果表明在50％阻碍率下，基于足够的爆轰成长空间和点火能量有助于提高爆炸载荷。以此获得了最大爆炸载荷下的最佳点火条件。 （2）在最佳点火条件下通过实验和LS-DYNA数值模拟软件相结合的方法，建立光伏逆变器有限元模型，探究了机箱在爆炸载荷下的动态响应过程。研究结果将机箱受载荷过程解耦简化为三个阶段:载荷与承载构件的相互作用阶段，承载构件的塑性变形阶段，承载构件和盖板的断裂破坏阶段。机箱在受载荷后，固定端各构件都会产生较大的瞬时压力，根据这一特点为提高机箱的抗爆性能设计提供解决思路。 （3）采用数值模拟的方法研究含诱导孔薄壁圆管吸能件的最优开孔方式，得到开孔孔径、壁厚、开孔方式、冲击载荷大小等因素对薄壁圆管吸能特性的影响规律，研究表明壁厚为1.5mm,开孔孔径1mm的递增型开孔方式使薄壁圆管的吸能效率提高了 40.8％。 （4）将含诱导孔薄壁圆管应用于光伏逆变器机箱连接件上进行实验验证，实验结果显示盖板不再飞出。整个过程中含诱导孔薄壁的吸能占比高达72.78％，箱盖和螺杆的吸能占比分别由78.8％和6.5％降到了 19.9％和2.6％,极大提高了机箱的安全性。
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