Trumpai tariant, PV keitiklio darbo procesą galima suskirstyti į tris pagrindinius etapus:galios surinkimas ir optimizavimas, DC-AC konversija, irtinklelis-prijungtas/išjungtas-tinklelio pritaikymas. Toliau pateikiamas išsamus pagrindinių principų, pagrindinių modulių ir pagrindinių technologijų suskirstymas:
I. Pagrindiniai darbo tikslai
PV modulių išėjimo charakteristikos yra labai jautrios apšvietimui ir temperatūrai, todėl išėjimo įtampos ir srovės ryšys yra netiesinis. Be to, tiesiogiai generuojamos nuolatinės srovės negalima tiesiogiai prijungti prie elektros tinklo arba naudoti įprastų kintamosios srovės apkrovų. Todėl keitiklis turi pasiekti du pagrindinius tikslus:
Maksimaliai padidinkite galią: Stebėkite maksimalią PV modulių išėjimo galią realiu laiku naudodami MPPT technologiją, kad kiek įmanoma pagerintumėte energijos gamybos efektyvumą.
Bangos forma ir sinchronizavimas: konvertuokite nuolatinę srovę į sinusoidinę kintamosios srovės maitinimą, atitinkantį tinklo standartus (su vienoda įtampa, dažniu ir faze su elektros tinklu), kad užtikrintumėte tinklo -saugą arba stabilų išjungtų{1}}tinklo apkrovų veikimą.
II. Pagrindinis fotovoltinių keitiklių darbo procesas
Imtis dažniausiaitinkle{0}}prijungtus PV keitikliusPavyzdžiui, visą darbo procesą galima suskirstyti į keturis etapus:
1 veiksmas: nuolatinės srovės įvestis ir filtravimas (DC{1}}pusinis apdorojimas)
Nuolatinės srovės galia iš nuosekliai / lygiagrečiai{0}}prijungtų PV modulių nėra visiškai stabili, o įtampos ir srovės svyravimai atsiranda dėl apšvietimo pokyčių ir modulių charakteristikų skirtumų.
Inverteris pirmiausia jungiasi prie nuolatinės srovės per aDC saugiklis(apsaugai nuo viršsrovių) ir aNuolatinės srovės viršįtampio ribotuvai(apsaugai nuo viršįtampių).
Tada filtro grandinė susideda išDC filtrų kondensatoriai/induktoriainaudojamas nuolatinės srovės įtampos svyravimams išlyginti, užtikrinant stabilų nuolatinės srovės įvestį tolimesniam konversijos etapui.
2 veiksmas: didžiausio galios taško stebėjimas (MPPT)
Tai yra pagrindinė keitiklio grandis siekiant pagerinti energijos gamybos efektyvumą. Pagrindinis principas yra aptikti PV modulių išėjimo įtampą ir srovę realiu laikuvaldymo algoritmai, apskaičiuokite dabartinę išėjimo galią ir dinamiškai reguliuokite keitiklio nuolatinės srovės įėjimo įtampą, kad PV moduliai visą laiką veiktų maksimalios išėjimo galios taške.
Įprasti MPPT algoritmai: Perturbacija ir stebėjimas (P&O), prieauginis laidumas (INC). Tarp jų, prieauginio laidumo metodas pasižymi didesniu tikslumu ir tinka scenarijams, kai apšvietimas greitai keičiasi.
Įgyvendinimo būdas: Sureguliuokite nuolatinės srovės įtampą per aDC-DC keitiklis(pvz., „Boost step“{0}}grandą). Kai PV modulių išėjimo įtampa yra žema, „Boost“ grandinė padidina ją iki nuolatinės srovės magistralės įtampos, tinkamos inversijai (pvz., 380 V nuolatinės srovės magistralė, atitinkanti 380 V kintamosios srovės išvestį).
3 veiksmas: DC-AC konversija (pagrindinis inversijos etapas)
Tai yra pagrindinė keitiklio funkcija, kuri iš esmės paverčia stabilią nuolatinę srovę į kintamosios srovės energiją, panašią į sinusinę bangą, naudojant aukšto -dažnio įjungimo- veikimą.galios elektroniniai perjungimo įrenginiai. Pagal skirtingas topologines struktūras jis daugiausia skirstomas įvienfazių{0}}keitiklių(civilinėms mažos{0}}galios programoms) irtrijų{0}}fazių keitikliai(pramoninėms ir komercinėms didelės galios{0}}programoms), laikantis nuoseklių pagrindinių principų:
Perjungimo įrenginiai: Priimami izoliuotų vartų dvipoliai tranzistoriai (IGBT) arba metalo -oksido-puslaidininkinio lauko-efektiniai tranzistoriai (MOSFET), kurie yra „elektroniniai jungikliai“, skirti galiai konvertuoti ir gali užbaigti įjungimo{3}}išjungimą per mikrosekundes.
Inverterio tilto topologija: dažniausiai naudojamasvisa -tilto keitiklio grandinė(su 4 perjungimo įrenginiais, skirtais vienai-fazei ir 6 trim-fazei). Kaip pavyzdį paimti vienos-fazės pilno-tilto grandinę:
Valdiklis išvedaImpulso pločio moduliavimo (PWM) signalaivaldyti 4 IGBT įjungimo{0}}išjungimo seką ir darbo ciklą.
Reguliuojant impulso plotį, perjungimo įrenginių „kvadratinės bangos impulsų seka“ filtruojama, kad susidarytų kintamoji galia, artima sinusinei bangai.
