Инверторите принадлежат към голяма група статични преобразуватели, към които се отнасят много от днешните...„устройства, способни да„конвертирам„електрически параметри на входа, като напрежение и честота, така че да се получи изход, съвместим с изискванията на товара.

Най-общо казано, инверторите са устройства, способни да преобразуват постоянен ток в променлив ток и са доста често срещани в приложенията за индустриална автоматизация и електрическите задвижвания. Архитектурата и дизайнът на различните видове инвертори се променят в зависимост от всяко конкретно приложение, дори ако основната им цел е една и съща (преобразуване на постоянен в променлив ток).

1. Самостоятелни и мрежово свързани инвертори

Инверторите, използвани във фотоволтаични приложения, исторически се разделят на две основни категории:

:Самостоятелни инвертори

:Инвертори, свързани към мрежата

Автономните инвертори са предназначени за приложения, където фотоволтаичната централа не е свързана към основната електроразпределителна мрежа. Инверторът е в състояние да доставя електрическа енергия на свързаните товари, осигурявайки стабилност на основните електрически параметри (напрежение и честота). Това ги поддържа в предварително определени граници, способни да издържат на временни ситуации на претоварване. В тази ситуация инверторът е свързан със система за съхранение на батерия, за да се осигури постоянно захранване с енергия.

Свързаните към мрежата инвертори, от друга страна, могат да се синхронизират с електрическата мрежа, към която са свързани, защото в този случай напрежението и честотата са...„наложен„от главната мрежа. Тези инвертори трябва да могат да се изключат, ако главната мрежа откаже, за да се избегне евентуално обратно захранване на главната мрежа, което би могло да представлява сериозна опасност.

Фигура 1 - Пример за самостоятелна система и система, свързана към мрежата. Изображението е предоставено от Biblus.

2. Каква е ролята на кондензатора на шината

Целта на инвертора е да трансформира постояннотоково напрежение в променливотоков сигнал, за да подаде мощност към товар (например електрическата мрежа) с дадена честота и малък фазов ъгъл (φ ≈0). Опростена схема за еднофазна униполярна импулсно-широчинна модулация (ШИМ) е показана на Фигура2 (същата обща схема може да се разшири до трифазна система). В тази схема, фотоволтаична система, действаща като източник на постоянно напрежение с известна индуктивност на източника, се оформя в променлив сигнал чрез четири IGBT превключвателя, паралелно свързани със свободно въртящи се диоди. Тези превключватели се управляват на гейта чрез PWM сигнал, който обикновено е изходът на интегрална схема, сравняваща носеща вълна (обикновено синусоида с желаната изходна честота) и референтна вълна със значително по-висока честота (обикновено триъгълна вълна при 5-20kHz). Изходът на IGBT транзисторите се оформя в променлив сигнал, подходящ за употреба или инжектиране в мрежата, чрез прилагане на различни топологии LC филтри.

Получете оферта

Фигура 2: Еднофазна импулсна широчинна модулация (ШИМ)настройка на инвертора. IGBT превключвателите, заедно с LC изходния филтър, оформят входния постоянен ток в използваем променлив ток. Това индуциравредни пулсации на напрежението по фотоволтаичните клеми. ШинатаКондензаторът е оразмерен така, че да намали тази пулсация.

Работата на IGBT транзисторите въвежда пулсации на напрежението върху клемите на фотоволтаичния панел. Тези пулсации са вредни за работата на фотоволтаичната система, тъй като номиналното напрежение, приложено към клемите, трябва да се поддържа в точката на максимална мощност (MPP) на IV кривата, за да се извлече максимална мощност. Пулсациите на напрежението върху фотоволтаичните клеми ще осцилират мощността, извлечена от системата, което ще доведе до...

по-ниска средна изходна мощност (Фигура 3). Към шината е добавен кондензатор, за да се изгладят пулсациите на напрежението.

Фигура 3: Пулсации на напрежението, въведени върху фотоволтаичните клеми от PWM инверторната схема, изместват приложеното напрежение от точката на максимална мощност (MPP) на фотоволтаичния панел. Това въвежда пулсации в изходната мощност на панела, така че средната изходна мощност е по-ниска от номиналната MPP.

Амплитудата (от пик до пик) на пулсациите на напрежението се определя от честотата на превключване, фотоволтаичното напрежение, капацитета на шината и индуктивността на филтъра съгласно:

където:

VPV е постояннотоковото напрежение на слънчевия панел,

Cbus е капацитетът на кондензатора на шината,

L е индуктивността на филтърните индуктори,

fPWM е честотата на превключване.

Уравнение (1) се отнася за идеален кондензатор, който предотвратява протичането на заряд през кондензатора по време на зареждане и след това разрежда енергията, намираща се в електрическото поле, без съпротивление. В действителност, никой кондензатор не е идеален (Фигура 4), а е съставен от множество елементи. В допълнение към идеалния капацитет, диелектрикът не е идеално резистивен и малък ток на утечка тече от анода към катода по крайно шунтово съпротивление (Rsh), заобикаляйки диелектричния капацитет (C). Когато токът през кондензатора тече, щифтовете, фолиата и диелектрикът не са идеално проводими и има еквивалентно последователно съпротивление (ESR) последователно с капацитета. И накрая, кондензаторът съхранява известна енергия в магнитното поле, така че има еквивалентна последователна индуктивност (ESL) последователно с капацитета и ESR.

Фигура 4: Еквивалентна схема на общ кондензатор. Кондензаторът есъставен от много неидеални елементи, включително диелектричен капацитет (C), небезкрайно шунтово съпротивление през диелектрика, което заобикаля кондензатора, серийно съпротивление (ESR) и серийна индуктивност (ESL).

Дори в компонент, който изглежда толкова прост като кондензатор, съществуват множество елементи, които могат да се повредят или да се деградират. Всеки от тези елементи може да повлияе на поведението на инвертора, както от страната на променливотоковия, така и от страната на постоянен ток. За да се определи ефектът от деградацията на неидеалните кондензаторни компоненти върху пулсациите на напрежението, въведени през фотоволтаичните клеми, беше симулиран PWM униполярен H-мостов инвертор (Фигура 2), използвайки SPICE. Филтърните кондензатори и индуктори се поддържат съответно на 250µF и 20mH. SPICE моделите за IGBT транзисторите са получени от работата на Petrie et al. PWM сигналът, който управлява IGBT превключвателите, се определя от сравнителна и инвертираща сравнителна схема съответно за IGBT превключвателите от високата и ниската страна. Входът за PWM контролите е синусоидална носеща вълна 9.5V, 60Hz и триъгълна вълна 10V, 10kHz.