Strømregulator for fotovoltaisk kraftgenerering og dens høye effektivitetsteknologi

- May 24, 2018-

1. Introduksjon


I de senere årene er solenergi (fotovoltaisk) kraftproduksjon ved hjelp av naturlig energi raskt voksende fra utsikterna til global miljøvern og uttømming av fossil energi. I tillegg er det i mange land politisk støtte som system for tilskudd for innføring av utstyr og kraftkjøpskompensasjonssystemet, implementert, og populariteten til solenergi har blitt kontinuerlig fremmet. Verdens fotovoltaiske marked har nådd 5,95 GW i 2008, og forventes å øke jevnt og ekspandere i fremtiden.


En solcelle laget av en enkelt krystall av silisium kalles en celle, og et medlem laget av et flertall av solceller kalles en solcellemodul. Flere moduler er koblet i serie og koblet til en solcellemodulgruppe. Store enheter som består av modulære grupper kalles solfelt.


Solsystemet er vist på figur 1. Den består av en solbatterimodulgruppe og en omformer. Inverterens rolle er å konvertere den utstrålede likestrømmen til vekselstrøm. Denne kraft-elektroniske omformeren kalles også en krafttanker. ).


Strømregulatoren har følgende funksjoner:


(1) Utgangssol power så stor som mulig [Maksimal Power Point Tracking (MPPT) kontrollfunksjon]


(2) Effektiv likestrømskonvertering til vekselstrøm (omformerfunksjon)


(3) Overfør strømmen til strømforsyningen (til systemnettforbindelsesfunksjonen)


(4) Stopp kraftgenerering etter å ha oppdaget en abnormitet i strømsystemet (systemtilkoblingsbeskyttelsesfunksjon)


Denne artikkelen introduserer funksjonen og strukturen til kraftkondisjoneringsmaskinen og høyeffektive teknologien til kraftkondisjoneringsmaskinen.


2 effektregulatorfunksjon og struktur


Som beskrevet ovenfor har strømforsyningen en MPPT-funksjon og en funksjon for å konvertere DC til AC. Denne delen beskriver implementeringen av disse funksjonene og strukturen til denne omformeren.


2.1MPPT-funksjon


Strømmen til solstråling, når temperaturen endres, er solcellemodulets spenning og strøm-, spennings- og kraftgenerasjonsforhold, som vist i figur 2. Som det fremgår av figuren, er det en spenningsbetingelse for maksimal utgangseffekt av solcellen. Intensiteten av solstrålebestrålingsenergi, det vil si solcellens temperatur, endrer egenskapene sine. Power conditioners er enheter som kontinuerlig styrer spenningen hvor en solcelle får maksimal effekt under driftsforholdene.


2.2 Strømregulatorstruktur


Strømregulatorens kretsstruktur vist i Figur 3. Likestrømmen til solbatteriet er innført i helikopterkretsen. Når solens batteristrøm (maksimal effektsporing) tas ut effektivt, bør den konverteres til nødvendig likspenning før omformeren; da blir inngangsstrømmen omgjort til vekselstrøm. Strøm, og kontroller utgangsstrømmen for å nå ønsket vekselstrøm. Utgangen fra omformeren er en pulserende spenningsbølgeform. Derfor blir utgangssilen som består av spoler og kondensatorer omdannet til en jevn sinusbølge spenning. Utgangsfilteret og systemspenningen må svare til hverandre. Koble til og koble av forbindelsen mellom systemet og omformeren. Bryteren til nettilkoblet (innlemmet i systemet) skal settes sammen, og hver del av kretsen skal styres gjennom kontrollsløyfen.


