Введение в энциклопедию солнечных инверторов

Инвертор , также известный как регулятор мощности и регулятор мощности, является неотъемлемой частью фотоэлектрической системы. Основная функция фотоэлектрического инвертора — преобразование энергии постоянного тока, генерируемой солнечными панелями, в мощность переменного тока, используемую бытовой техникой. Вся электроэнергия, вырабатываемая солнечными панелями, должна быть обработана инвертором, прежде чем ее можно будет вывести во внешний мир. [1] По мостовой схеме процессор SPWM обычно используется для модуляции, фильтрации, повышения напряжения и т. д. для получения синусоидальной мощности переменного тока, соответствующей частоте осветительной нагрузки, номинальному напряжению и т. д. для конечных пользователей системы. С помощью инвертора батарею постоянного тока можно использовать для подачи переменного тока в электроприборы.

Введение:

Солнечная система производства электроэнергии переменного тока состоит из солнечных панелей, контроллера заряда, инвертора и аккумулятора; Солнечная система производства электроэнергии постоянного тока не включает инвертор. Процесс преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока называется выпрямлением, схема, завершающая функцию выпрямления, называется выпрямительной схемой, а устройство, реализующее процесс выпрямления, называется выпрямительным устройством или выпрямителем. Соответственно, процесс преобразования мощности постоянного тока в мощность переменного тока называется инверторным, схема, реализующая функцию инвертора, называется инверторной схемой, а устройство, реализующее инверторный процесс, называется инверторным оборудованием или инвертором.

Ядром инверторного устройства является схема инверторного переключателя, называемая инверторной схемой. Эта схема выполняет функцию инвертора, включая и выключая силовой электронный переключатель. Для переключения силовых электронных коммутационных устройств требуются определенные возбуждающие импульсы, и эти импульсы можно регулировать путем изменения сигнала напряжения. Схема, которая генерирует и регулирует импульсы, часто называется схемой управления или контуром управления. Базовая структура инверторного устройства включает, помимо упомянутых выше схемы инвертора и схемы управления, схему защиты, выходную цепь, входную цепь, выходную цепь и т.д.

Функции:

Из-за разнообразия зданий это неизбежно приведет к разнообразию установок солнечных батарей. Чтобы максимизировать эффективность преобразования солнечной энергии, принимая во внимание красивый внешний вид здания, требуется диверсификация наших инверторов для достижения наилучшего способа использования солнечной энергии. Конвертировать.

Централизованная инверсия

Централизованный инвертор обычно используется в системах крупных фотоэлектрических электростанций (>10 кВт). Множество параллельных фотоэлектрических цепочек подключены ко входу постоянного тока одного и того же централизованного инвертора. Обычно для обеспечения высокой мощности используются трехфазные силовые модули IGBT. В меньших по размеру используются полевые транзисторы и контроллеры преобразования DSP для улучшения качества генерируемой мощности, чтобы она была очень близка к синусоидальному току. Самая большая особенность – высокая мощность и низкая стоимость системы. Однако на эффективность и электрическую мощность всей фотоэлектрической системы влияет согласование фотоэлектрических цепочек и частичное затенение. В то же время на надежность выработки электроэнергии всей фотоэлектрической системы влияет плохое рабочее состояние определенной группы фотоэлектрических блоков. Последними направлениями исследований являются использование управления пространственно-векторной модуляцией и разработка новых топологических соединений инвертора для получения высокой эффективности в условиях частичной нагрузки. К централизованному инвертору SolarMax можно подключить интерфейсный блок фотоэлектрической батареи для мониторинга каждой цепочки фотоэлектрических парусных панелей. Если одна из цепочек не работает должным образом, система будет. Информация передается на пульт дистанционного управления, и эту цепочку можно остановить с помощью дистанционного управления, чтобы отказ одной фотоэлектрической цепочки не уменьшал и не влиял на работу и выходную энергию. всей фотоэлектрической системы.

Струнный инвертор

Струнные инверторы стали самыми популярными инверторами на международном рынке. Струнный инвертор основан на модульной концепции. Каждая фотоэлектрическая цепочка (1–5 кВт) проходит через инвертор, имеет отслеживание пиковой мощности на конце постоянного тока и подключается параллельно к сети на конце переменного тока. Многие крупные фотоэлектрические электростанции используют струнные инверторы. Преимущество состоит в том, что на него не влияют различия модулей и тени между строками, и в то же время снижается оптимальная рабочая точка фотоэлектрических модулей.

Несогласование с инвертором, тем самым увеличивая выработку мощности. Эти технические преимущества не только снижают стоимость системы, но и повышают ее надежность. В то же время между цепочками вводится концепция «главный-подчиненный», так что, когда мощность одной цепочки в системе не может обеспечить работу одного инвертора, несколько групп фотоэлектрических цепочек могут быть соединены вместе, чтобы обеспечить работу одного или нескольких фотоэлектрических цепочек. несколько из них работают. , тем самым производя больше электрической энергии. Последняя концепция заключается в том, что несколько инверторов образуют «команду» друг с другом, заменяя концепцию «главный-подчиненный», делая систему более надежной.

