Het doel van een omvormer is om een DC-golfvormspanning om te zetten in een AC-signaal om stroom te injecteren in een belasting (bijvoorbeeld het elektriciteitsnet) met een bepaalde frequentie en met een kleine fasehoek (φ ≈0).Een vereenvoudigd circuit voor een enkelfasige unipolaire pulsbreedtemodulatie (PWM) wordt getoond in de figuur2 (Hetzelfde algemene schema kan worden uitgebreid naar een driefasensysteem).In dit schema wordt een PV-systeem, dat fungeert als gelijkspanningsbron met enige broninductie, omgezet in een AC-signaal via vier IGBT-schakelaars parallel aan vrijloopdiodes.Deze schakelaars worden aan de poort bestuurd via een PWM-signaal, dat doorgaans de uitvoer is van een IC die een draaggolf (meestal een sinusgolf met de gewenste uitgangsfrequentie) vergelijkt met een referentiegolf met een aanzienlijk hogere frequentie (meestal een driehoeksgolf). bij 5-20 kHz).De uitvoer van de IGBT's wordt omgezet in een AC-signaal dat geschikt is voor gebruik of netinjectie door de toepassing van verschillende topologieën van LC-filters.
Omvormers behoren tot een grote groep statische omvormers, waartoe er tegenwoordig veel behoren's apparaten kunnen dat“overzetten”elektrische parameters in de invoer, zoals spanning en frequentie, om een uitvoer te produceren die compatibel is met de vereisten van de belasting.
Over het algemeen zijn omvormers de apparaten die gelijkstroom in wisselstroom kunnen omzetten en zijn ze vrij gebruikelijk in industriële automatiseringstoepassingen en elektrische aandrijvingen.De architectuur en het ontwerp van verschillende typen omvormers veranderen afhankelijk van elke specifieke toepassing, zelfs als de kern van hun hoofddoel hetzelfde is (DC-naar-AC-conversie).
1. Standalone en netgekoppelde omvormers
Omvormers die in fotovoltaïsche toepassingen worden gebruikt, zijn historisch verdeeld in twee hoofdcategorieën:
:Zelfstandige omvormers
:Netgekoppelde omvormers
Standalone omvormers zijn bedoeld voor toepassingen waarbij de PV-installatie niet is aangesloten op het hoofdenergiedistributienetwerk.De omvormer kan elektrische energie leveren aan de aangesloten belastingen, waardoor de stabiliteit van de belangrijkste elektrische parameters (spanning en frequentie) wordt gegarandeerd.Hierdoor blijven ze binnen vooraf gedefinieerde limieten en zijn ze bestand tegen tijdelijke overbelastingssituaties.In deze situatie wordt de omvormer gekoppeld aan een batterijopslagsysteem om een consistente energievoorziening te garanderen.
Netgekoppelde omvormers kunnen daarentegen synchroniseren met het elektriciteitsnet waarop ze zijn aangesloten, omdat in dit geval de spanning en frequentie van elkaar verschillen.“opgelegd”door het hoofdnet.Deze omvormers moeten zich kunnen ontkoppelen als het hoofdnet uitvalt, om een mogelijke omgekeerde levering van het hoofdnet te voorkomen, wat een ernstig gevaar zou kunnen opleveren.
- Figuur 1 - Voorbeeld van een standalone systeem en een netgekoppeld systeem.Afbeelding met dank aan Bilus.
2.Wat is de rol van de buscondensator
Figuur 2: Eenfase gepulseerde breedtemodulatie (PWM).Instelling van de omvormer.De IGBT-schakelaars vormen samen met het LC-uitgangsfilter het DC-ingangssignaal om in een bruikbaar AC-signaal.Dit veroorzaakt eenschadelijke spanningsrimpels over de PV-terminals.De busDe condensator is gedimensioneerd om deze rimpel te verminderen.
