Bách khoa toàn thư giới thiệu về bộ biến tần năng lượng mặt trời

Biến tần , còn được gọi là bộ điều chỉnh công suất và bộ điều chỉnh công suất, là một phần thiết yếu của hệ thống quang điện. Chức năng chính của biến tần quang điện là chuyển đổi nguồn điện DC do các tấm pin mặt trời tạo ra thành nguồn điện xoay chiều được sử dụng bởi các thiết bị gia dụng. Tất cả điện năng được tạo ra bởi các tấm pin mặt trời phải được xử lý bằng biến tần trước khi có thể xuất ra thế giới bên ngoài. [1] Thông qua mạch toàn cầu, bộ xử lý SPWM thường được sử dụng để tiến hành điều chế, lọc, tăng điện áp, v.v. để thu được nguồn điện xoay chiều hình sin phù hợp với tần số tải ánh sáng, điện áp định mức, v.v. cho người dùng cuối hệ thống. Với bộ biến tần, pin DC có thể được sử dụng để cung cấp nguồn điện xoay chiều cho các thiết bị.

Giới thiệu:

Hệ thống phát điện xoay chiều bằng năng lượng mặt trời bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ điều khiển sạc, biến tần và ắc quy; hệ thống phát điện năng lượng mặt trời DC không bao gồm biến tần. Quá trình chuyển đổi nguồn AC thành nguồn DC được gọi là chỉnh lưu, mạch hoàn thành chức năng chỉnh lưu được gọi là mạch chỉnh lưu và thiết bị thực hiện quá trình chỉnh lưu được gọi là thiết bị chỉnh lưu hoặc bộ chỉnh lưu. Tương ứng, quá trình chuyển đổi nguồn DC thành nguồn AC được gọi là biến tần, mạch hoàn thành chức năng biến tần được gọi là mạch biến tần và thiết bị thực hiện quá trình biến tần được gọi là thiết bị biến tần hoặc biến tần.

Cốt lõi của thiết bị biến tần là mạch chuyển mạch biến tần, gọi tắt là mạch biến tần. Mạch này hoàn thành chức năng biến tần bằng cách bật và tắt công tắc điện tử nguồn. Việc chuyển đổi các thiết bị chuyển mạch điện tử công suất yêu cầu các xung điều khiển nhất định và các xung này có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tín hiệu điện áp. Mạch tạo và điều chỉnh xung thường được gọi là mạch điều khiển hoặc vòng điều khiển. Cấu trúc cơ bản của thiết bị biến tần bao gồm, ngoài mạch biến tần và mạch điều khiển nêu trên, mạch bảo vệ, mạch đầu ra, mạch đầu vào, mạch đầu ra, v.v.

Đặc trưng:

Do sự đa dạng của các tòa nhà, chắc chắn sẽ dẫn đến sự đa dạng trong việc lắp đặt các tấm pin mặt trời. Để tối đa hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời trong khi vẫn tính đến vẻ đẹp của tòa nhà, điều này đòi hỏi phải đa dạng hóa các bộ biến tần của chúng tôi để đạt được cách sử dụng năng lượng mặt trời tốt nhất. Chuyển thành.

Đảo ngược tập trung

Biến tần tập trung thường được sử dụng trong hệ thống các nhà máy quang điện lớn (>10kW). Nhiều chuỗi quang điện song song được kết nối với đầu vào DC của cùng một bộ biến tần tập trung. Nói chung, mô-đun nguồn IGBT ba pha được sử dụng cho công suất cao. Những cái nhỏ hơn sử dụng bóng bán dẫn hiệu ứng trường và sử dụng bộ điều khiển chuyển đổi DSP để cải thiện chất lượng điện năng được tạo ra sao cho nó rất gần với dòng điện hình sin. Tính năng lớn nhất là công suất cao và chi phí thấp của hệ thống. Tuy nhiên, hiệu suất và công suất sản xuất điện của toàn bộ hệ thống quang điện bị ảnh hưởng bởi sự kết hợp của các dây quang điện và bóng râm một phần. Đồng thời, độ tin cậy phát điện của toàn bộ hệ thống quang điện bị ảnh hưởng bởi trạng thái làm việc kém của một nhóm đơn vị quang điện nhất định. Hướng nghiên cứu mới nhất là sử dụng điều khiển điều chế vectơ không gian và phát triển các kết nối cấu trúc liên kết biến tần mới để đạt được hiệu suất cao trong điều kiện tải một phần. Trên bộ biến tần tập trung SolarMax, có thể gắn hộp giao diện mảng quang điện để giám sát từng chuỗi tấm cánh buồm quang điện. Nếu một trong các dây không hoạt động bình thường, hệ thống sẽ truyền thông tin đến bộ điều khiển từ xa và chuỗi này có thể được dừng thông qua điều khiển từ xa, do đó sự cố của một dây quang điện sẽ không làm giảm hoặc ảnh hưởng đến công việc và năng lượng đầu ra của toàn bộ hệ thống quang điện.

Biến tần chuỗi

Biến tần chuỗi đã trở thành biến tần phổ biến nhất trên thị trường quốc tế. Biến tần chuỗi dựa trên khái niệm mô-đun. Mỗi chuỗi quang điện (1kW-5kW) đi qua một biến tần, có khả năng theo dõi đỉnh công suất tối đa ở đầu DC và được kết nối song song với lưới điện ở đầu AC. Nhiều nhà máy quang điện lớn sử dụng bộ biến tần chuỗi. Ưu điểm là không bị ảnh hưởng bởi sự khác biệt module và bóng giữa các dây, đồng thời làm giảm điểm vận hành tối ưu của module quang điện.