Kobberkretsens strømkrets genererer strømtap i omformeren. Halvlederbryterelementene, spolene, kondensatorene og ledninger som utgjør hver krets genererer et normalt fast tap (ledningsfeil) på grunn av strømmenes omløp, og et overgangstap (bytte tap) oppstår når halvlederbryterelementet slås på og av . Den viktige faktoren av tap. For å oppnå høy effektivitet av effektregulatorer, er nøkkelen hvordan å redusere ledningstapene og bytte tap. Etter at ledningstapet er redusert, økes delen som er avhengig av ytelsen til det kretskort som brukes. For å redusere vekslingstapet blir det gjort anstrengelser for å redusere spenningsspenningen og redusere antall bytteoperasjoner. 3 High Efficiency Inverter (Ladder Control Inverter)


Det er kjent at en trinnret omformer er en måte å redusere tapet av omformeren. Fig. 4 viser et eksempel på omformerenes struktur og bølgeformen til utgangsspenningen. En trinnret omformer er en metode hvor flere omformere med forskjellige spenninger er forbundet i serie for å kombinere utgangene til omformerne for å oppnå en analog sinusbølge spenning. Spenningen til hver omformeren danner et like-differensserieforhold med en forskjell på 2 eller 3 trinn. Utgangsbølgeformen til stigenstyrt omformeren har en trappform, og dens respektive nivå kalles et tone nivå. For eksempel, i tilfelle av en tresifret (Vo2Vo4Vo) trinnstyrt omformer med et trinn på 2, kan to trinn med 15 trinn oppnås, og for et tresifret trinn (Vo3Vo6Vo) med et trinn på tre, 27 trinn kan fås. Utgangen av stigen.


Egenskapene til stigenmodulatoromformeren er som følger: (1) Siden byttefrekvensen kan bli kraftig redusert, er den et lavt tap, en støyaktig enhet; (2) Utgangsfilteret kan utformes for å være mindre på grunn av liten spenningsamplitude. Det kan innse miniaturisering; (3) Fordi utgangsspenningen er oppnådd av summen av spenningene som genereres av hver inverter, kan en vekselstrøm som er høyere enn inngangsspenningen genereres.


I tillegg, i henhold til funksjonen (3), kan DC-bussen spenningen settes lavere enn den for det opprinnelige systemet, og tapet av helikoptersløyfen i forkanten av omformeren kan også reduseres.


Stigenstyrt omformeren består av en hovedinverter som tilfører en likspenning fra utsiden og en underomformer som er koplet i serie med den. DC-spenningen til hovedomformeren er inntatt, og likspenningen tilføres til underomformeren via DC / DC-omformeren. Hvis strømkonsentrasjonstapet på DC / DC-omformeren er lagt til, kan høy effektivitet ikke oppnås. I den trinnstyrte omformeren antas en teknikk for tilførsel av likestrøm til sub-omformeren uten å legge til en DC / DC-omformer.


Inngang strømkilden til hovedomformeren, henholdsvis i henhold til instruksjonene som er oppført i tabell 1, sendes til sub-omformeren for å utføre den nødvendige spenningen. I tabellen er de tre likeforskjellprogresjonene med en forskjell på 2 oppført. På dette tidspunktet kan åtte nivåer av spenning (0Vo til 7Vo) utgis i unipolaritet. For eksempel, når Vo er utgang, kan tre metoder (0, 0, Vo), (0, 2Vo, -Vo), (4Vo, -2Vo, -Vo) velges. Fra tilfelle av (4Vo, -2Vo, -Vo), kan det ses at hovedomformeren leverer sub-inverter-strøm. På denne måten blir ikke bare nødvendig spenning utgang, men også strømforsyningen til sub-inverteren er realisert.


4 Anvendelse av stigeregulator type inverter strømregulator


Strømregulatoren ved hjelp av trinnstyrt inverterteknologi er beskrevet. Kretsstrukturen og driftsprinsippet er beskrevet nedenfor. Kraftkondisjoneringsmaskinen er en metode for tilførsel av strøm til sub-omformeren; en metode for tilførsel av strøm til sub-inverteren og en fremgangsmåte for å redusere lekkasjestrømmen gjennom lekkasjestrømmen som strømmer gjennom parasittenskapasiteten til solcellen. Situasjonen er som følger.