Многострунный инвертор

Многострунный инвертор использует преимущества централизованного инвертора и струнного инвертора, избегает их недостатков и может применяться на фотоэлектрических электростанциях мощностью несколько киловатт. В многострунный инвертор включены различные индивидуальные устройства отслеживания пиковой мощности и преобразователи постоянного тока в постоянный. Постоянный ток преобразуется в переменный ток через общий преобразователь постоянного тока в переменный и подключается к сети. Различные номиналы фотоэлектрических цепочек (например, разная номинальная мощность, разное количество модулей в цепочке, разные производители модулей и т. д.), разные размеры или разные технологии фотоэлектрических модулей, разная ориентация цепочек (например: восток, юг и запад). , различные углы наклона или затенения, могут быть подключены к общему инвертору, при этом каждая цепочка будет работать на соответствующей максимальной пиковой мощности. В то же время длина кабеля постоянного тока уменьшается, что сводит к минимуму эффект затенения между цепочками и потери, вызванные различиями между цепочками.

Компонентный инвертор

Инвертор модуля соединяет каждый фотоэлектрический модуль с инвертором, и каждый модуль имеет независимое отслеживание максимальной пиковой мощности, что позволяет лучше взаимодействовать между модулем и инвертором. Обычно используется в фотоэлектрических электростанциях мощностью от 50 до 400 Вт, общий КПД ниже, чем у струнных инверторов. Поскольку они подключаются параллельно на стороне переменного тока, это увеличивает сложность проводки на стороне переменного тока и затрудняет техническое обслуживание. Еще одна проблема, которую необходимо решить, — как более эффективно подключаться к сети. Самый простой способ — подключиться к сети напрямую через обычные розетки переменного тока, что позволяет снизить затраты и затраты на установку оборудования, но часто стандарты безопасности электросети в различных местах могут не допускать этого. При этом энергокомпания может возразить против прямого подключения генерирующего устройства к обычной бытовой розетке. Другим фактором, связанным с безопасностью, является необходимость использования изолирующего трансформатора (высокочастотного или низкочастотного) или допускается использование бестрансформаторного инвертора. Этот инвертор наиболее широко используется в стеклянных навесных стенах.

Эффективность солнечного инвертора

Эффективность солнечных инверторов связана с растущим рынком солнечных инверторов (фотоэлектрических инверторов) из-за спроса на возобновляемые источники энергии. И эти инверторы требуют чрезвычайно высокой эффективности и надежности. Рассмотрены силовые цепи, используемые в этих инверторах, и рекомендованы лучшие варианты коммутационных и выпрямительных устройств. Общая структура фотоэлектрического инвертора показана на рисунке 1. На выбор предлагаются три различных инвертора. Солнечный свет светит на солнечные модули, соединенные последовательно, и каждый модуль содержит набор солнечных батарей, соединенных последовательно. Напряжение постоянного тока (DC), генерируемое солнечными модулями, составляет порядка нескольких сотен вольт, в зависимости от условий освещения массива модулей, температуры ячеек и количества модулей, соединенных последовательно.

Основная функция инвертора этого типа — преобразование входного постоянного напряжения в стабильное значение. Эта функция реализуется через повышающий преобразователь и требует повышающего переключателя и повышающего диода. В первой архитектуре за повышающей ступенью следует изолированный мостовой преобразователь. Целью мостового трансформатора является обеспечение изоляции. Второй полномостовой преобразователь на выходе используется для преобразования постоянного тока от полномостового преобразователя первой ступени в напряжение переменного тока (AC). Его выходной сигнал фильтруется перед подключением к сети переменного тока через дополнительный двухконтактный релейный переключатель, чтобы обеспечить безопасную изоляцию в случае неисправности и изоляцию от сети питания в ночное время. Вторая конструкция представляет собой неизолированную схему. Среди них напряжение переменного тока генерируется непосредственно выходным напряжением постоянного тока повышающего каскада. Третья структура использует инновационную топологию силовых переключателей и силовых диодов для интеграции функций повышающих частей и частей генерации переменного тока в специальную топологию, что делает инвертор максимально эффективным, несмотря на очень низкую эффективность преобразования солнечной панели. Близко к 100%, но очень важно. Ожидается, что в Германии модуль серии мощностью 3 кВт, установленный на крыше, выходящей на юг, будет генерировать 2550 кВтч в год. Если эффективность инвертора увеличить с 95% до 96%, каждый год можно будет генерировать дополнительно 25 кВтч электроэнергии. Стоимость использования дополнительных солнечных модулей для выработки этих 25 кВтч эквивалентна добавлению инвертора. Поскольку повышение эффективности с 95% до 96% не приведет к удвоению стоимости инвертора, инвестиции в более эффективный инвертор являются неизбежным выбором. Для новых разработок ключевым критерием проектирования является повышение эффективности инвертора наиболее экономичным способом. Что касается надежности и стоимости инвертора, то это еще два критерия проектирования. Более высокий КПД снижает колебания температуры в течение цикла нагрузки, тем самым повышая надежность, поэтому эти рекомендации на самом деле связаны между собой. Использование модулей также повысит надежность.

