Προς το παρόν, το σύστημα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας της Κίνας είναι κυρίως ένα σύστημα DC, το οποίο είναι η φόρτιση της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από την ηλιακή μπαταρία και η μπαταρία παρέχει άμεσα ισχύ στο φορτίο. Για παράδειγμα, το σύστημα φωτισμού ηλιακού οικιακού φωτισμού στη βορειοδυτική Κίνα και το σύστημα τροφοδοσίας σταθμού μικροκυμάτων μακριά από το δίκτυο είναι όλα τα συστήματα DC. Αυτός ο τύπος συστήματος έχει απλή δομή και χαμηλό κόστος. Ωστόσο, λόγω των διαφορετικών τάσεων DC φορτίου (όπως 12V, 24V, 48V κ.λπ.), είναι δύσκολο να επιτευχθεί τυποποίηση και συμβατότητα του συστήματος, ειδικά για την πολιτική εξουσία, καθώς τα περισσότερα από τα φορτία AC χρησιμοποιούνται με ισχύ DC. Είναι δύσκολο για την τροφοδοσία φωτοβολταϊκής ηλεκτρικής ενέργειας να παρέχει ηλεκτρική ενέργεια να εισέλθει στην αγορά ως εμπόρευμα. Επιπλέον, η φωτοβολταϊκή παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας θα επιτύχει τελικά τη λειτουργία που συνδέεται με το δίκτυο, η οποία πρέπει να υιοθετήσει ένα ώριμο μοντέλο αγοράς. Στο μέλλον, τα συστήματα φωτοβολταϊκής παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας AC θα γίνουν το mainstream της φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας.
Οι απαιτήσεις του φωτοβολταϊκού συστήματος παραγωγής ενέργειας για την τροφοδοσία μετατροπέα
Το σύστημα παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας που χρησιμοποιεί έξοδο ισχύος εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελείται από τέσσερα μέρη: φωτοβολταϊκή συστοιχία, ελεγκτής φόρτισης και εκκένωσης, μπαταρία και μετατροπέας (το σύστημα παραγωγής ενέργειας που συνδέεται με το δίκτυο μπορεί γενικά να αποθηκεύσει την μπαταρία) και ο μετατροπέας είναι το βασικό συστατικό. Το Photovoltaic έχει υψηλότερες απαιτήσεις για μετατροπείς:
Απαιτείται υψηλή απόδοση. Λόγω της υψηλής τιμής των ηλιακών κυττάρων προς το παρόν, προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η χρήση των ηλιακών κυττάρων και να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος, είναι απαραίτητο να προσπαθήσουμε να βελτιωθεί η αποτελεσματικότητα του μετατροπέα.
2. Απαιτείται υψηλή αξιοπιστία. Επί του παρόντος, τα συστήματα παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας χρησιμοποιούνται κυρίως σε απομακρυσμένες περιοχές και πολλοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής είναι χωρίς επιτήρηση και διατηρούνται. Αυτό απαιτεί από τον μετατροπέα να έχει μια λογική δομή κυκλώματος, αυστηρή επιλογή εξαρτημάτων και να απαιτεί από τον μετατροπέα να έχει διάφορες λειτουργίες προστασίας, όπως προστασία σύνδεσης DC Polarity, AC, προστασία βραχυκυκλώματος AC, υπερθέρμανση, προστασία υπερφόρτωσης κ.λπ.
3. Η τάση εισόδου DC απαιτείται για να έχει ένα ευρύ φάσμα προσαρμογής. Δεδομένου ότι η τάση του ακροδέκτη της μπαταρίας αλλάζει με το φορτίο και την ένταση του ηλιακού φωτός, αν και η μπαταρία έχει σημαντική επίδραση στην τάση της μπαταρίας, η τάση της μπαταρίας κυμαίνεται με την αλλαγή της εναπομένουσας χωρητικότητας της μπαταρίας και της εσωτερικής αντίστασης. Ειδικά όταν η μπαταρία γερνάει, η τάσμα τερματικού της ποικίλλει ευρέως. Για παράδειγμα, η τάση τερματικού μιας μπαταρίας 12 V μπορεί να κυμαίνεται από 10 V έως 16 V. Αυτό απαιτεί από τον μετατροπέα να λειτουργεί σε ένα μεγαλύτερο DC να εξασφαλίσει κανονική λειτουργία εντός του εύρους τάσης εισόδου και να εξασφαλίσει τη σταθερότητα της τάσης εξόδου AC.