De werking van de IGBT's introduceert een rimpelspanning op de aansluiting van de PV-array.Deze rimpel is schadelijk voor de werking van het PV-systeem, omdat de nominale spanning die op de klemmen wordt toegepast op het maximale vermogenspunt (MPP) van de IV-curve moet worden gehouden om het meeste vermogen te onttrekken.Een spanningsrimpel op de PV-terminals zal de stroom die aan het systeem wordt onttrokken doen oscilleren, wat resulteert in
een lager gemiddeld vermogen (Figuur 3).Er wordt een condensator aan de bus toegevoegd om de spanningsrimpel af te vlakken.
Afbeelding 3: Een spanningsrimpel die door het PWM-omvormerschema op de PV-terminals wordt geïntroduceerd, verschuift de aangelegde spanning van het Max Power Point (MPP) van de PV-array.Dit introduceert een rimpel in het uitgangsvermogen van de array, zodat het gemiddelde uitgangsvermogen lager is dan het nominale MPP
De amplitude (piek tot piek) van de spanningsrimpel wordt bepaald door de schakelfrequentie, PV-spanning, buscapaciteit en filterinductie volgens:
waar:
VPV is de gelijkspanning van het zonnepaneel,
Cbus is de capaciteit van de buscondensator,
L is de inductantie van de filterinductoren,
fPWM is de schakelfrequentie.
Vergelijking (1) is van toepassing op een ideale condensator die voorkomt dat lading door de condensator stroomt tijdens het opladen en vervolgens de energie die zich in het elektrische veld bevindt, zonder weerstand ontlaadt.In werkelijkheid is geen enkele condensator ideaal (Figuur 4), maar bestaat deze uit meerdere elementen.Naast de ideale capaciteit is het diëlektricum niet perfect resistief en vloeit er een kleine lekstroom van de anode naar de kathode langs een eindige shuntweerstand (Rsh), waarbij de diëlektrische capaciteit (C) wordt omzeild.Wanneer er stroom door de condensator vloeit, geleiden de pinnen, folies en het diëlektricum niet perfect en is er een equivalente serieweerstand (ESR) in serie met de capaciteit.Ten slotte slaat de condensator wat energie op in het magnetische veld, dus er is een equivalente serie-inductie (ESL) in serie met de capaciteit en ESR.
Figuur 4: Equivalent circuit van een generieke condensator.Een condensator welsamengesteld uit vele niet-ideale elementen, waaronder diëlektrische capaciteit (C), een niet-oneindige shuntweerstand door het diëlektricum dat de condensator omzeilt, serieweerstand (ESR) en serie-inductie (ESL).
Zelfs in een schijnbaar eenvoudig onderdeel als een condensator bestaan er meerdere elementen die kunnen falen of verslechteren.Elk van deze elementen kan het gedrag van de omvormer beïnvloeden, zowel aan de AC- als aan de DC-zijde.Om het effect te bepalen dat degradatie van niet-ideale condensatorcomponenten heeft op de spanningsrimpel die over de PV-terminals wordt geïntroduceerd, werd een PWM unipolaire H-brugomvormer (Figuur 2) gesimuleerd met behulp van SPICE.De filtercondensatoren en inductoren worden respectievelijk op 250 µF en 20 mH gehouden.De SPICE-modellen voor de IGBT's zijn afgeleid van het werk van Petrie et al. Het PWM-signaal, dat de IGBT-schakelaars bestuurt, wordt bepaald door een comparator en een inverterend comparatorcircuit voor respectievelijk de hoge en lage IGBT-schakelaars.De ingang voor de PWM-bedieningselementen is een sinusdraaggolf van 9,5 V, 60 Hz en een driehoekige golf van 10 V, 10 kHz.
- CRE-oplossing
CRE is een hightech onderneming die gespecialiseerd is in de productie van filmcondensatoren en zich richt op de toepassing van vermogenselektronica.
CRE biedt de volwassen oplossing van filmcondensatorseries voor PV-omvormers, inclusief DC-link, AC-filter en snubber.
Posttijd: 01-dec-2023