Không khớp với biến tần, do đó làm tăng sản lượng điện. Những ưu điểm kỹ thuật này không chỉ giảm chi phí hệ thống mà còn tăng độ tin cậy của hệ thống. Đồng thời, khái niệm "master-slave" được đưa ra giữa các chuỗi, để khi nguồn điện của một chuỗi trong hệ thống không thể làm cho một biến tần duy nhất hoạt động, một số nhóm chuỗi quang điện có thể được kết nối với nhau để cho phép một hoặc một vài người trong số họ đi làm. , do đó tạo ra nhiều năng lượng điện hơn. Khái niệm mới nhất là một số bộ biến tần tạo thành một "nhóm" với nhau để thay thế khái niệm "chủ-phụ", giúp hệ thống trở nên đáng tin cậy hơn.

Biến tần nhiều chuỗi

Biến tần nhiều chuỗi tận dụng các ưu điểm của biến tần tập trung và biến tần chuỗi, tránh được nhược điểm của chúng và có thể áp dụng cho các nhà máy quang điện có công suất vài kilowatt. Trong bộ biến tần nhiều chuỗi, bao gồm các bộ chuyển đổi DC-to-DC và theo dõi đỉnh công suất riêng lẻ khác nhau. DC được chuyển đổi thành nguồn AC thông qua bộ biến tần DC-to-AC thông thường và được kết nối với lưới điện. Các xếp hạng khác nhau của chuỗi quang điện (ví dụ: công suất định mức khác nhau, số lượng mô-đun trên mỗi chuỗi khác nhau, nhà sản xuất mô-đun khác nhau, v.v.), kích thước khác nhau hoặc công nghệ khác nhau của mô-đun quang điện, hướng khác nhau của chuỗi (ví dụ: hướng đông, nam và tây) , các góc nghiêng hoặc bóng khác nhau, có thể được kết nối với một biến tần chung, với mỗi chuỗi hoạt động ở mức công suất tối đa tương ứng. Đồng thời, độ dài của cáp DC được giảm xuống, giảm thiểu hiệu ứng đổ bóng giữa các dây và tổn thất do sự khác biệt giữa các dây gây ra.

Biến tần thành phần

Biến tần mô-đun kết nối từng mô-đun quang điện với một biến tần và mỗi mô-đun có một mức theo dõi đỉnh công suất tối đa độc lập, để mô-đun và biến tần phối hợp tốt hơn. Thường được sử dụng trong các nhà máy quang điện 50W đến 400W, tổng hiệu suất thấp hơn so với bộ biến tần chuỗi. Vì chúng được kết nối song song ở phía AC, điều này làm tăng độ phức tạp của hệ thống dây điện ở phía AC và gây khó khăn cho việc bảo trì. Một vấn đề nữa cần giải quyết là làm thế nào để kết nối vào lưới điện hiệu quả hơn. Cách đơn giản là kết nối trực tiếp với lưới điện thông qua ổ cắm AC thông thường, điều này có thể giảm chi phí và lắp đặt thiết bị, nhưng thường thì các tiêu chuẩn an toàn của lưới điện ở nhiều nơi có thể không cho phép. Khi làm như vậy, công ty điện lực có thể phản đối việc kết nối trực tiếp thiết bị phát điện với ổ cắm thông thường của hộ gia đình. Một yếu tố khác liên quan đến an toàn là liệu có cần máy biến áp cách ly (tần số cao hay tần số thấp) hay không hoặc có cho phép sử dụng biến tần không biến áp hay không. Biến tần này được sử dụng rộng rãi nhất trong các bức tường kính.

Hiệu suất biến tần năng lượng mặt trời

Hiệu quả của bộ biến tần năng lượng mặt trời đề cập đến thị trường ngày càng tăng của bộ biến tần năng lượng mặt trời (bộ biến tần quang điện) do nhu cầu về năng lượng tái tạo. Và những bộ biến tần này đòi hỏi hiệu suất và độ tin cậy cực kỳ cao. Các mạch điện được sử dụng trong các bộ biến tần này đã được kiểm tra và đưa ra các lựa chọn tốt nhất cho các thiết bị chuyển mạch và chỉnh lưu. Cấu trúc chung của bộ biến tần quang điện được thể hiện trong Hình 1. Có ba bộ biến tần khác nhau để lựa chọn. Ánh sáng mặt trời chiếu vào các mô-đun năng lượng mặt trời được kết nối nối tiếp và mỗi mô-đun chứa một bộ pin mặt trời được kết nối nối tiếp. Điện áp dòng điện một chiều (DC) do mô-đun năng lượng mặt trời tạo ra vào khoảng vài trăm volt, tùy thuộc vào điều kiện ánh sáng của mảng mô-đun, nhiệt độ của tế bào và số lượng mô-đun được kết nối nối tiếp.