Переключатель повышения и диод

Для всех показанных топологий требуются быстродействующие силовые переключатели. Для каскада повышения и полномостового преобразования требуются быстропереключающиеся диоды. Кроме того, для этих топологий также полезны переключатели, оптимизированные для переключения на низкой частоте (100 Гц). Для любой кремниевой технологии переключатели, оптимизированные для быстрого переключения, будут иметь более высокие потери проводимости, чем переключатели, оптимизированные для низкочастотного переключения.

Повышающий каскад обычно проектируется как преобразователь режима постоянного тока. В зависимости от количества солнечных модулей в массиве, используемых в инверторе, вы можете выбрать, использовать ли устройства на 600 В или 1200 В. Два варианта силовых переключателей — MOSFET и IGBT. Вообще говоря, МОП-транзисторы могут работать на более высоких частотах переключения, чем IGBT. Кроме того, всегда необходимо учитывать влияние основного диода: в случае повышающего каскада это не является проблемой, поскольку корпусной диод не проводит ток в нормальном рабочем режиме. Потери проводимости МОП-транзистора можно рассчитать по сопротивлению открытого состояния RDS(ON), которое пропорционально эффективной площади кристалла для данного семейства МОП-транзисторов. При изменении номинального напряжения с 600 В до 1200 В потери проводимости МОП-транзистора значительно возрастают. Следовательно, даже если номинальное значение RDS(ON) эквивалентно, МОП-транзистор 1200 В недоступен или его цена слишком высока.

Для повышающих переключателей с номиналом 600 В можно использовать суперпереходные МОП-транзисторы. Для высокочастотных коммутационных приложений эта технология имеет лучшие потери проводимости. МОП-транзисторы со значениями RDS(ON) ниже 100 миллиом в корпусах ТО-220 и МОП-транзисторы со значениями RDS(ON) ниже 50 миллиом в корпусах ТО-247. Для солнечных инверторов, которым требуется коммутация напряжения 1200 В, подходящим выбором будет IGBT. Более продвинутые технологии IGBT, такие как NPT Trench и NPT Field Stop, оптимизированы для снижения потерь проводимости, но за счет более высоких потерь переключения, что делает их менее подходящими для применения в режиме повышения на высоких частотах.

На основе старой планарной технологии NPT было разработано устройство FGL40N120AND, позволяющее повысить эффективность повышающей схемы при высокой частоте коммутации. Его EOFF составляет 43 мкДж/А. По сравнению с более совершенными технологическими устройствами, EOFF составляет 80 мкДж/А, но его необходимо получить. Такие характеристики очень сложны. Недостаток устройства FGL40N120AND заключается в том, что падение напряжения насыщения VCE(SAT) (3,0 В против 2,1 В при 125°C) велико, но его низкие потери переключения при высоких частотах переключения с лихвой компенсируют это. В устройство также встроен встречно-параллельный диод. При нормальной работе в режиме повышения этот диод не проводит ток. Однако во время запуска или в переходных условиях схема повышения напряжения может перейти в активный режим, и в этом случае встречно-параллельный диод будет проводить ток. Поскольку сам IGBT не имеет собственного диода, этот диод в корпусе необходим для обеспечения надежной работы. Для повышающих диодов требуются диоды с быстрым восстановлением, такие как Stealth™, или углерод-кремниевые диоды. Углерод-кремниевые диоды имеют очень низкое прямое напряжение и потери. При выборе повышающего диода необходимо учитывать влияние обратного тока восстановления (или емкости перехода углерод-кремниевого диода) на повышающий ключ, поскольку это приведет к дополнительным потерям. Здесь недавно выпущенный диод Stealth II FFP08S60S может обеспечить более высокую производительность. Когда VDD=390 В, ID=8 А, di/dt=200 А/мкс и температура корпуса 100°C, расчетные потери на переключение ниже, чем параметр FFP08S60S, равный 205 мДж. При использовании стелс-диода ISL9R860P2 это значение достигает 225 мДж. Следовательно, это также повышает эффективность инвертора при высоких частотах переключения.

