• bbb

Care este rolul condensatorului de magistrală pentru invertorul fotovoltaic

Invertoarele aparțin unui grup mare de convertoare statice, care include multe dintre cele de astăzidispozitive capabile săconvertitparametrii electrici de intrare, cum ar fi tensiunea și frecvența, astfel încât să se producă o ieșire compatibilă cu cerințele sarcinii.

 În general, invertoarele sunt dispozitive capabile să convertească curentul continuu în curent alternativ și sunt destul de comune în aplicațiile de automatizare industrială și în acționările electrice. Arhitectura și designul diferitelor tipuri de invertoare se schimbă în funcție de fiecare aplicație specifică, chiar dacă scopul lor principal este același (conversia de la curent continuu la curent alternativ).

 

1. Invertoare independente și conectate la rețea

Invertoarele utilizate în aplicațiile fotovoltaice sunt împărțite în mod tradițional în două categorii principale:

:Invertoare independente

:Invertoare conectate la rețea

 Invertoarele independente sunt destinate aplicațiilor în care instalația fotovoltaică nu este conectată la rețeaua principală de distribuție a energiei. Invertorul este capabil să furnizeze energie electrică sarcinilor conectate, asigurând stabilitatea principalilor parametri electrici (tensiune și frecvență). Acest lucru îi menține în limite predefinite, capabili să reziste situațiilor de supraîncărcare temporară. În această situație, invertorul este cuplat cu un sistem de stocare a bateriei pentru a asigura o alimentare constantă cu energie.

 Invertoarele conectate la rețea, pe de altă parte, se pot sincroniza cu rețeaua electrică la care sunt conectate deoarece, în acest caz, tensiunea și frecvența suntimpusde rețeaua principală. Aceste invertoare trebuie să se poată deconecta în cazul unei defecțiuni a rețelei principale pentru a evita orice posibilă alimentare inversă a rețelei principale, ceea ce ar putea reprezenta un pericol grav.

  • Figura 1 - Exemplu de sistem independent și sistem conectat la rețea. Imagine oferită de Biblus.
WPS图片(1)

2. Care este rolul condensatorului de magistrală

Scopul unui invertor este de a transforma o tensiune de undă continuă într-un semnal alternativ pentru a injecta energie într-o sarcină (de exemplu, rețeaua electrică) la o frecvență dată și cu un unghi de fază mic (φ ≈0). Un circuit simplificat pentru o modulație unipolară a lățimii impulsurilor (PWM) monofazată este prezentat în Figura2 (aceeași schemă generală poate fi extinsă la un sistem trifazat). În această schemă, un sistem fotovoltaic, acționând ca o sursă de tensiune continuă cu o anumită inductanță a sursei, este modelat într-un semnal alternativ prin intermediul a patru comutatoare IGBT în paralel cu diode cu funcție de rotire liberă. Aceste comutatoare sunt controlate la poartă printr-un semnal PWM, care este de obicei ieșirea unui circuit integrat ce compară o undă purtătoare (de obicei o undă sinusoidală cu frecvența de ieșire dorită) și o undă de referință la o frecvență semnificativ mai mare (de obicei o undă triunghiulară la 5-20 kHz). Ieșirea IGBT-urilor este modelată într-un semnal alternativ potrivit pentru utilizare sau injectare în rețea prin aplicarea diferitelor topologii de filtre LC.

4564

Figura 2: Modulație cu lățime pulsată (PWM) monofazatăconfigurația invertorului. Comutatoarele IGBT, împreună cu filtrul de ieșire LC, modelează semnalul de intrare DC într-un semnal AC utilizabil. Acest lucru induce oondulație de tensiune dăunătoare pe bornele fotovoltaice. MagistralaCondensatorul este dimensionat pentru a reduce această ondulație.