AC filtravimas: kintamosios srovės galioje po inversijos yra aukšto{0}}dažnio harmonikų, kurias reikia išfiltruotiLC filtro grandinėsudarytas iš kintamosios srovės filtro induktorių ir kondensatorių, kad būtų gauta gryna sinusoidinė kintamoji galia.
4 veiksmas: tinklelis-prijungtas/išjungtas-tinklelio pritaikymas ir apsauga (kintamosios srovės-pusė apdorojimas)
1. Prie tinklo{1}}prijungti keitikliai: sinchronizavimas ir prijungimas prie tinklo
Jei keitiklis naudojamas prie tinklo{0}}prijungtam elektros energijos gamybai, būtina užtikrinti, kad išėjimo kintamoji galia būtųtuo pačiu dažniu, faze ir įtampakaip elektros tinklas:
Realiuoju-laiku aptikti elektros tinklo įtampos dažnį ir fazęFazės{0}}užrakinto ciklo (PLL) technologija, sureguliuokite keitiklio išėjimo kintamosios srovės fazę ir dažnį ir pasiekite tikslų sinchronizavimą su elektros tinklu.
Prijunkite prie elektros tinklo per aAC kontaktoriusir užtikrinkite, kad tinklelis-sujungtas saugiaiapsauga nuo viršįtampio/žemos įtampos, apsauga nuo viršsrovių, dažnio apsaugatt (pvz., kai elektros tinklas nutrūksta, keitiklis turi nedelsdamas nustoti veikti, kad „salelės efektas“ nekeltų pavojaus techninės priežiūros personalui).
2. Išjungti-tinklo keitikliai: tiesioginis maitinimo šaltinis
Jei keitiklis naudojamas išjungtoje{0}}tinklo sistemoje (pvz., fotovoltinis maitinimas atokiose vietovėse), filtruota sinusinė kintamoji srovė tiesiogiai tiekiama apkrovoms (pvz., buitiniams prietaisams, pramoninei įrangai). Tuo tarpu jį galima derinti su energijos kaupimo baterijomis, kad būtų pasiektas stabilus įtampos reguliavimas.
III. Pagrindiniai fotovoltinių keitiklių tipai ir topologiniai skirtumai
Įvairių tipų keitikliai šiek tiek skiriasi inversijos stadijos topologija ir yra tinkami įvairiems scenarijams:
Centriniai inverteriai(didelės{0}}galios, pramoniniam / komerciniam naudojimui ir fotovoltinės elektrinės):
Priimtigalios dažnio transformatorius/aukšto{0}}dažnio transformatoriustopologija. Kai kurie be transformatorių (-neizoliuoti) tipai izoliuojami naudojant kondensatorius, kurių galia siekia kelis megavatus. Jie pasižymi dideliu integravimu ir patogiu valdymu bei priežiūra.
Styginių keitikliai(vidutinės ir mažos galios, buitiniam naudojimui ir paskirstytoms fotovoltinėms sistemoms):
Kiekvienoje PV eilutėje yra nepriklausomas MPPT valdiklis, o inversijos stadija naudoja visą{0}}tilto topologiją. Jis gali atskirai sekti kiekvienos eilutės didžiausią galios tašką, prisitaikydamas prie skirtingų stygų apšvietimo skirtumų (pvz., šešėlių).
Mikroinverteriai(mažos{0}}galios, buitinėms fotovoltinėms sistemoms):
Tiesiogiai montuojamas PV modulių gale, su vienu mikroinverteriu, atitinkančiu vieną modulį, įgyvendinant „modulio{0}}lygio inversiją“. Jis pasižymi didžiausiu MPPT tikslumu ir tinka sudėtingoms apšvietimo aplinkoms.
IV. Pagrindiniai techniniai rodikliai ir poveikis našumui
Inversijos efektyvumas: aukštos{0}}kokybės keitikliai gali pasiekti maksimalų daugiau nei 98 % efektyvumą (Europos efektyvumą), kuris daugiausia priklauso nuo perjungimo įrenginių laidumo praradimo ir MPPT sekimo tikslumo.
Totalus harmoninis iškraipymas (THD): prie tinklo{0}}prijungtų keitiklių reikalingas THD, mažesnis arba lygus 5 %. Kuo mažesnis THD, tuo grynesnė išėjimo sinusinė banga ir mažesni trukdžiai elektros tinklui.
MPPT efektyvumas: Paprastai reikalaujama, kad jis būtų didesnis arba lygus 99%, o tai turi tiesioginės įtakos bendrai fotovoltinės sistemos energijos gamybai.
Santrauka
PV keitiklio esmė yrarealizuoti galios formos konvertavimą per aukšto{0}}dažnio moduliavimą, kurio pagrindas yra galios elektroniniai perjungimo įrenginiai, o naudojant valdymo algoritmus pasiekiamas galios optimizavimas ir tinklo pritaikymas. Jo veikimo principo esmė yra:optimizuoti galią naudojant DC-DC keitiklius, pasiekti nuolatinės srovės-kintamosios srovės konvertavimą naudojant PWM-moduliuotus inverterių tiltus ir užtikrinti saugų tinklo ryšį per fazines-užrakintas kilpas ir apsaugos grandines. Šiame procese ne tik panaudojamos sparčios galios elektroninių technologijų perjungimo charakteristikos, bet ir derinamas tikslus valdymo teorijos reguliavimas, kuris yra pagrindinė efektyvaus energijos panaudojimo fotovoltinės energijos gamybos sistemose grandis.
