Účelem střídače je transformovat stejnosměrné napětí na střídavý signál, aby mohl dodávat energii do zátěže (např. elektrické sítě) s danou frekvencí a malým fázovým úhlem (φ ≈0). Zjednodušený obvod pro jednofázovou unipolární pulzně šířkovou modulaci (PWM) je znázorněn na obrázku2 (Stejné obecné schéma lze rozšířit na třífázový systém). V tomto schématu je fotovoltaický systém, který funguje jako zdroj stejnosměrného napětí s určitou indukčností zdroje, převeden na střídavý signál prostřednictvím čtyř IGBT spínačů paralelně zapojených s volnoběžnými diodami. Tyto spínače jsou na hradle řízeny PWM signálem, což je obvykle výstup integrovaného obvodu, který porovnává nosnou vlnu (obvykle sinusovou vlnu s požadovanou výstupní frekvencí) a referenční vlnu s výrazně vyšší frekvencí (obvykle trojúhelníkovou vlnu o 5–20 kHz). Výstup IGBT je převeden na střídavý signál vhodný pro použití nebo injektáž do sítě pomocí aplikace různých topologií LC filtrů.
Měniče patří do velké skupiny statických měničů, mezi které dnes patří mnoho...'zařízení schopná„konvertovat„elektrické parametry na vstupu, jako je napětí a frekvence, aby se vytvořil výstup, který je kompatibilní s požadavky zátěže.
Obecně řečeno, střídače jsou zařízení schopná převádět stejnosměrný proud na střídavý a jsou poměrně běžná v průmyslové automatizaci a elektrických pohonech. Architektura a konstrukce různých typů střídačů se liší v závislosti na konkrétní aplikaci, i když jádro jejich hlavního účelu je stejné (převod stejnosměrného proudu na střídavý).
1. Samostatné a síťově připojené střídače
Střídače používané ve fotovoltaických aplikacích se historicky dělí do dvou hlavních kategorií:
:Samostatné střídače
:Střídače připojené k síti
Samostatné střídače jsou určeny pro aplikace, kde fotovoltaická elektrárna není připojena k hlavní distribuční síti. Střídač je schopen dodávat elektrickou energii do připojených zátěží a zajišťuje tak stabilitu hlavních elektrických parametrů (napětí a frekvence). To je udržuje v předem definovaných mezích a je schopno odolat dočasnému přetížení. V této situaci je střídač spojen se systémem bateriového úložiště, aby byla zajištěna konzistentní dodávka energie.
Střídače připojené k síti se naopak dokáží synchronizovat s elektrickou sítí, ke které jsou připojeny, protože v tomto případě jsou napětí a frekvence...„uvaleno„hlavní sítí. Tyto střídače musí být schopny se odpojit v případě selhání hlavní sítě, aby se zabránilo možnému zpětnému napájení hlavní sítě, které by mohlo představovat vážné nebezpečí.
- Obrázek 1 – Příklad samostatného systému a systému připojeného k síti. Obrázek s laskavým svolením Biblus.
2. Jaká je role sběrnicového kondenzátoru
Obrázek 2: Jednofázová pulzně šířková modulace (PWM)nastavení střídače. IGBT spínače spolu s výstupním LC filtrem tvarují vstupní stejnosměrný signál na použitelný střídavý signál. To indukuješkodlivé zvlnění napětí na FV svorkách. SběrniceKondenzátor je dimenzován tak, aby se toto zvlnění snížilo.
Provoz IGBT tranzistorů zavádí na svorky FV panelu zvlnění napětí. Toto zvlnění je škodlivé pro provoz FV systému, protože jmenovité napětí přiváděné na svorky by mělo být udržováno v bodě maximálního výkonu (MPP) IV křivky, aby se získal co největší výkon. Zvlnění napětí na FV svorkách bude oscilovat výkon odebíraný ze systému, což bude mít za následek...
nižší průměrný výstupní výkon (obrázek 3). Na sběrnici je přidán kondenzátor, aby se vyhladilo zvlnění napětí.
Obrázek 3: Zvlnění napětí, které PWM měnič vyvíjí na FV svorky, posouvá aplikované napětí mimo bod maximálního výkonu (MPP) FV pole. To způsobuje zvlnění výstupního výkonu pole, takže průměrný výstupní výkon je nižší než nominální MPP.
Amplituda (vrchol k vrcholu) zvlnění napětí je určena spínací frekvencí, napětím FV panelu, kapacitou sběrnice a indukčností filtru podle:
kde:
VPV je stejnosměrné napětí solárního panelu,
Cbus je kapacita kondenzátoru sběrnice,
L je indukčnost filtračních induktorů,
fPWM je spínací frekvence.
Rovnice (1) platí pro ideální kondenzátor, který během nabíjení zabraňuje průtoku náboje kondenzátorem a poté bez odporu vybíjí energii nacházející se v elektrickém poli. Ve skutečnosti žádný kondenzátor není ideální (obrázek 4), ale skládá se z více prvků. Kromě ideální kapacity není dielektrikum dokonale odporové a malý svodový proud protéká z anody ke katodě podél konečného bočníkového odporu (Rsh), který obchází dielektrickou kapacitu (C). Když kondenzátorem protéká proud, piny, fólie a dielektrikum nejsou dokonale vodivé a v sérii s kapacitou je ekvivalentní sériový odpor (ESR). Kondenzátor nakonec ukládá určitou energii v magnetickém poli, takže v sérii s kapacitou a ESR je ekvivalentní sériová indukčnost (ESL).
Obrázek 4: Ekvivalentní obvod generického kondenzátoru. Kondenzátor jesložený z mnoha neideálních prvků, včetně dielektrické kapacity (C), nenekonečného bočníkového odporu skrz dielektrikum, který obchází kondenzátor, sériového odporu (ESR) a sériové indukčnosti (ESL).
I v zdánlivě tak jednoduché součástce, jako je kondenzátor, existuje více prvků, které mohou selhat nebo se opotřebovat. Každý z těchto prvků může ovlivnit chování střídače, a to jak na straně střídavého, tak i stejnosměrného proudu. Aby se zjistil vliv degradace neideálních kondenzátorových součástek na zvlnění napětí zavedené na fotovoltaických svorkách, byl pomocí SPICE simulován PWM unipolární H-můstkový střídač (obrázek 2). Filtrační kondenzátory a cívky jsou udržovány na 250 µF a 20 mH. SPICE modely pro IGBT jsou odvozeny z práce Petrieho a kol. PWM signál, který řídí IGBT spínače, je určen komparátorem a invertujícím komparátorovým obvodem pro IGBT spínače na vysoké a nízké straně. Vstupem pro PWM řízení je sinusová nosná vlna 9,5 V, 60 Hz a trojúhelníková vlna 10 V, 10 kHz.
- Řešení CRE
CRE je high-tech podnik specializující se na výrobu filmových kondenzátorů se zaměřením na aplikace ve výkonové elektronice.
Společnost CRE nabízí vyspělé řešení řady filmových kondenzátorů pro fotovoltaické střídače, které zahrnuje stejnosměrný meziobvod, střídavý filtr a tlumič proudu.
Čas zveřejnění: 1. prosince 2023