Мостовые переключатели и диоды

После полной мостовой фильтрации MOSFET выходной мост генерирует синусоидальный сигнал напряжения и тока частотой 50 Гц. Обычной реализацией является использование стандартной архитектуры полного моста (рис. 2). На рисунке, если переключатели в левом верхнем и правом нижнем углу включены, между левой и правой клеммами подается положительное напряжение; если переключатели в правом верхнем и левом нижнем углу включены, между левой и правой клеммами подается отрицательное напряжение. В этом приложении в течение определенного периода времени включен только один переключатель. Один переключатель можно переключить на высокую частоту ШИМ, а другой — на низкую частоту 50 Гц. Поскольку схема начальной загрузки основана на преобразовании устройств низкого уровня, устройства низкого уровня переключаются на высокую частоту ШИМ, а устройства высокого класса переключаются на низкую частоту 50 Гц. В этом приложении используется силовой переключатель на 600 В, поэтому суперпереходный МОП-транзистор на 600 В очень подходит для этого высокоскоростного переключающего устройства. Поскольку эти коммутационные устройства выдерживают полный обратный ток восстановления других устройств, когда переключатель включен, устройства суперперехода с быстрым восстановлением, такие как 600 В FCH47N60F, являются идеальным выбором. Его RDS(ON) составляет 73 миллиома, а потери проводимости очень низкие по сравнению с другими аналогичными устройствами с быстрым восстановлением. Когда это устройство выполняет преобразование с частотой 50 Гц, нет необходимости использовать функцию быстрого восстановления. Эти устройства имеют превосходные характеристики dv/dt и di/dt, что повышает надежность системы по сравнению со стандартными МОП-транзисторами с суперпереходом.

Еще один вариант, который стоит изучить, — это использование устройства FGH30N60LSD. Это IGBT 30 А/600 В с напряжением насыщения VCE(SAT) всего 1,1 В. Его потери при выключении EOFF очень высоки, достигая 10 мДж, поэтому он подходит только для низкочастотного преобразования. МОП-транзистор сопротивлением 50 миллиом имеет сопротивление RDS(ON) в открытом состоянии 100 миллиом при рабочей температуре. Следовательно, на 11А он имеет тот же VDS, что и VCE(SAT) IGBT. Поскольку этот IGBT основан на более старой технологии пробоя, VCE(SAT) не сильно меняется с температурой. Таким образом, этот IGBT снижает общие потери в выходном мосте, тем самым увеличивая общий КПД инвертора. Полезен также тот факт, что FGH30N60LSD IGBT переключается с одной технологии преобразования энергии на другую специализированную топологию каждые полпериода. IGBT используются здесь в качестве топологических переключателей. Для более быстрого переключения используются обычные устройства суперперехода с быстрым восстановлением. Вышеупомянутый переключатель FGL40N120AND для выделенной топологии 1200 В и полномостовой структуры очень подходит для новых высокочастотных солнечных инверторов. Когда специализированные технологии требуют диодов, диоды Stealth II, Hyperfast™ II и углерод-кремниевые диоды являются отличным решением.

функция:

Инвертор не только выполняет функцию преобразования постоянного тока в переменный, но также имеет функцию максимизации производительности солнечных элементов и функцию защиты от сбоев системы. Таким образом, имеются функции автоматического запуска и отключения, функция отслеживания максимальной мощности, функция независимого предотвращения работы (для систем, подключенных к сети), функция автоматической регулировки напряжения (для систем, подключенных к сети), функция обнаружения постоянного тока (для систем, подключенных к сети). ) и обнаружение заземления постоянного тока. Функция (для систем, подключенных к сети). Ниже приводится краткое описание функций автоматического запуска и выключения, а также функции отслеживания максимальной мощности.

Функция автоматической работы и отключения: после восхода солнца утром интенсивность солнечного излучения постепенно увеличивается, а также увеличивается мощность солнечного элемента. Когда достигается выходная мощность, необходимая для работы инвертора, инвертор автоматически начинает работать. После входа в работу инвертор будет постоянно контролировать выходную мощность модулей солнечных батарей. Пока выходная мощность модулей солнечных батарей превышает выходную мощность, необходимую для задачи инвертора, инвертор будет продолжать работать; он остановится до захода солнца, даже если инвертор может работать и в дождливые дни. Когда выходная мощность солнечного модуля становится меньше, а выходная мощность инвертора приближается к 0, инвертор переходит в состояние ожидания.

Функция отслеживания максимальной мощности: выходная мощность модуля солнечных батарей изменяется в зависимости от интенсивности солнечного излучения и температуры самого модуля солнечных батарей (температуры чипа). Кроме того, поскольку модули солнечных элементов имеют характеристику, заключающуюся в том, что напряжение снижается по мере увеличения тока, существует оптимальная рабочая точка, при которой можно получить максимальную мощность. Интенсивность солнечного излучения меняется, и, очевидно, меняется и оптимальная рабочая точка. В связи с этими изменениями рабочая точка модуля солнечных батарей всегда поддерживается в точке максимальной мощности, и система всегда получает максимальную выходную мощность от модуля солнечных батарей. Этот вид управления представляет собой контроль максимальной мощности. Самая большая особенность инверторов, используемых в системах производства солнечной энергии, заключается в том, что они включают функцию отслеживания точки максимальной мощности (MPPT).