Chức năng chính của loại biến tần này là chuyển đổi điện áp DC đầu vào thành giá trị ổn định. Chức năng này được thực hiện thông qua bộ chuyển đổi tăng áp và yêu cầu công tắc tăng tốc và diode tăng áp. Trong kiến ​​trúc đầu tiên, giai đoạn tăng tốc được theo sau bởi bộ chuyển đổi toàn cầu bị cô lập. Mục đích của máy biến áp toàn cầu là để cách ly. Bộ chuyển đổi toàn cầu thứ hai ở đầu ra được sử dụng để chuyển đổi DC từ bộ chuyển đổi toàn cầu giai đoạn đầu thành điện áp dòng điện xoay chiều (AC). Đầu ra của nó được lọc trước khi kết nối với mạng lưới AC thông qua một công tắc rơle tiếp điểm kép bổ sung, nhằm cách ly an toàn trong trường hợp có sự cố và cách ly khỏi lưới điện vào ban đêm. Cấu trúc thứ hai là một sơ đồ không cô lập. Trong số đó, điện áp xoay chiều được tạo ra trực tiếp bởi điện áp DC đầu ra ở giai đoạn tăng áp. Cấu trúc thứ ba sử dụng cấu trúc liên kết cải tiến gồm các công tắc nguồn và điốt nguồn để tích hợp các chức năng của bộ phận tăng áp và bộ tạo AC trong cấu trúc liên kết chuyên dụng, giúp biến tần hoạt động hiệu quả nhất có thể mặc dù hiệu suất chuyển đổi của tấm pin mặt trời rất thấp. Gần 100% nhưng rất quan trọng. Ở Đức, mô-đun dòng 3kW được lắp đặt trên mái nhà hướng về phía Nam dự kiến ​​sẽ tạo ra 2550 kWh mỗi năm. Nếu hiệu suất biến tần tăng từ 95% lên 96% thì có thể tạo thêm 25kWh điện mỗi năm. Chi phí sử dụng thêm các mô-đun năng lượng mặt trời để tạo ra 25kWh này tương đương với việc thêm một bộ biến tần. Vì việc tăng hiệu suất từ ​​95% lên 96% sẽ không làm tăng gấp đôi chi phí của bộ biến tần nên đầu tư vào một bộ biến tần hiệu quả hơn là một lựa chọn tất yếu. Đối với các thiết kế mới nổi, việc tăng hiệu suất biến tần theo cách tiết kiệm chi phí nhất là tiêu chí thiết kế quan trọng. Về độ tin cậy và giá thành của biến tần, chúng là hai tiêu chí thiết kế khác. Hiệu suất cao hơn làm giảm sự dao động nhiệt độ trong chu kỳ tải, từ đó cải thiện độ tin cậy, vì vậy những hướng dẫn này thực sự có liên quan. Việc sử dụng các mô-đun cũng sẽ làm tăng độ tin cậy.

Công tắc tăng cường và diode

Tất cả các cấu trúc liên kết được hiển thị đều yêu cầu chuyển mạch nguồn nhanh. Giai đoạn tăng tốc và giai đoạn chuyển đổi toàn cầu yêu cầu điốt chuyển mạch nhanh. Ngoài ra, các công tắc được tối ưu hóa cho chuyển mạch tần số thấp (100Hz) cũng rất hữu ích cho các cấu trúc liên kết này. Đối với bất kỳ công nghệ silicon nhất định nào, các công tắc được tối ưu hóa cho chuyển mạch nhanh sẽ có tổn thất dẫn truyền cao hơn các công tắc được tối ưu hóa cho các ứng dụng chuyển mạch tần số thấp.

Giai đoạn tăng tốc thường được thiết kế như một bộ chuyển đổi chế độ dòng điện liên tục. Tùy thuộc vào số lượng module năng lượng mặt trời trong dãy sử dụng trong biến tần mà bạn có thể lựa chọn sử dụng thiết bị 600V hay 1200V. Hai lựa chọn cho công tắc nguồn là MOSFET và IGBT. Nói chung, MOSFET có thể hoạt động ở tần số chuyển mạch cao hơn IGBT. Ngoài ra, ảnh hưởng của diode cơ thể phải luôn được tính đến: trong trường hợp giai đoạn tăng cường, đây không phải là vấn đề vì diode cơ thể không dẫn điện ở chế độ hoạt động bình thường. Tổn hao dẫn MOSFET có thể được tính toán từ RDS(ON) trên điện trở, tỷ lệ thuận với diện tích khuôn hiệu dụng của dòng MOSFET nhất định. Khi điện áp định mức thay đổi từ 600V lên 1200V, tổn hao dẫn điện của MOSFET sẽ tăng lên rất nhiều. Do đó, ngay cả khi RDS(ON) định mức tương đương thì MOSFET 1200V cũng không có sẵn hoặc giá quá cao.

Đối với các công tắc tăng áp có điện áp định mức 600V, có thể sử dụng MOSFET siêu tiếp nối. Đối với các ứng dụng chuyển mạch tần số cao, công nghệ này có tổn thất dẫn truyền tốt nhất. MOSFET có giá trị RDS(ON) dưới 100 milliohms trong gói TO-220 và MOSFET có giá trị RDS(ON) dưới 50 milliohms trong gói TO-247. Đối với các bộ biến tần năng lượng mặt trời cần chuyển nguồn 1200V thì IGBT là lựa chọn phù hợp. Các công nghệ IGBT tiên tiến hơn, chẳng hạn như NPT Trench và NPT Field Stop, được tối ưu hóa để giảm tổn thất dẫn điện, nhưng lại gây tổn thất chuyển mạch cao hơn, khiến chúng ít phù hợp hơn cho các ứng dụng tăng cường ở tần số cao.

Dựa trên công nghệ phẳng NPT cũ, một thiết bị FGL40N120AND đã được phát triển có thể nâng cao hiệu suất của mạch tăng áp với tần số chuyển mạch cao. Nó có EOFF là 43uJ/A. So với các thiết bị công nghệ tiên tiến hơn, EOFF là 80uJ/A, nhưng rất khó đạt được loại hiệu suất này. Nhược điểm của thiết bị FGL40N120AND là độ sụt điện áp bão hòa VCE(SAT) (3.0V so với 2.1V ở 125°C) cao, nhưng tổn thất chuyển mạch thấp ở tần số chuyển mạch tăng cao đã bù đắp cho điều này. Thiết bị còn tích hợp một diode chống song song. Trong điều kiện tăng cường hoạt động bình thường, diode này sẽ không dẫn điện. Tuy nhiên, trong quá trình khởi động hoặc trong điều kiện nhất thời, mạch tăng áp có thể được chuyển sang chế độ hoạt động, trong trường hợp đó diode chống song song sẽ dẫn điện. Vì bản thân IGBT không có diode cơ thể vốn có nên cần có diode đóng gói này để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy. Đối với điốt tăng cường, cần phải có điốt phục hồi nhanh như Stealth™ hoặc điốt silicon cacbon. Điốt cacbon-silic có điện áp chuyển tiếp và tổn thất rất thấp. Khi chọn một diode tăng áp, phải xem xét ảnh hưởng của dòng điện phục hồi ngược (hoặc điện dung tiếp giáp của diode carbon-silic) trên công tắc tăng áp, vì điều này sẽ dẫn đến tổn thất bổ sung. Ở đây, diode Stealth II FFP08S60S mới ra mắt có thể mang lại hiệu suất cao hơn. Khi VDD=390V, ID=8A, di/dt=200A/us và nhiệt độ vỏ là 100°C, tổn thất chuyển mạch được tính toán sẽ thấp hơn thông số FFP08S60S là 205mJ. Sử dụng diode Stealth ISL9R860P2, giá trị này đạt 225mJ. Vì vậy, điều này cũng cải thiện hiệu suất của biến tần ở tần số chuyển mạch cao.