4.1 Strømregulator med trinn for styretype inverterteknologi


Steg-type strømregulator-kretsstruktur vist i figur 5. En nyutviklet kraftforsyningsapparat er vist i figur 6. En helikopterkrets som regulerer utgangseffekten til en solcelle består av samme spole som den opprinnelige, et halvlederbryterelement og en diode. Omformerdelen består av tre omformere som består av tre fulle brokretser, inkludert likspenningen til bytteinngangen til hovedomformeren (1B), og hjelpelederen tilkoblet i serie med den (2B, 3B). Generelt genererer likestrømmen som genereres i solcellen strømbrudd når strømforsyningsdelen er omgjort til vekselstrøm. Den originale inverteren bruker en inverter til å generere en høyspent, høyfrekvente firkantbølge gjennom en filtersløyfe og trimme den inn i en sinusbølge.


Som beskrevet ovenfor er en trinnvis omformer en kombinasjon av tre omformere med forskjellige spenninger og genererer en trappet analog sinusbølge. Siden amplituden til spenningen er liten, kan filterkretsen bli miniatyrisert, slik at tapet under kraftkonvertering blir kraftig redusert. Figur 7 viser bølgeformene til utgangsspenningen til hovedinverteren og sub-omformeren, utgangsspenningsbølgeformene til alle omformerne og utgangsspenningsbølgeformen etter å ha passert gjennom utgangsfilteret. I den trinnstyrte omformeren til kraftkondisjoneringsmaskinen, da det er få to underomformere, utfører sub-omformeren PWM-operasjon som kompenserer for differansespenningen mellom sinusformet spenning og rektangulær bølgespenning i hovedinnverteren, og vil sende ut Spenningsbølgeformen er trimmet til en sinusformet bølgeform.


4.2 Metode for tilførsel av strøm til sub-omformer


Den trinnstyrte effektregulatoren er koblet i serie med tre omformere. Strømmen fra solcellebatteriet sendes til hovedomformeren med høyest inngangsspenning, og strømmen leveres til de andre underomformerne 2B-1NV og 3B-1NV, og det er nødvendig å sende strømmen til andre sub- omformere 2B-1NV og 3B-1NV. Nedenfor beskrives metoden for tilførsel av strøm til sub-omformeren. Utgangsspenningsbølgeformen til 1B-1NV er vist i figur 8. En 1-pulsbølgeform utføres en gang i en halv periode av en sinusbølge. På den annen side er utgangsspenningene på 2B-1NV og 3B-1NV like, og utgangen utføres av PWM-kontroll som kompenserer for målutgangsspenningen og 1B-1NV utgangsspenningsforskjellen. La strømmen som håndteres av hver av omformerne 1B-1NV, 2B-1NV og 3B-1NB være P1B, P2B og P3B, og effekten på effekten er P. La inngangsspenningen til hver omformer være VC1, VC2, VC3 , toppverdien av utgangssynevågstrømmen er Im, spennings toppverdien er Vm, frekvensen for vekselstrømsspenningen er fs, hver effekt uttrykkes som følger:


(1)


Po = VmIm / 2 (2)


For belastningen koblet til kraftkondisjoneringsapparatet antas det at en strøm med en sinusbølge og effektfaktor = 1 strømmer. Når Po = P1B er den integrerte effekten fra 2B-1NV og 3B-1NB, null. Derfor, ved å øke eller redusere utgangspulsbredden på 2B-1NV og 3B-1NV, kan mengden strøm som strømmer til 2B-1NV og 3B-1NV styres. I området A vist i fig. 8, blir energien utladet fra 2B og 3B-1NV, og i regionen B, 2B og 3B-1NV belastes.