тип

Классификация области применения

(1) Обычный инвертор

Входное напряжение постоянного тока 12 В или 24 В, переменное напряжение 220 В, выходная частота 50 Гц, мощность от 75 Вт до 5000 Вт, некоторые модели имеют преобразование переменного и постоянного тока, то есть функцию ИБП.

(2) Универсальное устройство с инвертором/зарядным устройством

В инверторе этого типа пользователи могут использовать различные формы питания для питания нагрузок переменного тока: при наличии питания переменного тока мощность переменного тока используется для питания нагрузки через инвертор или для зарядки аккумулятора; при отсутствии питания переменного тока батарея используется для питания нагрузки переменного тока. . Его можно использовать совместно с различными источниками энергии: аккумуляторами, генераторами, солнечными батареями и ветряными турбинами.

(3) Специальный инвертор для почты и телекоммуникаций.

Предоставляем высококачественные инверторы 48 В для почтовых и телекоммуникационных услуг. Продукция отличается хорошим качеством, высокой надежностью, модульными (модуль 1 кВт) инверторами, имеет функцию резервирования N+1 и может быть расширена (мощность от 2 кВт до 20 кВт). ).

(4) Специальный инвертор для авиации и армии.

Этот тип инвертора имеет входное напряжение 28 В постоянного тока и может обеспечивать следующие выходы переменного тока: 26 В переменного тока, 115 В переменного тока, 230 В переменного тока. Его выходная частота может составлять: 50 Гц, 60 Гц и 400 Гц, а выходная мощность находится в диапазоне от 30 ВА до 3500 ВА. Существуют также преобразователи постоянного тока и преобразователи частоты, предназначенные для авиации.

Классификация формы выходного сигнала

(1) Инвертор прямоугольных импульсов

Выходной сигнал переменного напряжения инвертора прямоугольной формы представляет собой прямоугольную волну. Схемы инверторов, используемые в инверторах этого типа, не совсем одинаковы, но общей чертой является то, что схема относительно проста, а количество используемых ламп силового переключателя невелико. Расчетная мощность обычно составляет от ста ватт до одного киловатта. Преимущества инвертора прямоугольной волны: простая схема, дешевая цена и простота обслуживания. Недостаток заключается в том, что напряжение прямоугольной волны содержит большое количество гармоник высокого порядка, которые будут вызывать дополнительные потери в нагрузочных устройствах с индукторами или трансформаторами с железным сердечником, вызывая помехи в радиоприемниках и некотором коммуникационном оборудовании. Кроме того, этот тип инвертора имеет такие недостатки, как недостаточный диапазон регулирования напряжения, неполная функция защиты и относительно высокий уровень шума.

(2) Инвертор ступенчатой ​​волны

Выходной сигнал переменного напряжения инвертора этого типа представляет собой ступенчатую волну. Инвертор имеет множество различных линий для реализации выходного сигнала ступенчатой ​​волны, и количество шагов в выходной форме сигнала сильно различается. Преимущество ступенчатого инвертора заключается в том, что форма выходного сигнала значительно улучшается по сравнению с прямоугольным сигналом, а содержание гармоник высокого порядка уменьшается. Когда количество шагов достигает более 17, выходной сигнал может стать квазисинусоидальным. При использовании бестрансформаторного выхода общий КПД очень высок. Недостаток заключается в том, что в схеме суперпозиции лестничных волн используется множество ламп силового переключателя, а некоторые формы схем требуют нескольких наборов входов питания постоянного тока. Это создает проблемы с группировкой и подключением солнечных батарей, а также со сбалансированной зарядкой батарей. Кроме того, напряжение лестничной волны все еще создает некоторые высокочастотные помехи для радиоприемников и некоторого оборудования связи.

Синусоидальный инвертор

Сигнал переменного напряжения, выдаваемый синусоидальным инвертором, представляет собой синусоидальную волну. Преимущества синусоидального инвертора заключаются в том, что он имеет хорошую форму выходного сигнала, очень низкий уровень искажений, небольшие помехи для радиоприемников и оборудования, а также низкий уровень шума. Кроме того, он обладает полным набором защитных функций и высокой общей эффективностью. Недостатками являются: схема относительно сложна, требует сложного технического обслуживания и стоит дорого.