Công tắc cầu và điốt

Sau khi lọc toàn cầu MOSFET, cầu đầu ra tạo ra tín hiệu dòng điện và điện áp hình sin 50Hz. Cách triển khai phổ biến là sử dụng kiến ​​trúc toàn cầu tiêu chuẩn (Hình 2). Trong hình, nếu các công tắc ở phía trên bên trái và phía dưới bên phải được bật, một điện áp dương sẽ được tải giữa các cực bên trái và bên phải; nếu các công tắc ở phía trên bên phải và phía dưới bên trái được bật, một điện áp âm sẽ được tải giữa cực bên trái và bên phải. Đối với ứng dụng này, chỉ có một công tắc được bật trong một khoảng thời gian nhất định. Một công tắc có thể được chuyển sang tần số cao tần số cao và công tắc còn lại chuyển sang tần số thấp 50Hz. Do mạch khởi động phụ thuộc vào việc chuyển đổi các thiết bị cấp thấp nên các thiết bị cấp thấp được chuyển sang tần số caoPWM, trong khi các thiết bị cao cấp được chuyển sang tần số thấp 50Hz. Ứng dụng này sử dụng công tắc nguồn 600V nên MOSFET siêu tiếp xúc 600V rất phù hợp với thiết bị chuyển mạch tốc độ cao này. Vì các thiết bị chuyển mạch này sẽ chịu được dòng phục hồi ngược hoàn toàn của các thiết bị khác khi bật công tắc nên các thiết bị siêu tiếp nối phục hồi nhanh như 600V FCH47N60F là lựa chọn lý tưởng. RDS(ON) của nó là 73 milliohms và tổn thất dẫn truyền của nó rất thấp so với các thiết bị phục hồi nhanh tương tự khác. Khi thiết bị này chuyển đổi ở tần số 50Hz thì không cần sử dụng tính năng phục hồi nhanh. Các thiết bị này có các đặc tính dv/dt và di/dt tuyệt vời, giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống so với các MOSFET siêu tiếp xúc tiêu chuẩn.

Một lựa chọn khác đáng để khám phá là sử dụng thiết bị FGH30N60LSD. Đó là IGBT 30A/600V với điện áp bão hòa VCE(SAT) chỉ 1,1V. EOFF tổn thất tắt của nó rất cao, đạt 10mJ, do đó nó chỉ thích hợp cho việc chuyển đổi tần số thấp. MOSFET 50 milliohm có RDS(ON) trên điện trở là 100 milliohms ở nhiệt độ hoạt động. Do đó, ở 11A, nó có cùng VDS với VCE(SAT) của IGBT. Vì IGBT này dựa trên công nghệ đánh thủng cũ hơn nên VCE(SAT) không thay đổi nhiều theo nhiệt độ. Do đó IGBT này làm giảm tổn thất tổng thể trong cầu đầu ra, từ đó tăng hiệu suất tổng thể của biến tần. Việc FGH30N60LSD IGBT chuyển từ công nghệ chuyển đổi năng lượng này sang cấu trúc liên kết chuyên dụng khác sau mỗi nửa chu kỳ cũng rất hữu ích. IGBT được sử dụng ở đây làm công tắc tôpô. Để chuyển mạch nhanh hơn, các thiết bị siêu tiếp nối phục hồi nhanh và thông thường được sử dụng. Đối với cấu trúc liên kết chuyên dụng 1200V và cấu trúc toàn cầu, FGL40N120AND nói trên là một công tắc rất phù hợp cho các bộ biến tần năng lượng mặt trời tần số cao mới. Khi các công nghệ chuyên dụng yêu cầu điốt, điốt Stealth II, Hyperfast™ II và điốt cacbon-silic là những giải pháp tuyệt vời.

chức năng:

Biến tần không chỉ có chức năng chuyển đổi DC sang AC mà còn có chức năng tối đa hóa hiệu suất của pin mặt trời và chức năng bảo vệ lỗi hệ thống. Tóm lại có chức năng tự động chạy và tắt, chức năng điều khiển theo dõi công suất cực đại, chức năng ngăn chặn vận hành độc lập (đối với hệ thống nối lưới), chức năng điều chỉnh điện áp tự động (đối với hệ thống nối lưới), chức năng phát hiện DC (đối với hệ thống nối lưới). ) và phát hiện mặt đất DC. Chức năng (đối với hệ thống nối lưới). Dưới đây là phần giới thiệu ngắn gọn về chức năng chạy và tắt tự động cũng như chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa.