4. Στα συστήματα φωτοβολταϊκής παραγωγής μέσης και μεγάλης χωρητικότητας, η έξοδος του τροφοδοτικού μετατροπέα πρέπει να είναι ένα ημιτονοειδές κύμα με λιγότερη παραμόρφωση. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι σε συστήματα μέσης και μεγάλης χωρητικότητας, εάν χρησιμοποιείται ισχύς τετραγωνικού κύματος, η έξοδος θα περιέχει περισσότερα αρμονικά εξαρτήματα και οι υψηλότερες αρμονικές θα δημιουργήσουν πρόσθετες απώλειες. Πολλά συστήματα φωτοβολταϊκής παραγωγής ενέργειας φορτώνονται με εξοπλισμό επικοινωνίας ή οργάνων. Ο εξοπλισμός έχει υψηλότερες απαιτήσεις σχετικά με την ποιότητα του ηλεκτρικού δικτύου. Όταν τα συστήματα φωτοβολταϊκής παραγωγής μέσου και μεγάλης χωρητικότητας συνδέονται με το δίκτυο, προκειμένου να αποφευχθεί η ρύπανση της ενέργειας με το δημόσιο δίκτυο, ο μετατροπέας απαιτείται επίσης για την εξάτμιση ενός ρεύματος ημιτονοειδούς κύματος.
Ο μετατροπέας μετατρέπει το άμεσο ρεύμα σε εναλλασσόμενο ρεύμα. Εάν η τάση του άμεσου ρεύματος είναι χαμηλή, ενισχύεται από έναν μετασχηματιστή εναλλασσόμενου ρεύματος για να αποκτήσετε μια τυπική τάση και συχνότητα εναλλασσόμενου ρεύματος. Για τους μετατροπείς μεγάλης χωρητικότητας, λόγω της υψηλής τάσης διαύλου DC, η έξοδος AC γενικά δεν χρειάζεται μετασχηματιστή για να ενισχύσει την τάση σε 220V. Στους μετατροπείς μέσης και μικρής χωρητικότητας, η τάση DC είναι σχετικά χαμηλή, όπως το 12V, για το 24V, πρέπει να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα ώθησης. Οι μετατροπείς μεσαίας και μικρής χωρητικότητας περιλαμβάνουν γενικά κυκλώματα μετατροπέα ώθησης-ανεμιστήρα, κυκλώματα μετατροπέα πλήρους γέφυρας και κυκλώματα μετατροπέα ώθησης υψηλής συχνότητας. Τα κυκλώματα push-pull συνδέουν το ουδέτερο βύσμα του μετασχηματιστή ώθησης στη θετική τροφοδοσία ρεύματος και δύο σωλήνες ισχύος εναλλάσσουν την εργασία, την ισχύ εξόδου, επειδή τα τρανζίστορ ισχύος είναι συνδεδεμένα στο κοινό έδαφος, τα κυκλώματα κίνησης και ελέγχου είναι απλά και επειδή ο μετασχηματιστής έχει ορισμένη επαγωγή διαρροής, μπορεί να περιορίσει το ρεύμα βραχυκυκλώματος, βελτιώνοντας έτσι την αξιοπιστία του κυκλώματος. Το μειονέκτημα είναι ότι η χρήση του μετασχηματιστή είναι χαμηλή και η ικανότητα οδήγησης των επαγωγικών φορτίων είναι κακή.