Классификация трех вышеупомянутых типов инверторов помогает разработчикам и пользователям фотоэлектрических систем и ветроэнергетических систем идентифицировать и выбирать инверторы. Фактически, инверторы с одинаковой формой сигнала по-прежнему имеют большие различия в принципах схемы, используемых устройствах, методах управления и т. д.

Другие методы классификации

1. В зависимости от частоты выходной мощности переменного тока его можно разделить на инверторы промышленной частоты, инверторы средней частоты и инверторы высокой частоты. Частота преобразователя частоты составляет от 50 до 60 Гц; частота преобразователя средней частоты обычно составляет от 400 Гц до более десяти кГц; частота высокочастотного инвертора обычно составляет от десяти кГц до МГц.

2. В зависимости от количества фаз, выдаваемых инвертором, его можно разделить на однофазный инвертор, трехфазный инвертор и многофазный инвертор.

3. В зависимости от назначения выходной мощности инвертора его можно разделить на активный и пассивный инверторы. Любой инвертор, который передает выходную электрическую энергию инвертора в промышленную электросеть, называется активным инвертором; Любой инвертор, который передает выходную электрическую энергию инвертора на некоторую электрическую нагрузку, называется пассивным инвертором. устройство.

4. В зависимости от формы основной схемы инвертора его можно разделить на несимметричный инвертор, двухтактный инвертор, полумостовой инвертор и полномостовой инвертор.

5. В зависимости от типа основного коммутационного устройства инвертора его можно разделить на тиристорный инвертор, транзисторный инвертор, полевой инвертор и инвертор на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT). Его можно разделить на две категории: «полууправляемый» инвертор и «полностью управляемый» инвертор. Первый не имеет возможности самовыключения, а после включения компонент теряет функцию управления, поэтому его называют «полууправляемым» и в эту категорию попадают обычные тиристоры; последний имеет возможность самовыключения, то есть устройство отсутствует. Включение и выключение можно контролировать с помощью управляющего электрода, поэтому его называют «полностью управляемым типом». К этой категории относятся силовые полевые транзисторы и двухмощные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

6. В зависимости от источника питания постоянного тока его можно разделить на инвертор источника напряжения (VSI) и инвертор источника тока (CSI). В первом случае напряжение постоянного тока почти постоянно, а выходное напряжение представляет собой переменную прямоугольную волну; в последнем постоянный ток почти постоянен, а выходной ток представляет собой переменную прямоугольную волну.

7. В зависимости от метода управления инвертором его можно разделить на инвертор с частотной модуляцией (PFM) и инвертор с широтно-импульсной модуляцией (PWM).

8. В зависимости от режима работы схемы переключения инвертора его можно разделить на резонансный инвертор, инвертор с жесткой коммутацией с фиксированной частотой и инвертор с мягким переключением с фиксированной частотой.

9. В зависимости от способа коммутации инвертора его можно разделить на инвертор с коммутацией нагрузки и инвертор с самокоммутацией.

Параметры производительности:

Существует множество параметров и технических условий, описывающих работу инвертора. Здесь мы лишь кратко объясняем технические параметры, обычно используемые при оценке инверторов.

1. Условия окружающей среды для использования инвертора. Нормальные условия использования инвертора: высота не превышает 1000 м, температура воздуха 0–+40 ℃.

2. Условия источника питания постоянного тока, диапазон колебаний входного напряжения постоянного тока: ± 15% от номинального значения напряжения аккумуляторной батареи.

3. Номинальное выходное напряжение в пределах указанного допустимого диапазона колебаний входного напряжения постоянного тока представляет собой номинальное значение напряжения, которое инвертор должен выдавать. Стабильная точность значения выходного номинального напряжения обычно обеспечивается следующими условиями:

(1) Во время установившейся работы диапазон колебаний напряжения должен быть ограничен, например, его отклонение не должно превышать ±3% или ±5% от номинального значения.

(2) В динамических ситуациях, когда нагрузка внезапно меняется или на нее влияют другие факторы помех, отклонение выходного напряжения не должно превышать ±8% или ±10% от номинального значения.

4. Номинальная выходная частота, частота выходного переменного напряжения инвертора должна быть относительно стабильным значением, обычно частота сети 50 Гц. Отклонение должно быть в пределах ±1% при нормальных рабочих условиях.

5. Номинальный выходной ток (или номинальная выходная мощность) указывает номинальный выходной ток инвертора в пределах указанного диапазона коэффициента мощности нагрузки. Некоторые инверторы имеют номинальную выходную мощность, выраженную в ВА или кВА. Номинальная мощность инвертора равна, когда выходной коэффициент мощности равен 1 (т.е. чисто резистивная нагрузка), номинальное выходное напряжение является произведением номинального выходного тока.

6. Номинальная выходная эффективность. КПД инвертора — это отношение его выходной мощности к входной мощности при заданных условиях работы, выраженное в %. КПД инвертора при номинальной выходной мощности соответствует эффективности полной нагрузки, а эффективность при 10 % номинальной выходной мощности — эффективности низкой нагрузки.

