Měniče patří do velké skupiny statických měničů, kam patří mnohé z dnešních's zařízení umí“konvertovat“elektrické parametry na vstupu, jako je napětí a frekvence, aby se vytvořil výstup, který je kompatibilní s požadavky zátěže.

Obecně řečeno, invertory jsou zařízení schopná převádět stejnosměrný proud na střídavý proud a jsou zcela běžné v aplikacích průmyslové automatizace a elektrických pohonů.Architektura a design různých typů měničů se mění podle každé konkrétní aplikace, i když jádro jejich hlavního účelu je stejné (DC na AC konverze).

1. Samostatné střídače a střídače připojené k síti

Střídače používané ve fotovoltaických aplikacích jsou historicky rozděleny do dvou hlavních kategorií:

:Samostatné měniče

:Střídače připojené k síti

Samostatné střídače jsou určeny pro aplikace, kde FV systém není připojen k hlavní energetické distribuční síti.Střídač je schopen dodávat elektrickou energii připojeným zátěžím, čímž zajišťuje stabilitu hlavních elektrických parametrů (napětí a frekvence).To je udržuje v předem definovaných mezích a jsou schopné odolat dočasnému přetížení.V této situaci je střídač spojen s bateriovým úložným systémem, aby byla zajištěna konzistentní dodávka energie.

Střídače připojené k síti se naproti tomu mohou synchronizovat s elektrickou sítí, ke které jsou připojeny, protože v tomto případě jsou napětí a frekvence“uloženo“u hlavní mřížky.Tyto střídače musí být schopny odpojit se v případě výpadku hlavní sítě, aby se zabránilo případnému 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

Účelem střídače je transformovat stejnosměrné vlnové napětí na střídavý signál, aby bylo možné přivést energii do zátěže (např. rozvodné sítě) při dané frekvenci a s 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 FV systém, působící jako zdroj stejnosměrného napětí s určitou indukčností zdroje, tvarován do střídavého signálu prostřednictvím čtyř IGBT spínačů paralelně s volnoběžnými diodami.Tyto spínače jsou ovládány na bráně prostřednictvím signálu PWM, což je typicky výstup integrovaného obvodu, který porovnává nosnou vlnu (obvykle sinusovou vlnu požadované výstupní frekvence) a referenční vlnu na výrazně vyšší frekvenci (typicky trojúhelníkovou vlnu). při 5-20 kHz).Výstup IGBT je tvarován do střídavého signálu vhodného pro použití nebo vstřikování do sítě pomocí různých topologií LC filtrů.

Získejte cenovou nabídku

Obrázek 2: Pulzní šířková modulace (PWM) jednofázovánastavení invertoru.Přepínače IGBT spolu s výstupním filtrem LC tvarují vstupní stejnosměrný signál na použitelný střídavý signál.To vyvolává aškodlivé zvlnění napětí na FV svorkách.Autobuskondenzátor je dimenzován tak, aby toto zvlnění omezil.

Provoz IGBT zavádí na svorku FV pole zvlnění napětí.Toto zvlnění je škodlivé pro provoz FV systému, protože jmenovité napětí aplikované na svorky by mělo být udržováno na bodu maximálního výkonu (MPP) křivky IV, aby bylo možné získat největší výkon.Zvlnění napětí na FV terminálech bude oscilovat výkon odebraný ze systému, což má za následek

nižší průměrný výstupní výkon (obrázek 3).Na sběrnici je přidán kondenzátor, aby se vyrovnalo zvlnění napětí.

Obrázek 3: Zvlnění napětí zavedené na FV terminály schématem PWM invertoru posune použité napětí mimo bod maximálního výkonu (MPP) FV pole.To zavádí zvlnění výstupního výkonu pole, takže průměrný výstupní výkon je nižší než nominální MPP

Amplituda (peak to peak) zvlnění napětí je určena spínací frekvencí, FV napětím, kapacitou sběrnice a indukčností filtru podle:

kde:

VPV je stejnosměrné napětí solárního panelu,

Cbus je kapacita kondenzátoru sběrnice,

L je indukčnost tlumivek filtru,

fPWM je spínací frekvence.

Rovnice (1) platí pro ideální kondenzátor, který během nabíjení zabraňuje protékání náboje kondenzátorem a poté vybíjí energii umístěnou v elektrickém poli bez odporu.Ve skutečnosti není žádný kondenzátor ideální (obrázek 4), ale skládá se z více prvků.Kromě ideální kapacity není dielektrikum dokonale odporové a malý svodový proud protéká od anody ke katodě podél konečného bočníkového odporu (Rsh), čímž obchází dielektrickou kapacitu (C).Když kondenzátorem protéká proud, kolíky, fólie a dielektrikum nejsou dokonale vodivé a v sérii s kapacitou je ekvivalentní sériový odpor (ESR).Konečně kondenzátor ukládá určitou energii v magnetickém poli, takže existuje ekvivalentní sériová indukčnost (ESL) v sérii s kapacitou a ESR.

Obrázek 4: Ekvivalentní obvod generického kondenzátoru.Kondenzátor jesložený z mnoha neideálních prvků, včetně dielektrické kapacity (C), nekonečného bočníkového odporu přes dielektrikum, který obchází kondenzátor, sériového odporu (ESR) a sériové indukčnosti (ESL).

I v součástce tak zdánlivě jednoduché, jako je kondenzátor, existuje několik prvků, které mohou selhat nebo se zhoršit.Každý z těchto prvků může ovlivnit chování střídače, a to jak na straně AC, tak DC.Aby bylo možné určit vliv degradace neideálních kondenzátorových komponent na zvlnění napětí zavedené přes PV terminály, byl pomocí SPICE simulován PWM unipolární H-můstek invertor (obrázek 2).Filtrační kondenzátory a induktory jsou udržovány na 250 uF a 20 mH.Modely SPICE pro IGBT jsou odvozeny z práce Petrieho et al. Signál PWM, který ovládá IGBT spínače, je určen komparátorem a invertujícím komparátorovým obvodem pro horní a dolní IGBT spínače.Vstup pro ovládání PWM je 9,5V, 60Hz sinusová nosná vlna a 10V, 10kHz trojúhelníková vlna.