Το κύκλωμα μετατροπέα πλήρους γέφυρας ξεπερνά τις αδυναμίες του κυκλώματος ώθησης. Το τρανζίστορ ισχύος ρυθμίζει το πλάτος του παλμού εξόδου και η αποτελεσματική τιμή της τάσης AC εξόδου αλλάζει ανάλογα. Επειδή το κύκλωμα έχει έναν ελεύθερο βρόχο, ακόμη και για επαγωγικά φορτία, η κυματομορφή τάσης εξόδου δεν θα παραμορφωθεί. Το μειονέκτημα αυτού του κυκλώματος είναι ότι τα τρανζίστορ ισχύος των άνω και κάτω βραχιόνων δεν μοιράζονται το έδαφος, επομένως πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένα ειδικό κύκλωμα κίνησης ή απομονωμένη παροχή ρεύματος. Επιπλέον, προκειμένου να αποφευχθεί η κοινή αγωγιμότητα των βραχιόνων άνω και κάτω γέφυρας, πρέπει να σχεδιαστεί ένα κύκλωμα για να απενεργοποιηθεί και στη συνέχεια να ενεργοποιηθεί, δηλαδή να ρυθμιστεί ένας νεκρός χρόνος και η δομή του κυκλώματος είναι πιο περίπλοκη.
Η έξοδος του κυκλώματος push-pull και του κυκλώματος πλήρους γέφυρας πρέπει να προσθέσει έναν μετασχηματιστή βήμα. Επειδή ο μετασχηματιστής STEP-up είναι μεγάλος σε μέγεθος, χαμηλή απόδοση και πιο ακριβή, με την ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικών ισχύος και της μικροηλεκτρονικής, χρησιμοποιείται η τεχνολογία μετατροπής υψηλής συχνότητας για να επιτύχει αντίστροφα, μπορεί να πραγματοποιήσει αντιστροφέα υψηλής πυκνότητας ισχύος. Το κύκλωμα ώθησης μπροστινού σταδίου αυτού του κυκλώματος μετατροπέα υιοθετεί δομή ώθησης, αλλά η συχνότητα εργασίας είναι πάνω από 20kHz. Ο μετασχηματιστής ώθησης υιοθετεί υλικό μαγνητικού πυρήνα υψηλής συχνότητας, επομένως είναι μικρό σε μέγεθος και ελαφρύ σε βάρος. Μετά από αντιστροφή υψηλής συχνότητας, μετατρέπεται σε εναλλασσόμενο ρεύμα υψηλής συχνότητας μέσω ενός μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας και στη συνέχεια το άμεσο ρεύμα υψηλής τάσης (γενικά πάνω από 300V) λαμβάνεται μέσω ενός κυκλώματος φίλτρου ανορθωτή υψηλής συχνότητας και στη συνέχεια αναστρέφεται μέσω ενός κυκλώματος μετατροπής συχνότητας ισχύος.
Με αυτή τη δομή του κυκλώματος, η ισχύς του μετατροπέα βελτιώνεται σημαντικά, η απώλεια μη φορτίου του μετατροπέα μειώνεται αντίστοιχα και η απόδοση βελτιώνεται. Το μειονέκτημα του κυκλώματος είναι ότι το κύκλωμα είναι περίπλοκο και η αξιοπιστία είναι χαμηλότερη από τα παραπάνω δύο κυκλώματα.
Κύκλωμα ελέγχου του κυκλώματος μετατροπέα
Τα κύρια κυκλώματα των προαναφερθέντων μετατροπέων πρέπει να πραγματοποιηθούν από ένα κύκλωμα ελέγχου. Γενικά, υπάρχουν δύο μέθοδοι ελέγχου: τετραγωνικό κύμα και θετικό και αδύναμο κύμα. Το κύκλωμα τροφοδοσίας μετατροπέα με έξοδο τετραγωνικού κύματος είναι απλό, χαμηλό σε κόστος, αλλά χαμηλή απόδοση και μεγάλη σε αρμονικά εξαρτήματα. . Η έξοδος κύματος ημιτονοειδούς είναι η αναπτυξιακή τάση των μετατροπέων. Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας μικροηλεκτρονικής, έχουν επίσης βγει μικροεπεξεργαστές με λειτουργίες PWM. Ως εκ τούτου, η τεχνολογία μετατροπέα για την παραγωγή ημιτονοειδούς κύματος έχει ωριμάσει.
