Коротко кажучи, робочий процес фотоелектричного інвертора можна розділити на три основні етапи:збір та оптимізація потужності, Перетворення DC-AC, іgrid-connected/off-grid adaptation. Нижче наведено детальну розбивку з точки зору основних принципів, основних модулів і ключових технологій:
I. Основні робочі цілі
Вихідні характеристики фотоелектричних модулів дуже чутливі до освітлення та температури, демонструючи нелінійну залежність між вихідною напругою та струмом. Крім того, безпосередньо генерована потужність постійного струму не може бути безпосередньо підключена до мережі електромережі або керувати звичайними навантаженнями змінного струму. Таким чином, інвертор повинен досягти двох основних цілей:
Збільште вихідну потужність: Відстежуйте максимальну вихідну потужність фотоелектричних модулів у режимі реального часу за допомогою технології MPPT, щоб максимально підвищити ефективність виробництва електроенергії.
Сигнал і синхронізація: перетворюйте потужність постійного струму на синусоїдну потужність змінного струму, яка відповідає стандартам мережі (з узгодженою напругою, частотою та фазою з електромережею), щоб забезпечити безпеку-підключення до мережі або стабільну роботу-навантажень поза мережею.
II. Основний робочий процес фотоелектричних інверторів
Беручи найпоширенішіфотоелектричні інвертори,-підключені до мережіяк приклад, загальний робочий процес можна розділити на чотири етапи:
Крок 1: Введення та фільтрація постійного струму (обробка сторони постійного струму-)
Вихідна потужність постійного струму від послідовно/паралельно-з’єднаних фотоелектричних модулів не є абсолютно стабільною, з пульсаціями напруги та коливаннями струму, спричиненими змінами освітлення та відмінностями в характеристиках модуля.
Інвертор спочатку підключається до мережі постійного струму через aзапобіжник постійного струму(для захисту від перевантаження по струму) і aРозрядник постійного струму(для захисту від перенапруг).
Потім контур фільтра складається зКонденсатори/індуктори фільтра постійного струмувикористовується для згладжування коливань напруги постійного струму, забезпечуючи стабільне введення постійного струму для наступного етапу перетворення.
Крок 2: відстеження максимальної потужності (MPPT)
Це ключова ланка інвертора для підвищення ефективності виробництва електроенергії. Основним принципом є визначення вихідної напруги та струму фотоелектричних модулів у реальному часіалгоритми керування, розрахувати поточну вихідну потужність і динамічно регулювати вхідну напругу постійного струму інвертора, щоб фотоелектричні модулі завжди працювали в точці максимальної вихідної потужності.
Поширені алгоритми MPPT: збурення та спостереження (P&O), додаткова провідність (INC). Серед них метод інкрементної провідності має вищу точність і підходить для сценаріїв із швидкими змінами освітленості.
Спосіб реалізації: Відрегулюйте напругу постійного струму через aDC-перетворювач постійного струму(наприклад, схема Boost step-up up). Коли вихідна напруга фотоелектричних модулів низька, схема Boost підвищує її до напруги шини постійного струму, придатної для інверсії (наприклад, шина постійного струму 380 В відповідає вихідній напрузі змінного струму 380 В).
Крок 3: Перетворення постійного струму-змінного струму (етап інверсії сердечника)
Це основна функція інвертора, який, по суті, перетворює стабільну потужність постійного струму в потужність змінного струму, подібну до синусоїдальної, через високу-частоту-вимкненнясилові електронні комутаційні пристрої. Відповідно до різних топологічних структур, він в основному поділяється наоднофазні інвертори-(для цивільних програм із низьким-потужністю) ітри{0}}фазні інвертори(для промислових і комерційних високо-потужних застосувань), з послідовними основними принципами:
Комутаційні пристрої: Використовуються біполярні транзистори з ізольованим затвором (IGBT) або метало-оксид-напівпровідникові-транзистори (MOSFET), які є «електронними перемикачами» для перетворення енергії та можуть завершувати керування-вимкненням протягом мікросекунд.
Топологія інверторного мосту: Найбільш часто використовуваним єсхема повного-мостового інвертора(з 4 комутаційними пристроями для одно-фази та 6 для-три-фази). Розглянемо як приклад однофазну-мостову схему:
Виходи контролераСигнали широтно-імпульсної модуляції (ШІМ).для керування послідовністю ввімкнення-вимкнення та робочим циклом 4 IGBT.
Завдяки регулюванню ширини імпульсу вихідний сигнал «квадратної хвилі» від комутаційних пристроїв фільтрується для формування потужності змінного струму, близької до синусоїдальної.