Chức năng vận hành và tắt tự động: Sau khi mặt trời mọc vào buổi sáng, cường độ bức xạ mặt trời tăng dần và sản lượng của pin mặt trời cũng tăng lên. Khi đạt được công suất đầu ra cần thiết cho hoạt động của biến tần, biến tần sẽ tự động bắt đầu chạy. Sau khi đi vào vận hành, biến tần sẽ luôn giám sát đầu ra của các mô-đun pin mặt trời. Miễn là công suất đầu ra của mô-đun pin mặt trời lớn hơn công suất đầu ra cần thiết cho tác vụ biến tần, biến tần sẽ tiếp tục hoạt động; nó sẽ dừng cho đến khi mặt trời lặn, ngay cả khi Biến tần cũng có thể hoạt động vào những ngày mưa. Khi đầu ra mô-đun năng lượng mặt trời trở nên nhỏ hơn và đầu ra biến tần tiến về 0, biến tần sẽ chuyển sang trạng thái chờ.

Chức năng điều khiển theo dõi công suất tối đa: Đầu ra của mô-đun pin mặt trời thay đổi theo cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ của chính mô-đun pin mặt trời (nhiệt độ chip). Ngoài ra, do các mô-đun pin mặt trời có đặc điểm là điện áp giảm khi dòng điện tăng nên có một điểm vận hành tối ưu để có thể đạt được công suất tối đa. Cường độ bức xạ mặt trời đang thay đổi và rõ ràng điểm làm việc tối ưu cũng đang thay đổi. Liên quan đến những thay đổi này, điểm làm việc của mô-đun pin mặt trời luôn được giữ ở điểm công suất tối đa và hệ thống luôn thu được công suất tối đa từ mô-đun pin mặt trời. Loại điều khiển này là điều khiển theo dõi công suất tối đa. Tính năng lớn nhất của bộ biến tần được sử dụng trong các hệ thống phát điện mặt trời là chúng bao gồm chức năng theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT).

kiểu

Phân loại phạm vi ứng dụng

(1) Biến tần thông thường

Đầu vào DC 12V hoặc 24V, đầu ra AC 220V, 50Hz, công suất từ ​​75W đến 5000W, một số model có chuyển đổi AC và DC, tức là có chức năng UPS.

(2) Máy biến tần/sạc đa năng

Ở loại biến tần này, người dùng có thể sử dụng nhiều dạng nguồn điện khác nhau để cấp nguồn cho các tải AC: khi có nguồn điện xoay chiều, nguồn điện xoay chiều được sử dụng để cấp nguồn cho tải thông qua biến tần hoặc để sạc ắc quy; khi không có nguồn điện xoay chiều, pin sẽ được sử dụng để cấp nguồn cho tải AC. . Nó có thể được sử dụng kết hợp với nhiều nguồn năng lượng khác nhau: pin, máy phát điện, tấm pin mặt trời và tua-bin gió.

(3) Biến tần chuyên dụng cho bưu chính viễn thông

Cung cấp biến tần 48V chất lượng cao cho dịch vụ bưu chính viễn thông. Sản phẩm có chất lượng tốt, độ tin cậy cao, sử dụng biến tần mô-đun (mô-đun là 1KW), có chức năng dự phòng N+1 và có thể mở rộng (công suất từ ​​2KW đến 20KW). ).

(4) Biến tần đặc biệt cho ngành hàng không và quân sự

Loại biến tần này có đầu vào 28Vdc và có thể cung cấp các đầu ra AC sau: 26Vac, 115Vac, 230Vac. Tần số đầu ra của nó có thể là: 50Hz, 60Hz và 400Hz, và công suất đầu ra nằm trong khoảng từ 30VA đến 3500VA. Ngoài ra còn có bộ chuyển đổi DC-DC và bộ chuyển đổi tần số dành riêng cho ngành hàng không.

Phân loại dạng sóng đầu ra

(1) Biến tần sóng vuông

Đầu ra dạng sóng điện áp xoay chiều của bộ biến tần sóng vuông là sóng vuông. Các mạch biến tần được loại biến tần này sử dụng không hoàn toàn giống nhau nhưng đặc điểm chung là mạch tương đối đơn giản và số lượng ống công tắc nguồn được sử dụng ít. Công suất thiết kế thường nằm trong khoảng từ một trăm watt đến một kilowatt. Ưu điểm của biến tần sóng vuông là: mạch đơn giản, giá rẻ và dễ bảo trì. Nhược điểm là điện áp sóng vuông chứa nhiều sóng hài bậc cao, sẽ tạo thêm tổn thất trong các thiết bị tải có cuộn cảm hoặc máy biến áp lõi sắt, gây nhiễu sóng vô tuyến và một số thiết bị liên lạc. Ngoài ra, loại biến tần này còn có những nhược điểm như dải điều chỉnh điện áp không đủ, chức năng bảo vệ không đầy đủ và độ ồn tương đối cao.

(2) Biến tần bước sóng

Đầu ra dạng sóng điện áp xoay chiều của loại biến tần này là sóng bước. Có nhiều đường dây khác nhau để biến tần nhận ra đầu ra sóng bước và số bước trong dạng sóng đầu ra rất khác nhau. Ưu điểm của biến tần sóng bước là dạng sóng đầu ra được cải thiện đáng kể so với sóng vuông và hàm lượng sóng hài bậc cao giảm xuống. Khi các bước đạt hơn 17, dạng sóng đầu ra có thể đạt được dạng sóng gần như hình sin. Khi sử dụng đầu ra không biến áp, hiệu suất tổng thể rất cao. Nhược điểm là mạch chồng chất sóng bậc thang sử dụng nhiều ống công tắc nguồn và một số dạng mạch yêu cầu nhiều bộ đầu vào nguồn DC. Điều này gây rắc rối cho việc phân nhóm và nối dây các mảng pin mặt trời cũng như việc sạc pin cân bằng. Ngoài ra, điện áp sóng cầu thang vẫn có một số nhiễu tần số cao gây nhiễu sóng vô tuyến và một số thiết bị liên lạc.