 

 

Funcționarea IGBT-urilor introduce o tensiune de ripple pe terminalul panoului fotovoltaic. Această ripple este dăunătoare funcționării sistemului fotovoltaic, deoarece tensiunea nominală aplicată terminalelor trebuie menținută la punctul de putere maximă (MPP) al curbei IV pentru a extrage cea mai mare putere. O ripple de tensiune pe terminalele fotovoltaice va face ca puterea extrasă din sistem să oscileze, rezultând...

o putere medie de ieșire mai mică (Figura 3). Un condensator este adăugat pe magistrală pentru a netezi ondulația de tensiune.

图片1

Figura 3: O ondulație de tensiune introdusă pe terminalele fotovoltaice de schema invertorului PWM deplasează tensiunea aplicată în afara punctului de putere maximă (MPP) al panoului fotovoltaic. Aceasta introduce o ondulație în puterea de ieșire a panoului, astfel încât puterea medie de ieșire este mai mică decât MPP-ul nominal.

 

Amplitudinea (vârf la vârf) a ondulației de tensiune este determinată de frecvența de comutare, tensiunea fotovoltaică, capacitatea magistralei și inductanța filtrului conform:

图片2

unde:

VPV este tensiunea continuă a panoului solar,

Cbus este capacitatea condensatorului de magistrală,

L este inductanța inductoarelor filtrului,

fPWM este frecvența de comutare.

 

 

Ecuația (1) se aplică unui condensator ideal care împiedică trecerea sarcinii prin condensator în timpul încărcării și apoi descarcă energia aflată în câmpul electric fără rezistență. În realitate, niciun condensator nu este ideal (Figura 4), ci este compus din mai multe elemente. Pe lângă capacitatea ideală, dielectricul nu este perfect rezistiv și un mic curent de scurgere curge de la anod la catod de-a lungul unei rezistențe shunt finite (Rsh), ocolind capacitatea dielectrică (C). Când curentul trece prin condensator, pinii, foile și dielectricul nu sunt perfect conductoare și există o rezistență serie echivalentă (ESR) în serie cu capacitatea. În cele din urmă, condensatorul stochează o anumită energie în câmpul magnetic, deci există o inductanță serie echivalentă (ESL) în serie cu capacitatea și ESR.

图片3

Figura 4: Circuit echivalent al unui condensator generic. Un condensator estecompus din multe elemente neideale, inclusiv capacitate dielectrică (C), o rezistență șunt neinfinită prin dielectric care ocolește condensatorul, rezistență serie (ESR) și inductanță serie (ESL).

 

 

Chiar și într-o componentă aparent simplă precum un condensator, există mai multe elemente care se pot defecta sau degrada. Fiecare dintre aceste elemente poate afecta comportamentul invertorului, atât pe partea de curent alternativ, cât și pe cea de curent continuu. Pentru a determina efectul degradării componentelor condensatoarelor neideale asupra ondulației de tensiune introduse pe bornele fotovoltaice, a fost simulat un invertor PWM unipolar în punte H (Figura 2) folosind SPICE. Condensatoarele și inductoarele de filtrare sunt menținute la 250µF și, respectiv, 20mH. Modelele SPICE pentru IGBT-uri sunt derivate din lucrările lui Petrie și colab. Semnalul PWM, care controlează comutatoarele IGBT, este determinat de un circuit comparator și inversor comparator pentru comutatoarele IGBT de înaltă și, respectiv, de joasă tensiune. Intrarea pentru comenzile PWM este o undă purtătoare sinusoidală de 9,5V, 60Hz și o undă triunghiulară de 10V, 10kHz.

 

  1. Soluție CRE

CRE este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în producția de condensatoare cu film, concentrându-se pe aplicații în electronica de putere.

CRE oferă soluția matură din seria de condensatoare cu film pentru invertoare fotovoltaice, care include circuite integrate (DC-link), filtru de curent alternativ și amortizor (snubber).

图片4

Data publicării: 01.12.2023

Trimite-ne mesajul tău: