Кратко говоря, рабочий процесс фотоэлектрического инвертора можно разделить на три основных этапа:сбор и оптимизация мощности, Преобразование постоянного-переменного тока, исетка-подключена/выключена-адаптация сети. Ниже приводится подробная разбивка с точки зрения основных принципов, основных модулей и ключевых технологий:
I. Основные рабочие цели
Выходные характеристики фотоэлектрических модулей сильно зависят от освещенности и температуры, что представляет собой нелинейную зависимость между выходным напряжением и током. Более того, генерируемая напрямую мощность постоянного тока не может быть напрямую подключена к электросети или управлять обычными нагрузками переменного тока. Таким образом, инвертор должен достичь двух основных целей:
Максимальная выходная мощность: Отслеживайте максимальную выходную мощность фотоэлектрических модулей в режиме реального времени с помощью технологии MPPT, чтобы максимально повысить эффективность выработки электроэнергии.
Форма сигнала и синхронизация: Преобразование постоянного тока в синусоидальный переменный ток, соответствующий сетевым стандартам (с постоянным напряжением, частотой и фазой в соответствии с энергосетью), чтобы обеспечить-безопасность подключения к сети или стабильную работу вне-сетевых нагрузок.
II. Основной рабочий процесс фотоэлектрических инверторов
Взяв самое обычноефотоэлектрические инверторы,-подключаемые к сетиНапример, общий рабочий процесс можно разделить на четыре этапа:
Шаг 1. Вход постоянного тока и фильтрация (обработка на стороне постоянного тока-)
Выходная мощность постоянного тока последовательно/параллельно-подключенных фотоэлектрических модулей не является абсолютно стабильной: возникают пульсации напряжения и колебания тока, вызванные изменениями освещенности и различиями в характеристиках модулей.
Инвертор сначала подключается к источнику постоянного тока черезпредохранитель постоянного тока(для защиты от перегрузки по току) иОграничитель перенапряжения постоянного тока(для защиты от перенапряжения).
Затем схема фильтра, состоящая изКонденсаторы/индукторы фильтра постоянного токаиспользуется для сглаживания колебаний напряжения постоянного тока, обеспечивая стабильный вход постоянного тока для последующего этапа преобразования.
Шаг 2. Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)
Это ключевое звено инвертора для повышения эффективности выработки электроэнергии. Основной принцип заключается в определении выходного напряжения и тока фотоэлектрических модулей в режиме реального времени с помощьюалгоритмы управления, рассчитывайте текущую выходную мощность и динамически регулируйте входное напряжение постоянного тока инвертора, чтобы фотоэлектрические модули всегда работали в точке максимальной выходной мощности.
Общие алгоритмы MPPT: Возмущение и наблюдение (P&O), Дополнительная проводимость (INC). Среди них метод дополнительной проводимости имеет более высокую точность и подходит для сценариев с быстрыми изменениями освещенности.
Метод реализации: Отрегулируйте напряжение постоянного тока с помощьюПреобразователь постоянного тока-постоянного тока(например, повышающая-схема повышения). Когда выходное напряжение фотоэлектрических модулей низкое, схема повышения повышает его до напряжения шины постоянного тока, подходящего для инверсии (например, шина постоянного тока 380 В соответствует выходному напряжению переменного тока 380 В).
Шаг 3. Преобразование постоянного-переменного тока (этап инверсии ядра)
Это основная функция инвертора, который, по сути, преобразует стабильную мощность постоянного тока в мощность переменного тока, подобную синусоидальной, посредством высокочастотного-включения-выключениясиловые электронные коммутационные устройства. По различным топологическим структурам он в основном делится наоднофазные-инверторы(для гражданских-приложений с низким энергопотреблением) итрех-фазовые инверторы(для промышленных и коммерческих-приложений высокой мощности) с последовательными основными принципами:
Коммутационные устройства: используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) или металлические-оксидные-полупроводниковые полевые-транзисторы (MOSFET), которые представляют собой «электронные переключатели» преобразования энергии и могут выполнять управление включением-выключением за микросекунды.
Топология инверторного моста: Наиболее часто используетсяполная-мостовая схема инвертора(с 4 коммутационными аппаратами для однофазных-и 6 для трёх-фазных). В качестве примера рассмотрим однофазную-полную-мостовую схему:
Выходы контроллераСигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ)для управления последовательностью включения-выключения и рабочим циклом 4 IGBT.
Регулируя ширину импульса, «последовательность прямоугольных импульсов», выдаваемая переключающими устройствами, фильтруется для формирования мощности переменного тока, близкой к синусоидальной.