Biến tần sóng sin

Đầu ra dạng sóng điện áp xoay chiều của bộ biến tần sóng hình sin là sóng hình sin. Ưu điểm của biến tần sóng hình sin là có dạng sóng đầu ra tốt, độ méo rất thấp, ít gây nhiễu sóng radio và thiết bị, độ ồn thấp. Ngoài ra, nó có chức năng bảo vệ hoàn chỉnh và hiệu quả tổng thể cao. Nhược điểm là: mạch tương đối phức tạp, đòi hỏi công nghệ bảo trì cao và đắt tiền.

Việc phân loại ba loại bộ biến tần trên giúp ích cho người thiết kế và người sử dụng hệ thống quang điện và hệ thống điện gió trong việc xác định và lựa chọn bộ biến tần. Trên thực tế, các biến tần có cùng dạng sóng vẫn có sự khác biệt lớn về nguyên lý mạch điện, thiết bị sử dụng, phương pháp điều khiển, v.v.

Các phương pháp phân loại khác

1. Theo tần số của nguồn điện xoay chiều đầu ra, nó có thể được chia thành biến tần tần số nguồn, biến tần tần số trung bình và biến tần tần số cao. Tần số của bộ biến tần nguồn là 50 đến 60Hz; tần số của biến tần trung tần thường là 400Hz đến hơn 10 kHz; tần số của biến tần tần số cao thường lớn hơn mười kHz đến MHz.

2. Theo số pha đầu ra của biến tần, nó có thể được chia thành biến tần một pha, biến tần ba pha và biến tần nhiều pha.

3. Theo đích đến của công suất đầu ra của biến tần, nó có thể được chia thành biến tần chủ động và biến tần thụ động. Bất kỳ biến tần nào truyền năng lượng điện đầu ra của biến tần vào lưới điện công nghiệp được gọi là biến tần hoạt động; bất kỳ biến tần nào truyền năng lượng điện đầu ra của biến tần đến một số tải điện đều được gọi là biến tần thụ động. thiết bị.

4. Theo dạng mạch chính của biến tần, nó có thể được chia thành biến tần một đầu, biến tần kéo đẩy, biến tần nửa cầu và biến tần toàn cầu.

5. Theo loại thiết bị chuyển mạch chính của biến tần, nó có thể được chia thành biến tần thyristor, biến tần bóng bán dẫn, biến tần hiệu ứng trường và biến tần bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT). Nó có thể được chia thành hai loại: biến tần "bán điều khiển" và biến tần "điều khiển hoàn toàn". Cái trước không có khả năng tự tắt, linh kiện sau khi bật sẽ mất chức năng điều khiển nên gọi là "bán điều khiển" và thyristor thông thường thuộc loại này; loại sau có khả năng tự tắt, tức là không có thiết bị bật tắt nào có thể được điều khiển bằng điện cực điều khiển nên gọi là "loại điều khiển hoàn toàn". Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường điện và bóng bán dẫn hai nguồn cách điện (IGBT) đều thuộc loại này.

6. Theo nguồn điện DC, nó có thể được chia thành biến tần nguồn điện áp (VSI) và biến tần nguồn hiện tại (CSI). Trước đây, điện áp DC gần như không đổi và điện áp đầu ra là sóng vuông xen kẽ; ở phần sau, dòng điện một chiều gần như không đổi và dòng điện đầu ra là sóng vuông xen kẽ.

7. Theo phương pháp điều khiển biến tần, nó có thể được chia thành biến tần điều chế tần số (PFM) và biến tần điều chế độ rộng xung (PWM).

8. Theo chế độ làm việc của mạch chuyển mạch biến tần, nó có thể được chia thành biến tần cộng hưởng, biến tần chuyển mạch cứng tần số cố định và biến tần chuyển mạch mềm tần số cố định.

9. Theo phương pháp chuyển mạch của biến tần, nó có thể được chia thành biến tần chuyển mạch tải và biến tần tự chuyển mạch.

Thông số hiệu suất:

Có nhiều thông số và điều kiện kỹ thuật mô tả hiệu suất của biến tần. Ở đây chúng tôi chỉ giải thích ngắn gọn về các thông số kỹ thuật thường được sử dụng khi đánh giá biến tần.

1. Điều kiện môi trường sử dụng biến tần. Điều kiện sử dụng bình thường của biến tần: độ cao không vượt quá 1000m và nhiệt độ không khí là 0 ~ + 40oC.

2. Điều kiện nguồn điện đầu vào DC, phạm vi dao động điện áp DC đầu vào: ± 15% giá trị điện áp định mức của bộ pin.

3. Điện áp đầu ra định mức, trong phạm vi dao động cho phép quy định của điện áp DC đầu vào, nó thể hiện giá trị điện áp định mức mà biến tần có thể xuất ra. Độ chính xác ổn định của giá trị điện áp định mức đầu ra thường có các quy định sau:

(1) Trong quá trình hoạt động ở trạng thái ổn định, phạm vi dao động điện áp phải được giới hạn, ví dụ, độ lệch của nó không được vượt quá ± 3% hoặc ± 5% giá trị định mức.

(2) Trong các tình huống động khi tải thay đổi đột ngột hoặc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiễu khác, độ lệch điện áp đầu ra không được vượt quá ±8% hoặc ±10% giá trị định mức.

4. Tần số đầu ra định mức, tần số của điện áp xoay chiều đầu ra biến tần phải là giá trị tương đối ổn định, thường là tần số nguồn là 50Hz. Độ lệch phải nằm trong phạm vi ± 1% trong điều kiện làm việc bình thường.

5. Dòng điện đầu ra định mức (hoặc công suất đầu ra định mức) cho biết dòng điện đầu ra định mức của biến tần trong phạm vi hệ số công suất tải được chỉ định. Một số sản phẩm biến tần cho công suất đầu ra định mức, biểu thị bằng VA hoặc kVA. Công suất định mức của biến tần là khi hệ số công suất đầu ra bằng 1 (nghĩa là tải thuần trở), điện áp đầu ra định mức là tích của dòng điện đầu ra định mức.