1. Οι μετατροπείς με έξοδο τετραγωνικού κύματος χρησιμοποιούν επί του παρόντος ενσωματωμένα κυκλώματα διαμόρφωσης παλμού πλάτους, όπως SG 3 525, TL 494 και ούτω καθεξής. Η πρακτική έχει αποδείξει ότι η χρήση των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων SG3525 και η χρήση των FETs Power ως εξαρτημάτων μεταγωγής ισχύος μπορούν να επιτύχουν σχετικά υψηλές επιδόσεις και μετατροπείς τιμών. Επειδή το SG3525 έχει τη δυνατότητα να οδηγεί απευθείας την ικανότητα Power FETS και έχει εσωτερική πηγή αναφοράς και λειτουργικό ενισχυτή και συνάρτηση προστασίας υπο -προστασίας, έτσι το περιφερειακό κύκλωμα του είναι πολύ απλό.
2. Το ενσωματωμένο κύκλωμα ελέγχου μετατροπέα με έξοδο ημιτονοειδούς κύματος, το κύκλωμα ελέγχου του μετατροπέα με έξοδο ημιτονοειδούς κύματος μπορεί να ελεγχθεί από έναν μικροεπεξεργαστή, όπως 80 C 196 MC που παράγεται από την Intel Corporation και παράγεται από την Motorola Company. MP 16 και PI C 16 C 73 που παράγονται από την Mi-Cro Chip Company, κλπ. Αυτοί οι υπολογιστές με ένα τσιπ έχουν πολλαπλές γεννήτριες PWM και μπορούν να ορίσουν τους βραχίονες άνω και άνω γέφυρας. Κατά τη διάρκεια του νεκρού χρόνου, χρησιμοποιήστε το 80 C 196 MC της εταιρείας Intel για να συνειδητοποιήσετε το κύκλωμα εξόδου του ημιτονοειδούς κύματος, 80 C 196 MC για να ολοκληρώσετε την παραγωγή σήματος ημιτονοειδούς κύματος και να ανιχνεύσετε την τάση εξόδου AC για να επιτευχθεί σταθεροποίηση τάσης.
Επιλογή συσκευών ισχύος στο κύριο κύκλωμα του μετατροπέα
Την επιλογή των κύριων εξαρτημάτων ισχύος τουαντιστροφέαςείναι πολύ σημαντικό. Επί του παρόντος, τα πιο χρησιμοποιούμενα συστατικά ισχύος περιλαμβάνουν τα τρανζίστορ Darlington Power (BJT), τα τρανζίστορ Effect Field Power Field (MOS-F ET), τα μονωμένα τρανζίστορ πύλης (IGB). T) και ο θυρίστορ (GTO) κ.λπ., οι πιο χρησιμοποιούμενες συσκευές σε συστήματα χαμηλής τάσης μικρής χωρητικότητας είναι MOS FET, επειδή το MOS FET έχει χαμηλότερη πτώση τάσης σε κατάσταση και υψηλότερη η συχνότητα μεταγωγής του Ig BT χρησιμοποιείται γενικά σε συστήματα υψηλής τάσης και μεγάλης χωρητικότητας. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η αντίσταση στο κράτος του MOS FET αυξάνεται με την αύξηση της τάσης και το Ig BT είναι σε συστήματα μέσης χωρητικότητας καταλαμβάνει μεγαλύτερο πλεονέκτημα, ενώ σε συστήματα υπερ-μεγάλης χωρητικότητας (πάνω από 100 kVA) χρησιμοποιούνται γενικά ως συστατικά ισχύος.
Χρόνος δημοσίευσης: Οκτ-21-2021