7. Максимальное содержание гармоник инвертора. Для синусоидального инвертора при резистивной нагрузке максимальное содержание гармоник выходного напряжения должно составлять ≤10%.

8. Перегрузочная способность инвертора означает способность инвертора выдавать ток, превышающий номинальное значение, за короткий период времени при определенных условиях. Перегрузочная способность инвертора должна соответствовать определенным требованиям при указанном коэффициенте мощности нагрузки.

9. КПД инвертора — это отношение выходной активной мощности инвертора к входной активной мощности (или мощности постоянного тока) при номинальном выходном напряжении, выходном токе и заданном коэффициенте мощности нагрузки.

10. Коэффициент мощности нагрузки показывает способность инвертора выдерживать индуктивные или емкостные нагрузки. В условиях синусоидальной волны коэффициент мощности нагрузки составляет 0,7–0,9 (запаздывание), а номинальное значение — 0,9.

11. Асимметрия нагрузки. При асимметричной нагрузке 10 % асимметрия выходного напряжения трехфазного инвертора фиксированной частоты должна составлять ≤ 10 %.

12. Дисбаланс выходного напряжения. В нормальных условиях эксплуатации трехфазный дисбаланс напряжения (отношение составляющей обратной последовательности к составляющей прямой последовательности) на выходе инвертора не должен превышать заданное значение, обычно выражаемое в %, например 5 % или 8 %.

13. Пусковые характеристики: В нормальных условиях эксплуатации инвертор должен иметь возможность нормально запускаться 5 раз подряд при полной нагрузке и при работе без нагрузки.

14. Функции защиты, инвертор должен быть настроен: защита от короткого замыкания, защита от перегрузки по току, защита от перегрева, защита от перенапряжения, защита от пониженного напряжения и защита от потери фазы. Среди них защита от перенапряжения означает, что для инверторов без мер по стабилизации напряжения должны быть предусмотрены меры защиты от перенапряжения на выходе для защиты отрицательной клеммы от повреждения выходным перенапряжением. Под защитой от перегрузки по току понимается сверхточная защита инвертора, которая должна быть способна обеспечить своевременное действие при коротком замыкании нагрузки или превышении тока допустимого значения, чтобы защитить ее от повреждения импульсным током.

15. Помехи и защита от помех. Инвертор должен быть способен противостоять электромагнитным помехам в обычной среде при определенных нормальных условиях работы. Характеристики защиты от помех и электромагнитная совместимость инвертора должны соответствовать соответствующим стандартам.

16. Инверторы, которые нечасто эксплуатируются, контролируются и обслуживаются, должны иметь уровень шума ≤95 дБ; Инверторы, которые часто эксплуатируются, контролируются и обслуживаются, должны иметь уровень шума ≤80 дБ.

17. Дисплей. Инвертор должен быть оснащен дисплеем данных таких параметров, как выходное напряжение переменного тока, выходной ток и выходная частота, а также отображением входного сигнала под напряжением, под напряжением и состояния неисправности.

18. Функция связи. Функция удаленной связи позволяет пользователям проверять рабочее состояние машины и сохраненные данные, не посещая объект.

19. Искажение формы выходного напряжения. Если выходное напряжение инвертора синусоидальное, необходимо указать максимально допустимое искажение формы сигнала (или содержание гармоник). Обычно выражается как общее искажение формы выходного напряжения, его значение не должно превышать 5 % (10 % допускается для однофазного выхода).

20. Пусковые характеристики, характеризующие способность преобразователя запускаться под нагрузкой и его работоспособность при динамической работе. Инвертор должен обеспечивать надежный запуск при номинальной нагрузке.

21. Шум. Трансформаторы, дроссели фильтров, электромагнитные переключатели, вентиляторы и другие компоненты силового электронного оборудования создают шум. Когда инвертор работает нормально, его шум не должен превышать 80 дБ, а шум небольшого инвертора не должен превышать 65 дБ.

Характеристики батареи:

Фотоэлектрическая батарея

Чтобы разработать систему солнечного инвертора, важно сначала понять различные характеристики солнечных элементов (ФЭ). Rp и Rs — паразитные сопротивления, которые в идеальных условиях бесконечны и равны нулю соответственно.

Интенсивность света и температура могут существенно влиять на рабочие характеристики фотоэлектрических элементов. Ток пропорционален интенсивности света, но изменения освещенности мало влияют на рабочее напряжение. Однако на рабочее напряжение влияет температура. Увеличение температуры батареи снижает рабочее напряжение, но мало влияет на генерируемый ток. На рисунке ниже показано влияние температуры и света на фотоэлектрические модули.

