Scopul unui invertor este de a transforma o tensiune de formă de undă de curent continuu într-un semnal de curent alternativ pentru a injecta putere într-o sarcină (de exemplu, rețeaua electrică) la o frecvență dată și cu un unghi de fază mic (φ ≈0).În figură este prezentat un circuit simplificat pentru o modulare unipolară pe lățime de impuls (PWM) unipolară2 (aceeași schemă generală poate fi extinsă la un sistem trifazat).În această schemă, un sistem fotovoltaic, care acționează ca o sursă de tensiune DC cu o anumită inductanță a sursei, este modelat într-un semnal AC prin patru comutatoare IGBT în paralel cu diode cu roată liberă.Aceste comutatoare sunt controlate la poartă printr-un semnal PWM, care este de obicei ieșirea unui circuit integrat care compară o undă purtătoare (de obicei o undă sinusoidală a frecvenței de ieșire dorite) 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 AC adecvat pentru utilizare sau injecție în rețea prin aplicarea diferitelor topologii de filtre LC.
Invertoarele aparțin unui grup mare de convertoare statice, care includ multe dintre cele de astăzi's dispozitive capabile să„convertit”parametrii electrici la intrare, cum ar fi tensiunea și frecvența, astfel încât să se producă o ieșire compatibilă cu cerințele sarcinii.
În general, invertoarele sunt dispozitivele capabile să transforme curentul continuu în curent alternativ și sunt destul de comune în aplicațiile de automatizare industrială și acționările electrice.Arhitectura și designul diferitelor tipuri de invertoare se modifică în funcție de fiecare aplicație specifică, chiar dacă nucleul scopului lor principal este același (conversia DC la AC).
1.Invertoare autonome și conectate la rețea
Invertoarele utilizate în aplicațiile fotovoltaice sunt împărțite istoric în două categorii principale:
:Invertoare autonome
:Invertoare conectate la rețea
Invertoarele autonome sunt pentru aplicațiile 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 parametrilor electrici principali (tensiune și frecvență).Acest lucru le menține în limite predefinite, capabile să reziste la situații temporare de supraîncărcare.In aceasta situatie, invertorul este cuplat cu un sistem de stocare a bateriei pentru a asigura o alimentare consistenta cu energie.
Invertoarele conectate la rețea, pe de altă parte, sunt capabile să se sincronizeze cu rețeaua electrică la care sunt conectate deoarece, în acest caz, tensiunea și frecvența sunt„impuse”de grila principala.Aceste invertoare trebuie să se poată deconecta dacă rețeaua principală se defectează pentru a evita orice posibilă alimentare inversă a rețelei principale, care ar putea reprezenta un pericol grav.
- Figura 1 - Exemplu de sistem autonom și sistem conectat la rețea.Imagine prin amabilitatea lui Biblus.
2. Care este rolul condensatorului de magistrală
Figura 2: Modulație în lățime în impulsuri (PWM) monofazatăconfigurarea invertorului.Comutatoarele IGBT, împreună cu filtrul de ieșire LC, modelează semnalul de intrare DC într-un semnal AC utilizabil.Aceasta induce aondulație dăunătoare de tensiune la bornele PV.Autobuzulcondensatorul este dimensionat pentru a reduce această ondulație.
Funcționarea IGBT-urilor introduce o tensiune de ondulare pe terminalul matricei fotovoltaice.Această ondulație este dăunătoare pentru funcționarea sistemului fotovoltaic, deoarece tensiunea nominală aplicată la terminale ar trebui să fie menținută la punctul de putere maximă (MPP) al curbei IV pentru a extrage cea mai mare putere.O ondulare de tensiune pe bornele PV va oscila puterea extrasă din sistem, rezultând
o putere medie de ieșire mai mică (Figura 3).Un condensator este adăugat pe magistrală pentru a netezi ondularea de tensiune.
Figura 3: O ondulație de tensiune introdusă pe bornele PV de schema invertorului PWM deplasează tensiunea aplicată de la punctul de putere maximă (MPP) al matricei PV.Aceasta introduce o ondulație în puterea de ieșire a matricei, astfel încât puterea medie de ieșire este mai mică decât MPP-ul nominal
Amplitudinea (vârf la vârf) ondulației tensiunii este determinată de frecvența de comutare, tensiunea fotovoltaică, capacitatea magistralei și inductanța filtrului conform:
Unde:
VPV este tensiunea de curent continuu a panoului solar,
Cbus este capacitatea condensatorului magistralei,
L este inductanța inductoarelor filtrului,
fPWM este frecvența de comutare.
Ecuația (1) se aplică unui condensator ideal care împiedică sarcina să curgă prin condensator în timpul încărcării și apoi descarcă energia situată în câmpul electric fără rezistență.În realitate, niciun condensator nu este ideal (Figura 4), ci este compus din mai multe elemente.În plus față de capacitatea ideală, dielectricul nu este perfect rezistiv și un curent de scurgere mic curge de la anod la catod de-a lungul unei rezistențe de șunt finite (Rsh), ocolind capacitatea dielectrică (C).Când curentul prin condensator curge, pinii, foliile și dielectricul nu conduc perfect și există o rezistență în serie echivalentă (ESR) în serie cu capacitatea.În cele din urmă, condensatorul stochează ceva energie în câmpul magnetic, deci există o inductanță în serie echivalentă (ESL) în serie cu capacitatea și ESR.
Figura 4: Circuitul echivalent al unui condensator generic.Un condensator estecompus din multe elemente neideale, inclusiv capacitatea dielectrică (C), o rezistență de șunt neinfinită prin dielectric care ocolește condensatorul, rezistența în serie (ESR) și inductanța în serie (ESL).
Chiar și într-o componentă aparent simplă precum un condensator, există mai multe elemente care se pot defecta sau se pot degrada.Fiecare dintre aceste elemente poate afecta comportamentul invertorului, atât pe partea AC cât și pe partea DC.Pentru a determina efectul pe care îl are degradarea componentelor condensatoare neideale asupra ondulației de tensiune introduse la bornele PV, a fost simulat un invertor PWM unipolar H-bridge (Figura 2) folosind SPICE.Condensatorii filtrului și inductoarele sunt menținute la 250µF, 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 comparator și un circuit inversor comparator pentru comutatoarele IGBT de înaltă și, respectiv, joasă.Intrarea pentru comenzile PWM este o undă purtătoare sinusoidală de 9,5 V, 60 Hz și o undă triunghiulară de 10 V, 10 kHz.
- soluție CRE
CRE este o întreprindere de înaltă tehnologie specializată în producția de condensatoare cu film, concentrându-se pe aplicarea electronicilor de putere.
CRE oferă soluția matură a seriei de condensatoare cu peliculă pentru invertoarele fotovoltaice, care includ DC-link, AC-filter și snubber.
Ora postării: 01-12-2023