Фільтрація змінного струму: живлення змінного струму після інверсії містить-високочастотні гармоніки, які потрібно відфільтруватиСхема LC фільтраскладається з котушок фільтра змінного струму та конденсаторів для отримання чистої синусоїдальної потужності змінного струму.
Крок 4: Мережа-підключена/вимкнено-адаптація та захист мережі (обробка на стороні AC-)
1. Інвертори-підключені до мережі: синхронізація та підключення до мережі
Якщо інвертор використовується для-підключеного до мережі виробництва електроенергії, необхідно переконатися, що вихідна потужність змінного струмуна одній частоті, фазі та напрузіяк мережа електромережі:
У реальному-часі визначте частоту напруги та фазу мережіТехнологія Phase-Locked Loop (PLL).регулюйте фазу та частоту вихідної потужності змінного струму інвертором та досягайте точної синхронізації з електромережею.
Підключення до електромережі через анКонтактор змінного струму, і забезпечити безпеку-підключення до мережіострівний захист, захист від перенапруги/пониженої напруги, захист від перевантаження по струму, захист від частотитощо (наприклад, коли мережа живлення знеструмлена, інвертор має негайно припинити роботу, щоб запобігти небезпеці обслуговуючого персоналу через «острівний ефект»).
2. Вимкнені{1}}мережеві інвертори: пряме живлення
Якщо інвертор використовується в -системі, що не працює в мережі (наприклад, фотоелектричне джерело живлення у віддалених районах), відфільтрована синусоїдальна потужність змінного струму подається безпосередньо до навантажень (наприклад, побутових приладів, промислового обладнання). Тим часом його можна поєднувати з акумуляторами для зберігання енергії для досягнення стабільного регулювання напруги.
III. Основні типи фотоелектричних інверторів і топологічні відмінності
Різні типи інверторів мають невеликі відмінності в топології ступеня інверсії і підходять для різних сценаріїв:
Центральні інвертори(висока-потужність, для промислового/комерційного використання та фотоелектричних станцій):
усиновититрансформатор промислової частоти/-високочастотний трансформатортопологія. Деякі безтрансформаторні (не-ізольовані) типи досягають ізоляції за допомогою конденсаторів, потужність яких досягає кількох мегават. Вони характеризуються високою інтеграцією та зручністю експлуатації та обслуговування.
Струнні інвертори(середньої та малої потужності, для побутового використання та розподілених фотоелектричних систем):
Кожна фотоелектрична ланцюг оснащена незалежним контролером MPPT, а ступінь інверсії приймає повну-мостову топологію. Він може відстежувати максимальну точку потужності кожної струни незалежно, пристосовуючись до відмінностей освітленості між різними струнами (наприклад, затінення).
Мікроінвертори(низька-потужність, для побутових фотоелектричних систем):
Встановлюється безпосередньо на задній панелі фотоелектричних модулів, з одним мікроінвертором, що відповідає одному модулю, реалізуючи «інверсію-рівня модуля». Він має найвищу точність MPPT і підходить для складних умов освітлення.
IV. Ключові технічні показники та вплив на продуктивність
Ефективність інверсії: високоякісні-інвертори можуть досягати максимального ККД понад 98% (європейський ККД), що в основному залежить від втрат провідності комутаційних пристроїв і точності відстеження MPPT.
Повне гармонійне спотворення (THD): Інвертори-, підключені до мережі, потребують THD менше або дорівнює 5%. Чим нижчий КНІ, тим чистіша вихідна синусоїда та менші перешкоди для електромережі.
Ефективність MPPT: зазвичай має бути більше або дорівнювати 99%, що безпосередньо впливає на загальне виробництво електроенергії фотоелектричною системою.
Резюме
Суть фотоелектричного інвертора полягає в тому, щобреалізувати перетворення форми живлення за допомогою високо-частотної модуляції з силовими електронними комутаційними пристроями як ядром, одночасно досягаючи оптимізації потужності та адаптації мережі за допомогою алгоритмів керування. Основний принцип його роботи полягає в:реалізація оптимізації потужності за допомогою перетворювачів постійного-постійного струму, досягнення перетворення постійного струму-змінного струму через ШІМ-модульовані інверторні мости та забезпечення безпечного підключення до мережі через фазові-контури автозамикання та схеми захисту. Цей процес не тільки використовує характеристики швидкого перемикання силової електронної технології, але також поєднує в собі точне регулювання теорії керування, служачи ключовою ланкою для ефективного використання потужності в фотоелектричних системах виробництва електроенергії.