4.3 Hvordan redusere lekkasjestrømmen som strømmer gjennom solcellens parasittiske kapasitans


Som vist i figur 9 er hovedomformeren utstyrt med nullbrytere som består av to MOSFETer (metalloksyd-halvlederfelt-effekt-transistorer) QZ1 og QZ2. Nullkoblingen er i lavspenningsutgangsområdet der 1B-1NV ikke fungerer og ikke går over. Omformerkretsen dannet av Q1 ~ Q4 forbinder direkte 2B-1NV og 3B-1NV og utgir nullspenning. I en omformerkrets ved hjelp av en nullbryterkrets, når nullspenningen er utkoplet, er høysiden eller lavsidekontakten på omformerkretsen slått på. Når denne nullspenningsutgangen eller operasjonen fra denne nullspenningsutgangen utføres vekselvis, blir lekkasjestrømmen raskt generert av parasittkapasitansen til solcellemodulen. For å forhindre denne lekkasjestrømmen er 1B-1NV utgang 1 puls utstyrt med nullbryterkrets, og nullspenning utføres ved nullbryteroperasjon.


5 Bruk av trinnregulator-type inverter Strømregulatorfunksjoner


Denne delen beskriver funksjonene til den trinnstyrte effektregulatoren PV-PN40G. Denne effektregulatoren reduserer strømforbruket med 44% sammenlignet med originalen, og nå 97,5% av bransjens høyeste effektkonverteringseffektivitet (Mitsubishis undersøkelsesresultater hittil i juni 2010). I tillegg, som vist på fig. 10, i et bredt spekter av utgangseffektområder, oppnås konverteringseffektivitet høyere enn nominell effektivitet (97,5% eller mer).


Varme som genereres ved strømbrudd under konvertering, reduseres kraftig. Derfor er det ikke behov for luftinntak for varmeavledning, og graden av forsegling er forbedret. Som et resultat har fuktmotstanden også blitt sterkt forbedret. Fasiliteter som avklædningsrom og vaskerom som ikke kunne installeres kan nå konfigureres. På samme tid, på grunn av reduksjonen av spenningsamplituden, kan støyen som genereres av spolene i filterkretsen, undertrykkes, og i de aktuelle driftsforholdene oppnås industrins høyeste 30 dB lave lydnivå.


I tillegg inngangsspenningsområdet


Fra den originale DC115-380V utvidet til DC50-380V. Som et resultat må den opprinnelige multi-matrix-omformeren (beholder med innebygd boost-funksjon) ha 3 til 6 moduler i serie. Nå er det ingen standard tilkoblingsboks for å oppnå boost-funksjonen. Ikke bare er konfigurasjonen enkel å designe, men det reduserer også kostnadene ved systemet.


6 Konklusjon


For høy effektivitet er stigenkontroll-inverterteknologien som er anvendelig for solenergi-generasjon kraftkondisjoneringsanlegg, beskrevet. I tillegg er en metode for tilførsel av strøm til sub-inverteren utviklet for anvendelse av en trinnstyrt omformer. En nullbryterkrets for å redusere lekkasjestrømmen forårsaket av solcellens parasittkapasitans, og en omformerstruktur utstyrt med nullbryter er beskrevet. I tillegg er egenskapene til strømregulatoren PV-PN40G også egnet for denne teknologien. Dette produktet oppnår bransjens beste effektivitet og fremragende støyytelse.


I løpet av de siste årene er det raskt voksende fotovoltaiske kraftgenereringssystemer. Derfor kan virkningen av solenergi-generasjon på strømsystemet ikke bli ignorert. For strømkondisjoneringsanlegg, på grunn av systemulykker som forårsaker øyeblikkelige strøm- og spenningsfall, kan strømkondisjoneringen ikke slås av eller stoppes. Det er nødvendig å ha en kontinuerlig operasjonsfunksjon, ikke bare for å tilfredsstille denne nye funksjonen, men også for å oppnå høy effektivitet. Det er nødvendig å utvikle en slik kraftkondisjonering.