6. Hiệu suất đầu ra định mức. Hiệu suất của biến tần là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào trong các điều kiện làm việc quy định, tính bằng %. Hiệu suất của biến tần ở công suất đầu ra định mức là hiệu suất đầy tải, và hiệu suất ở mức 10% công suất đầu ra định mức là hiệu suất tải thấp.

7. Nội dung hài tối đa của biến tần. Đối với biến tần sóng hình sin, dưới tải điện trở, hàm lượng hài tối đa của điện áp đầu ra phải là 10%.

8. Công suất quá tải của biến tần đề cập đến khả năng biến tần tạo ra nhiều hơn giá trị dòng định mức trong một khoảng thời gian ngắn trong các điều kiện quy định. Công suất quá tải của biến tần phải đáp ứng các yêu cầu nhất định theo hệ số công suất tải quy định.

9. Hiệu suất của biến tần là tỷ số giữa công suất tác dụng đầu ra của biến tần và công suất tác dụng đầu vào (hoặc nguồn DC) theo điện áp đầu ra định mức, dòng điện đầu ra và hệ số công suất tải quy định.

10. Hệ số công suất tải thể hiện khả năng của biến tần mang tải cảm ứng hoặc điện dung. Trong điều kiện sóng hình sin, hệ số công suất tải là 0,7 ~ 0,9 (độ trễ) và giá trị định mức là 0,9.

11. Tải không đối xứng. Dưới tải không đối xứng 10%, độ bất đối xứng của điện áp đầu ra của biến tần ba pha tần số cố định phải là 10%.

12. Mất cân bằng điện áp đầu ra. Trong điều kiện hoạt động bình thường, đầu ra mất cân bằng điện áp ba pha (tỷ lệ giữa thành phần thứ tự ngược và thành phần thứ tự dương) do biến tần tạo ra không được vượt quá một giá trị xác định, thường được biểu thị bằng %, chẳng hạn như 5% hoặc 8%.

13. Đặc tính khởi động: Trong điều kiện vận hành bình thường, biến tần có thể khởi động bình thường 5 lần liên tiếp trong điều kiện vận hành đầy tải và không tải.

14. Các chức năng bảo vệ, nên cài đặt biến tần: bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ quá áp, bảo vệ thấp áp và bảo vệ mất pha. Trong số đó, bảo vệ quá áp có nghĩa là đối với các bộ biến tần không có biện pháp ổn định điện áp thì cần có biện pháp bảo vệ quá áp đầu ra để bảo vệ cực âm khỏi bị hư hỏng do quá áp đầu ra. Bảo vệ quá dòng đề cập đến bảo vệ quá dòng của biến tần, có thể đảm bảo hoạt động kịp thời khi tải bị đoản mạch hoặc dòng điện vượt quá giá trị cho phép để bảo vệ nó khỏi bị hư hỏng do dòng điện đột biến.

15. Nhiễu và chống nhiễu, biến tần phải có khả năng chịu được nhiễu điện từ trong môi trường chung trong các điều kiện làm việc bình thường được chỉ định. Hiệu suất chống nhiễu và khả năng tương thích điện từ của biến tần phải tuân thủ các tiêu chuẩn liên quan.

16. Các biến tần không vận hành, giám sát và bảo trì thường xuyên phải ≤95db; biến tần được vận hành, giám sát và bảo trì thường xuyên phải ≤80db.

17. Màn hình hiển thị, biến tần phải được trang bị màn hình hiển thị dữ liệu các thông số như điện áp đầu ra AC, dòng điện đầu ra và tần số đầu ra, đồng thời hiển thị tín hiệu trạng thái trực tiếp, có điện và trạng thái lỗi của đầu vào.

18. Chức năng giao tiếp. Chức năng liên lạc từ xa cho phép người dùng kiểm tra tình trạng hoạt động của máy và dữ liệu được lưu trữ mà không cần đến tận nơi.

19. Biến dạng dạng sóng của điện áp đầu ra. Khi điện áp đầu ra của biến tần là hình sin, phải xác định độ méo dạng sóng tối đa cho phép (hoặc hàm lượng sóng hài). Thường được biểu thị bằng tổng độ méo dạng sóng của điện áp đầu ra, giá trị của nó không được vượt quá 5% (cho phép 10% đối với đầu ra một pha).

20. Đặc tính khởi động, đặc trưng cho khả năng khởi động có tải của biến tần và hiệu suất của nó trong quá trình vận hành động. Biến tần phải đảm bảo khởi động đáng tin cậy dưới tải định mức.

21. Tiếng ồn. Máy biến áp, cuộn cảm lọc, công tắc điện từ, quạt và các bộ phận khác trong thiết bị điện tử công suất đều tạo ra tiếng ồn. Khi biến tần hoạt động bình thường, độ ồn của nó không được vượt quá 80dB và tiếng ồn của biến tần nhỏ không được vượt quá 65dB.

Đặc điểm pin:

pin quang điện

Để phát triển hệ thống biến tần năng lượng mặt trời, điều quan trọng trước tiên là phải hiểu các đặc điểm khác nhau của pin mặt trời (tế bào PV). Rp và Rs là các điện trở ký sinh, lần lượt là vô hạn và bằng 0 trong các trường hợp lý tưởng.

Cường độ ánh sáng và nhiệt độ có thể ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính hoạt động của tế bào PV. Dòng điện tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng, nhưng sự thay đổi ánh sáng ít ảnh hưởng đến điện áp hoạt động. Tuy nhiên, điện áp hoạt động bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ pin tăng làm giảm điện áp hoạt động nhưng ít ảnh hưởng đến dòng điện tạo ra. Hình dưới đây minh họa ảnh hưởng của nhiệt độ và ánh sáng lên mô-đun PV.