Изменения интенсивности света оказывают большее влияние на выходную мощность аккумулятора, чем изменения температуры. Это справедливо для всех широко используемых фотоэлектрических материалов. Важным следствием комбинации этих двух эффектов является то, что мощность фотоэлектрического элемента снижается с уменьшением интенсивности света и/или увеличением температуры.

Максимальная точка мощности (MPP)

Солнечные элементы могут работать в широком диапазоне напряжений и токов. MPP определяется путем непрерывного увеличения резистивной нагрузки на освещенный элемент от нуля (событие короткого замыкания) до очень высокого значения (событие разомкнутой цепи). MPP — это рабочая точка, при которой V x I достигает максимального значения и при этой интенсивности освещения может быть достигнута максимальная мощность. Выходная мощность при возникновении короткого замыкания (PV-напряжение равно нулю) или обрыва цепи (PV-ток равно нулю) равна нулю.

Высококачественные монокристаллические кремниевые солнечные элементы выдают напряжение холостого хода 0,60 Вольт при температуре 25°C. При ярком солнечном свете и температуре воздуха 25°C температура данного элемента может быть близка к 45°C, что снизит напряжение холостого хода примерно до 0,55 В. По мере повышения температуры напряжение холостого хода продолжает уменьшаться до тех пор, пока не произойдет короткое замыкание фотоэлектрического модуля.

Максимальная мощность при температуре батареи 45°C обычно достигается при напряжении холостого хода 80 % и токе короткого замыкания 90 %. Ток короткого замыкания батареи почти пропорционален освещенности, а напряжение холостого хода может уменьшиться только на 10% при уменьшении освещенности на 80%. Батареи более низкого качества будут снижать напряжение быстрее при увеличении тока, тем самым уменьшая доступную мощность. Выпуск упал с 70% до 50%, а то и всего на 25%.

Солнечный микроинвертор должен обеспечивать работу фотоэлектрических модулей на МЭС в любой момент времени, чтобы от фотоэлектрических модулей можно было получить максимальную энергию. Этого можно достичь с помощью контура управления точкой максимальной мощности, также известного как устройство отслеживания точки максимальной мощности (MPPT). Достижение высокого коэффициента отслеживания MPP также требует, чтобы пульсации выходного напряжения фотоэлектрических модулей были достаточно малы, чтобы ток фотоэлектрических модулей не менялся слишком сильно при работе вблизи точки максимальной мощности.

Диапазон напряжения MPP фотоэлектрических модулей обычно можно определить в диапазоне от 25 В до 45 В, при вырабатываемой мощности около 250 Вт и напряжении холостого хода ниже 50 В.

Использование и обслуживание:

использовать

1. Подключайте и устанавливайте оборудование строго в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации и обслуживанию инвертора. При монтаже следует тщательно проверить: соответствует ли диаметр провода требованиям; не разболтались ли компоненты и клеммы при транспортировке; хорошо ли изолированы изолируемые детали; соответствует ли заземление системы нормативам.

2. Инвертор следует эксплуатировать и использовать строго в соответствии с инструкциями по эксплуатации и техническому обслуживанию. В частности: перед включением машины обратите внимание, в норме ли входное напряжение; во время работы обращайте внимание на то, правильна ли последовательность включения и выключения машины, в норме ли показания каждого счетчика и светового индикатора.

3. Инверторы обычно имеют автоматическую защиту от обрыва цепи, перегрузки по току, перенапряжения, перегрева и других явлений, поэтому при возникновении этих явлений нет необходимости отключать их вручную; Точки автоматической защиты обычно устанавливаются на заводе, и нет необходимости настраивать их повторно.

4. В шкафу инвертора высокое напряжение. Операторам, как правило, не разрешается открывать дверь шкафа, и в обычное время дверь шкафа должна быть заперта.

5. Когда температура в помещении превышает 30°C, следует принять меры по отводу тепла и охлаждению, чтобы предотвратить выход оборудования из строя и продлить срок его службы.

Техническое обслуживание и осмотр

1. Регулярно проверяйте надежность подключения каждой части инвертора и отсутствие ослаблений. В частности, следует тщательно проверить вентилятор, модуль питания, входную и выходную клеммы и заземление.

2. После выключения сигнализации ее не допускается сразу включать. Перед запуском необходимо выяснить и устранить причину. Проверка должна проводиться строго в соответствии с этапами, указанными в руководстве по техническому обслуживанию преобразователя.

3. Операторы должны пройти специальную подготовку и уметь определять причины общих неисправностей и устранять их, например, умело заменять предохранители, компоненты и поврежденные печатные платы. Неподготовленный персонал не допускается к эксплуатации оборудования.

4. Если произошел несчастный случай, который трудно устранить, или причина несчастного случая неясна, необходимо вести подробный учет несчастного случая и своевременно уведомить производителя инвертора для разрешения ситуации.