Метою інвертора є перетворення напруги постійного струму в сигнал змінного струму, щоб подавати потужність у навантаження (наприклад, електромережу) із заданою частотою та малим фазовим кутом (φ ≈0).Спрощена схема для однофазної уніполярної широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) показана на малюнку2 (цю ж загальну схему можна поширити на трифазну систему).На цій схемі фотоелектрична система, яка діє як джерело постійної напруги з певною індуктивністю джерела, формується в сигнал змінного струму через чотири IGBT-перемикачі паралельно з діодами вільного ходу.Ці перемикачі керуються на затворі через сигнал ШІМ, який зазвичай є виходом мікросхеми, яка порівнює несучу хвилю (зазвичай синусоїду бажаної вихідної частоти) та опорну хвилю значно вищої частоти (зазвичай трикутну хвилю при 5-20 кГц).Вихідний сигнал IGBT формується в сигнал змінного струму, придатний для використання або введення в мережу за допомогою застосування різних топологій LC-фільтрів.
Інвертори відносяться до великої групи статичних перетворювачів, до якої входять багато сучасних's пристроїв, здатних«конвертувати»електричні параметри на вході, такі як напруга та частота, щоб отримати вихід, сумісний із вимогами навантаження.
Взагалі кажучи, інвертори — це пристрої, здатні перетворювати постійний струм у змінний і досить поширені в системах промислової автоматизації та електроприводах.Архітектура та конструкція різних типів інверторів змінюються відповідно до кожного конкретного застосування, навіть якщо суть їх основного призначення однакова (перетворення постійного струму на змінний).
1. Автономні інвертори та інвертори, підключені до мережі
Інвертори, що використовуються у фотоелектричних системах, історично поділяються на дві основні категорії:
:Автономні інвертори
:Мережеві інвертори
Автономні інвертори призначені для застосувань, де фотоелектрична установка не підключена до основної мережі розподілу енергії.Інвертор здатний постачати електричну енергію підключеним навантаженням, забезпечуючи стабільність основних електричних параметрів (напруга і частота).Це тримає їх у попередньо визначених межах, здатних витримувати ситуації тимчасового перевантаження.У цій ситуації інвертор поєднується з системою зберігання акумулятора, щоб забезпечити стабільне постачання електроенергії.
З іншого боку, підключені до мережі інвертори можуть синхронізуватися з електричною мережею, до якої вони підключені, оскільки в цьому випадку напруга та частота«нав'язаний»за основною сіткою.Ці інвертори повинні мати можливість від'єднатися у разі виходу з ладу основної мережі, щоб уникнути будь-якого можливого зворотного живлення основної мережі, яке може становити серйозну небезпеку.
- Рисунок 1. Приклад автономної системи та системи, підключеної до мережі.Зображення надано Biblus.
2. Яка роль конденсатора шини
Малюнок 2. Однофазна широтно-імпульсна модуляція (ШІМ).налаштування інвертора.Перемикачі IGBT разом із вихідним фільтром LC формують вхідний сигнал постійного струму у придатний для використання сигнал змінного струму.Це спонукає aшкідливі пульсації напруги на фотоелектричних клемах.Автобусконденсатор має такий розмір, щоб зменшити цю пульсацію.
Робота IGBT вводить пульсації напруги на клему фотоелектричної матриці.Ця пульсація шкідлива для роботи фотоелектричної системи, оскільки номінальна напруга, що подається на клеми, повинна підтримуватися в точці максимальної потужності (MPP) кривої IV, щоб отримати найбільшу потужність.Пульсації напруги на клемах PV призведуть до коливань потужності, що витягується із системи, що призведе до
нижча середня вихідна потужність (рис. 3).На шину додається конденсатор, щоб згладити пульсації напруги.
Малюнок 3. Пульсації напруги, що вводяться на клеми PV за допомогою ШІМ інверторної схеми, зміщують прикладену напругу з точки максимальної потужності (MPP) фотоелектричної матриці.Це створює пульсації вихідної потужності масиву, так що середня вихідна потужність нижча за номінальний MPP
Амплітуда (від піку до максимуму) пульсацій напруги визначається частотою перемикання, напругою PV, ємністю шини та індуктивністю фільтра відповідно до:
де:
VPV — напруга постійного струму сонячної панелі,
Cbus — ємність конденсатора шини,
L - індуктивність котушок індуктивності фільтра,
fPWM — частота перемикання.
Рівняння (1) застосовується до ідеального конденсатора, який запобігає проходженню заряду через конденсатор під час заряджання, а потім розряджає енергію, що знаходиться в електричному полі без опору.Насправді жоден конденсатор не є ідеальним (рис. 4), але складається з кількох елементів.На додаток до ідеальної ємності, діелектрик не є ідеально резистивним, і невеликий струм витоку тече від анода до катода вздовж кінцевого опору шунта (Rsh), минаючи діелектричну ємність (C).Коли через конденсатор протікає струм, контакти, фольга та діелектрик не є ідеально провідними, і існує еквівалентний послідовний опір (ESR) послідовно з ємністю.Нарешті, конденсатор накопичує деяку енергію в магнітному полі, тому існує еквівалентна послідовна індуктивність (ESL) послідовно з ємністю та ESR.
Рисунок 4: Еквівалентна схема загального конденсатора.Конденсатор єскладається з багатьох неідеальних елементів, включаючи діелектричну ємність (C), нескінченний шунтовий опір через діелектрик, який обходить конденсатор, послідовний опір (ESR) і послідовну індуктивність (ESL).
Навіть у такому, здавалося б, простому компоненті, як конденсатор, існує кілька елементів, які можуть вийти з ладу або погіршитися.Кожен із цих елементів може впливати на поведінку інвертора як на стороні змінного, так і постійного струму.Щоб визначити вплив деградації неідеальних компонентів конденсатора на пульсації напруги, що виникають на клемах PV, за допомогою SPICE було змодельовано уніполярний H-мостовий інвертор ШІМ (рис. 2).Конденсатори фільтра та котушки індуктивності підтримуються відповідно при 250 мкФ і 20 мГн.Моделі SPICE для IGBT походять від роботи Petrie та ін. ШІМ-сигнал, який керує перемикачами IGBT, визначається компаратором та інвертуючою схемою компаратора для перемикачів IGBT високого та низького рівня відповідно.Вхід для елементів керування ШІМ - це синусоїда несучої напруги 9,5 В, 60 Гц і трикутна хвиля 10 В, 10 кГц.
- Рішення CRE
CRE - це високотехнологічне підприємство, що спеціалізується на виробництві плівкових конденсаторів, зосереджуючись на застосуванні силової електроніки.
CRE пропонує зріле рішення серії плівкових конденсаторів для фотоелектричних інверторів, що включає ланцюг постійного струму, фільтр змінного струму та демпфер.
Час публікації: 01 грудня 2023 р