Những thay đổi về cường độ ánh sáng có tác động lớn hơn đến công suất đầu ra của pin so với những thay đổi về nhiệt độ. Điều này đúng với tất cả các vật liệu PV thường được sử dụng. Một hệ quả quan trọng của sự kết hợp của hai hiệu ứng này là công suất của tế bào quang điện giảm khi cường độ ánh sáng giảm và/hoặc nhiệt độ tăng.

Điểm công suất tối đa (MPP)

Pin mặt trời có thể hoạt động trong phạm vi rộng của điện áp và dòng điện. MPP được xác định bằng cách tăng liên tục tải điện trở trên ô được chiếu sáng từ 0 (sự kiện ngắn mạch) lên giá trị rất cao (sự kiện mạch hở). MPP là điểm vận hành tại đó V x I đạt giá trị cực đại và ở cường độ chiếu sáng này có thể đạt được công suất tối đa. Công suất đầu ra khi xảy ra sự kiện ngắn mạch (điện áp PV bằng 0) hoặc hở mạch (dòng PV bằng 0) bằng 0.

Pin mặt trời silicon đơn tinh thể chất lượng cao tạo ra điện áp mạch hở 0,60 volt ở nhiệt độ 25°C. Với ánh sáng mặt trời đầy đủ và nhiệt độ không khí 25°C, nhiệt độ của một tế bào nhất định có thể gần 45°C, điều này sẽ làm giảm điện áp mạch hở xuống khoảng 0,55V. Khi nhiệt độ tăng, điện áp mạch hở tiếp tục giảm cho đến khi Mô-đun PV bị đoản mạch.

Công suất tối đa ở nhiệt độ pin 45°C thường được tạo ra ở điện áp mạch hở 80% và dòng điện ngắn mạch 90%. Dòng điện ngắn mạch của pin gần như tỷ lệ thuận với độ chiếu sáng và điện áp hở mạch chỉ có thể giảm 10% khi độ chiếu sáng giảm 80%. Pin chất lượng thấp hơn sẽ giảm điện áp nhanh hơn khi dòng điện tăng, từ đó làm giảm nguồn điện sẵn có. Sản lượng giảm từ 70% xuống 50%, thậm chí chỉ 25%.

Bộ biến tần vi mô mặt trời phải đảm bảo rằng các mô-đun PV đang hoạt động ở MPP tại bất kỳ thời điểm nào để có thể thu được năng lượng tối đa từ các mô-đun PV. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng vòng điều khiển điểm công suất tối đa, còn được gọi là Bộ theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT). Để đạt được tỷ lệ theo dõi MPP cao cũng đòi hỏi độ gợn điện áp đầu ra của PV phải đủ nhỏ để dòng điện PV không thay đổi quá nhiều khi hoạt động gần điểm công suất cực đại.

Dải điện áp MPP của môđun PV thường có thể được xác định trong khoảng từ 25V đến 45V, với công suất phát khoảng 250W và điện áp mạch hở dưới 50V.

Sử dụng và bảo trì:

sử dụng

1. Kết nối và lắp đặt thiết bị theo đúng yêu cầu của hướng dẫn vận hành và bảo trì biến tần. Trong quá trình lắp đặt, bạn nên kiểm tra cẩn thận: đường kính dây có đáp ứng yêu cầu hay không; liệu các bộ phận và thiết bị đầu cuối có bị lỏng trong quá trình vận chuyển hay không; các bộ phận cách điện có được cách nhiệt tốt hay không; việc nối đất của hệ thống có đáp ứng quy định hay không.

2. Biến tần phải được vận hành và sử dụng theo đúng hướng dẫn sử dụng và bảo trì. Đặc biệt: trước khi bật máy, hãy chú ý xem điện áp đầu vào có bình thường hay không; Trong quá trình vận hành chú ý xem trình tự bật tắt máy có đúng không, các chỉ báo của từng đồng hồ và đèn báo có bình thường hay không.

3. Biến tần thường có tính năng bảo vệ tự động chống đứt mạch, quá dòng, quá điện áp, quá nhiệt và các vấn đề khác nên khi xảy ra những hiện tượng này thì không cần phải tắt thủ công; các điểm bảo vệ của bảo vệ tự động thường được đặt tại nhà máy và không cần phải điều chỉnh lại.

4. Có điện áp cao trong tủ biến tần. Người vận hành thường không được phép mở cửa tủ và cửa tủ phải được khóa vào thời gian bình thường.

5. Khi nhiệt độ phòng vượt quá 30°C, cần thực hiện các biện pháp tản nhiệt và làm mát để tránh hỏng hóc thiết bị và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Bảo trì và kiểm tra

1. Thường xuyên kiểm tra xem hệ thống dây điện của từng bộ phận của biến tần có chắc chắn không và có bị lỏng lẻo hay không. Đặc biệt, cần kiểm tra cẩn thận quạt, mô-đun nguồn, đầu vào, đầu ra và nối đất.

2. Sau khi báo thức tắt, nó không được phép khởi động ngay lập tức. Cần tìm ra nguyên nhân và sửa chữa trước khi khởi động. Việc kiểm tra phải được thực hiện nghiêm ngặt theo các bước được chỉ định trong sách hướng dẫn bảo trì biến tần.

3. Người vận hành phải được đào tạo đặc biệt và có khả năng xác định nguyên nhân gây ra các lỗi chung và loại bỏ chúng, chẳng hạn như thay thế cầu chì, linh kiện và bảng mạch bị hỏng một cách khéo léo. Nhân viên chưa được đào tạo không được phép vận hành thiết bị.

4. Nếu xảy ra tai nạn khó loại bỏ hoặc nguyên nhân gây ra tai nạn không rõ ràng, cần lưu giữ hồ sơ chi tiết về vụ tai nạn và thông báo kịp thời cho nhà sản xuất biến tần để giải quyết.