Фильтрация переменного тока: мощность переменного тока после инверсии содержит высокочастотные-гармоники, которые необходимо отфильтровать с помощьюСхема LC-фильтрасостоит из катушек индуктивности и конденсаторов фильтра переменного тока для получения чистой синусоидальной мощности переменного тока.
Шаг 4.-Подключение/Выключение сети-Адаптация и защита сети (обработка на стороне переменного тока-)
1. Инверторы,-подключаемые к сети: синхронизация и подключение к сети.
Если инвертор используется для-выработки электроэнергии, подключенной к сети, необходимо убедиться, что выходная мощность переменного тока соответствуетна той же частоте, фазе и напряжениив качестве сети электропитания:
В режиме-времени определите частоту напряжения и фазу электросети с помощьюФазовая-технология автоподстройки частоты (ФАПЧ), отрегулируйте фазу и частоту выходной мощности переменного тока с помощью инвертора и добейтесь точной синхронизации с электросетью.
Подключитесь к электросети черезКонтактор переменного токаи обеспечить безопасность-подключения к сети посредствомзащита от изолирования, защита от повышенного/пониженного напряжения, защита от перегрузки по току, защита по частотеи т. д. (например, когда электросеть обесточена, инвертор должен немедленно прекратить работу, чтобы «эффект изолирования» не подвергал опасности обслуживающий персонал).
2. Автономные-инверторы от сети: прямой источник питания
Если инвертор используется в автономной-системе (например, фотоэлектрический источник питания в отдаленных районах), отфильтрованная синусоидальная мощность переменного тока напрямую подается на нагрузки (например, бытовую технику, промышленное оборудование). Между тем, его можно комбинировать с аккумуляторами энергии для достижения стабильного регулирования напряжения.
III. Основные типы фотоэлектрических инверторов и топологические различия
Разные типы инверторов имеют небольшие различия в топологии каскада инверсии и подходят для разных сценариев:
Центральные инверторы(высокая-мощность, для промышленного/коммерческого использования и фотоэлектрических электростанций):
УсыновитьТрансформатор силовой частоты/высокочастотный-трансформатортопология. Некоторые бестрансформаторные (не-изолированные) типы обеспечивают изоляцию с помощью конденсаторов, мощность которых достигает нескольких мегаватт. Они характеризуются высокой степенью интеграции и удобством эксплуатации и обслуживания.
Струнные инверторы(средней и малой мощности, для бытового использования и распределенных фотоэлектрических систем):
Каждая фотоэлектрическая цепочка оснащена независимым контроллером MPPT, а ступень инверсии использует топологию полного-моста. Он может отслеживать точку максимальной мощности каждой струны независимо, адаптируясь к различиям освещенности между разными струнами (например, затенению).
Микроинверторы(низкая-мощность, для бытовых фотоэлектрических систем):
Устанавливается непосредственно на задней панели фотоэлектрических модулей, при этом один микроинвертор соответствует одному модулю, реализуя «инверсию уровня модуля». Он имеет высочайшую точность MPPT и подходит для сложных условий освещения.
IV. Ключевые технические показатели и влияние на производительность
Эффективность инверсии: Высококачественные инверторы-могут достигать максимального КПД более 98 % (Европейский КПД), что в основном зависит от потерь проводимости коммутационных устройств и точности отслеживания MPPT.
Суммарные гармонические искажения (THD): Инверторам,-подключенным к сети, требуется значение THD не более 5 %. Чем ниже THD, тем чище выходная синусоидальная волна и тем меньше помех в электросети.
Эффективность MPPT: Обычно требуется, чтобы значение было больше или равно 99 %, что напрямую влияет на общую выработку электроэнергии фотоэлектрической системы.
Краткое содержание
Суть фотоэлектрического инвертора заключается вреализовать преобразование формы мощности посредством высокочастотной-модуляции с использованием силовых электронных коммутационных устройств в качестве ядра, обеспечивая при этом оптимизацию мощности и адаптацию сети с помощью алгоритмов управления. Суть принципа его работы заключается в:реализация оптимизации энергопотребления с помощью преобразователей постоянного-постоянного тока, преобразование постоянного-переменного тока с помощью инверторных мостов с ШИМ-модуляцией и обеспечение безопасного подключения к сети с помощью фазовой-автоподстройки частоты и схем защиты.. Этот процесс не только использует характеристики быстрого переключения силовой электронной технологии, но также сочетает в себе точное регулирование теории управления, служа ключевым звеном для эффективного использования энергии в фотоэлектрических системах производства электроэнергии.
