Invertory patria do veľkej skupiny statických meničov, medzi ktoré patrí mnoho dnešných's zariadenia schopné“konvertovať“elektrické parametre na vstupe, ako je napätie a frekvencia, aby sa vytvoril výstup, ktorý je kompatibilný s požiadavkami záťaže.

Všeobecne povedané, invertory sú zariadenia schopné premeniť jednosmerný prúd na striedavý prúd a sú celkom bežné v aplikáciách priemyselnej automatizácie a elektrických pohonov.Architektúra a dizajn rôznych typov meničov sa mení podľa každej konkrétnej aplikácie, aj keď jadro ich hlavného účelu je rovnaké (konverzia DC na AC).

1. Samostatné invertory a meniče pripojené k sieti

Invertory používané vo fotovoltaických aplikáciách sa historicky delia do dvoch hlavných kategórií:

:Samostatné meniče

:Striedače pripojené k sieti

Samostatné meniče sú určené pre aplikácie, kde FVE nie je pripojená k hlavnej energetickej distribučnej sieti.Striedač je schopný dodávať elektrickú energiu do pripojených záťaží, čím zabezpečuje stabilitu hlavných elektrických parametrov (napätie a frekvencia).Vďaka tomu sú v rámci vopred definovaných limitov, schopné odolať situáciám dočasného preťaženia.V tejto situácii je menič spojený s batériovým úložným systémom, aby sa zabezpečila konzistentná dodávka energie.

Striedače pripojené k sieti sú na druhej strane schopné synchronizovať sa s elektrickou sieťou, ku ktorej sú pripojené, pretože v tomto prípade sú napätie a frekvencia“uložené“pri hlavnej mriežke.Tieto striedače musia byť schopné odpojiť sa v prípade výpadku hlavnej siete, aby sa predišlo prípadnému spätnému napájaniu hlavnej siete, ktoré by mohlo predstavovať vážne nebezpečenstvo.

Obrázok 1 - Príklad samostatného systému a systému pripojeného k sieti.Obrázok s láskavým dovolením Biblus.

2. Aká je úloha zbernicového kondenzátora

Účelom invertora je transformovať jednosmerné napätie na striedavý signál, aby sa do záťaže (napr. rozvodnej siete) pri danej frekvencii a malom fázovom uhle (φ ≈0).Zjednodušený obvod pre jednofázovú unipolárnu moduláciu šírky impulzu (PWM) je znázornený na obrázku2 (rovnaká všeobecná schéma môže byť rozšírená na trojfázový systém).V tejto schéme je PV systém, ktorý pôsobí ako zdroj jednosmerného napätia s určitou zdrojovou indukčnosťou, tvarovaný do striedavého signálu cez štyri IGBT spínače paralelne s voľnobežnými diódami.Tieto spínače sú ovládané na bráne prostredníctvom signálu PWM, ktorý je zvyčajne výstupom integrovaného obvodu, ktorý porovnáva nosnú vlnu (zvyčajne sínusovú vlnu požadovanej výstupnej frekvencie) a referenčnú vlnu s výrazne vyššou frekvenciou (zvyčajne trojuholníkovú vlnu). pri 5-20 kHz).Výstup IGBT je tvarovaný do striedavého signálu vhodného na použitie alebo vstrekovanie do siete pomocou rôznych topológií LC filtrov.

Získajte cenovú ponuku

Obrázok 2: Jednofázová pulzná modulácia šírky (PWM).nastavenie meniča.IGBT spínače spolu s LC výstupným filtrom tvarujú vstupný jednosmerný signál na použiteľný striedavý signál.To vyvoláva aškodlivé zvlnenie napätia na FV svorkách.Autobuskondenzátor je dimenzovaný tak, aby sa toto zvlnenie zmenšilo.

Prevádzkou IGBT sa na svorku FV poľa zavádza zvlnenie napätia.Toto zvlnenie je škodlivé pre prevádzku FV systému, pretože nominálne napätie aplikované na svorky by sa malo udržiavať na maximálnom výkonovom bode (MPP) krivky IV, aby sa získal najväčší výkon.Zvlnenie napätia na FV termináloch bude oscilovať výkon odoberaný zo systému, čo má za následok

nižší priemerný výkon (obrázok 3).Na zbernicu je pridaný kondenzátor, aby sa vyrovnalo zvlnenie napätia.

Obrázok 3: Zvlnenie napätia zavedené na FV svorky schémou PWM invertora posúva aplikované napätie mimo bod maximálneho výkonu (MPP) FV poľa.To spôsobuje zvlnenie výstupného výkonu poľa, takže priemerný výstupný výkon je nižší ako nominálny MPP

Amplitúda (peak to peak) zvlnenia napätia je určená spínacou frekvenciou, napätím FV, kapacitou zbernice a indukčnosťou filtra podľa:

kde:

VPV je jednosmerné napätie solárneho panelu,

Cbus je kapacita zbernicového kondenzátora,

L je indukčnosť filtračných tlmiviek,

fPWM je spínacia frekvencia.

Rovnica (1) platí pre ideálny kondenzátor, ktorý počas nabíjania bráni toku náboja cez kondenzátor a následne vybíja energiu nachádzajúcu sa v elektrickom poli bez odporu.V skutočnosti nie je ideálny žiadny kondenzátor (obrázok 4), ale pozostáva z viacerých prvkov.Okrem ideálnej kapacity dielektrikum nie je dokonale odporové a malý zvodový prúd tečie z anódy na katódu pozdĺž konečného bočníkového odporu (Rsh), čím sa obchádza dielektrická kapacita (C).Keď cez kondenzátor preteká prúd, kolíky, fólie a dielektrikum nie sú dokonale vodivé a v sérii s kapacitou je ekvivalentný sériový odpor (ESR).Nakoniec kondenzátor ukladá určitú energiu v magnetickom poli, takže existuje ekvivalentná sériová indukčnosť (ESL) v sérii s kapacitou a ESR.

Obrázok 4: Ekvivalentný obvod generického kondenzátora.Kondenzátor jepozostáva z mnohých neideálnych prvkov, vrátane dielektrickej kapacity (C), nekonečného bočného odporu cez dielektrikum, ktorý obchádza kondenzátor, sériového odporu (ESR) a sériovej indukčnosti (ESL).

Dokonca aj v takom zdanlivo jednoduchom komponente, akým je kondenzátor, existuje viacero prvkov, ktoré môžu zlyhať alebo degradovať.Každý z týchto prvkov môže ovplyvniť správanie meniča na strane AC aj DC.Aby sa určil vplyv degradácie komponentov neideálnych kondenzátorov na zvlnenie napätia zavedené cez PV terminály, pomocou SPICE sa simuloval PWM unipolárny H-mostový invertor (obrázok 2).Filtračné kondenzátory a tlmivky sú udržiavané na 250 uF a 20 mH.Modely SPICE pre IGBT sú odvodené z práce Petrieho et al. Signál PWM, ktorý riadi IGBT spínače, je určený komparátorom a invertujúcim komparačným obvodom pre IGBT spínače na vysokej a nízkej strane.Vstup pre ovládanie PWM je 9,5 V, 60 Hz sínusová nosná vlna a 10 V, 10 kHz trojuholníková vlna.