В настоящее время фотоэлектрическая система производства электроэнергии в Китае представляет собой в основном систему постоянного тока, которая заряжает электроэнергию, вырабатываемую солнечной батареей, а батарея напрямую подает питание на нагрузку. Например, солнечная система домашнего освещения на северо-западе Китая и система электроснабжения микроволновой станции вдали от сети представляют собой системы постоянного тока. Этот тип системы имеет простую конструкцию и низкую стоимость. Однако из-за различных напряжений постоянного тока нагрузки (например, 12 В, 24 В, 48 В и т. д.) трудно достичь стандартизации и совместимости системы, особенно для гражданской энергетики, поскольку большинство нагрузок переменного тока используются с питанием постоянного тока. . Фотоэлектрическим источникам питания сложно поставлять электроэнергию для выхода на рынок в качестве товара. Кроме того, производство фотоэлектрической энергии в конечном итоге будет подключено к сети, что должно принять зрелую рыночную модель. В будущем фотоэлектрические системы переменного тока станут основным направлением производства фотоэлектрической энергии.
Требования к фотоэлектрической системе производства электроэнергии для инверторного источника питания
Фотоэлектрическая система выработки электроэнергии с использованием выходной мощности переменного тока состоит из четырех частей: фотоэлектрической батареи, контроллера заряда и разряда, батареи и инвертора (система выработки электроэнергии, подключенная к сети, обычно позволяет экономить батарею), причем инвертор является ключевым компонентом. Фотоэлектрические системы предъявляют более высокие требования к инверторам:
1. Требуется высокая эффективность. Из-за высокой цены на солнечные элементы в настоящее время, чтобы максимально использовать солнечные элементы и повысить эффективность системы, необходимо попытаться повысить эффективность инвертора.
2. Требуется высокая надежность. В настоящее время фотоэлектрические системы производства электроэнергии в основном используются в отдаленных районах, и многие электростанции не обслуживаются и не обслуживаются. Это требует, чтобы инвертор имел разумную структуру схемы, строгий выбор компонентов и требовал, чтобы инвертор имел различные функции защиты, такие как защита от полярности входного постоянного тока, защита от короткого замыкания на выходе переменного тока, защита от перегрева, защита от перегрузки и т. д.
3. Входное напряжение постоянного тока должно иметь широкий диапазон адаптации. Поскольку напряжение на клеммах батареи меняется в зависимости от нагрузки и интенсивности солнечного света, хотя батарея оказывает важное влияние на напряжение батареи, напряжение батареи колеблется с изменением остаточной емкости батареи и внутреннего сопротивления. Особенно когда батарея стареет, напряжение на ее клеммах сильно варьируется. Например, напряжение на клеммах батареи 12 В может варьироваться от 10 В до 16 В. Это требует, чтобы инвертор работал при более высоком постоянном токе. Обеспечьте нормальную работу в диапазоне входного напряжения и обеспечьте стабильность выходного переменного напряжения.
4. В фотоэлектрических системах производства электроэнергии средней и большой мощности выходной сигнал инверторного источника питания должен иметь синусоидальную форму с меньшими искажениями. Это связано с тем, что в системах средней и большой мощности, если используется мощность прямоугольных импульсов, выходной сигнал будет содержать больше гармонических составляющих, а более высокие гармоники будут вызывать дополнительные потери. Многие фотоэлектрические системы производства электроэнергии загружены коммуникационным или контрольно-измерительным оборудованием. К оборудованию предъявляются повышенные требования к качеству электросети. Когда фотоэлектрические системы производства электроэнергии средней и большой мощности подключены к сети, чтобы избежать загрязнения электроэнергии в сети общего пользования, инвертор также должен выдавать синусоидальный ток.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный. Если напряжение постоянного тока низкое, оно повышается с помощью трансформатора переменного тока для получения стандартного напряжения и частоты переменного тока. Для инверторов большой мощности из-за высокого напряжения на шине постоянного тока выход переменного тока обычно не требует трансформатора для повышения напряжения до 220 В. В инверторах средней и малой мощности напряжение постоянного тока относительно низкое, например 12 В. Для 24 В необходимо разработать схему повышения напряжения. Инверторы средней и малой мощности обычно включают двухтактные инверторные схемы, мостовые инверторные схемы и высокочастотные повышающие инверторные схемы. Двухтактные схемы соединяют нейтральную вилку повышающего трансформатора с положительным источником питания, а две силовые трубки поочередно работают, выводят мощность переменного тока, поскольку силовые транзисторы подключены к общей земле, схемы привода и управления просты, и поскольку Трансформатор имеет определенную индуктивность рассеяния, он может ограничивать ток короткого замыкания, тем самым повышая надежность цепи. Недостатком является низкая загрузка трансформатора и плохая способность управлять индуктивными нагрузками.
Полномостовая инверторная схема преодолевает недостатки двухтактной схемы. Силовой транзистор регулирует ширину выходного импульса, и соответственно изменяется действующее значение выходного переменного напряжения. Поскольку схема имеет свободный контур, даже при индуктивных нагрузках форма выходного напряжения не будет искажаться. Недостатком этой схемы является то, что силовые транзисторы верхнего и нижнего плеч не имеют общей земли, поэтому необходимо использовать выделенную схему управления или изолированный источник питания. Кроме того, чтобы предотвратить общее проведение верхнего и нижнего плеч моста, цепь должна быть спроектирована так, чтобы ее можно было выключить, а затем включить, то есть необходимо установить мертвое время, а структура схемы более сложна.
На выходе двухтактной схемы и полной мостовой схемы необходимо добавить повышающий трансформатор. Поскольку повышающий трансформатор имеет большие размеры, низкую эффективность и более дорогой, с развитием технологий силовой электроники и микроэлектроники для достижения обратного хода используется технология высокочастотного повышающего преобразования. Он может реализовать инвертор с высокой плотностью мощности. Схема повышения входного каскада этой схемы инвертора имеет двухтактную структуру, но рабочая частота превышает 20 кГц. В повышающем трансформаторе используется высокочастотный магнитный сердечник, поэтому он имеет небольшой размер и легкий вес. После высокочастотной инверсии он преобразуется в высокочастотный переменный ток через высокочастотный трансформатор, а затем постоянный ток высокого напряжения (обычно выше 300 В) получается через схему высокочастотного выпрямительного фильтра, а затем инвертируется через высокочастотный преобразователь. Схема преобразователя частоты питания.
Благодаря такой структуре схемы мощность инвертора значительно увеличивается, потери инвертора на холостом ходу соответственно уменьшаются, а эффективность повышается. Недостаток схемы в том, что схема сложна и надежность ниже, чем у двух вышеперечисленных схем.
Схема управления инверторной цепью
Все основные схемы вышеупомянутых инверторов должны быть реализованы с помощью схемы управления. Как правило, существует два метода управления: прямоугольная волна и положительная и слабая волна. Схема инверторного источника питания с прямоугольным выходным сигналом проста, недорога, но имеет низкий КПД и большое количество гармонических составляющих. . Синусоидальный выходной сигнал является тенденцией развития инверторов. С развитием техники микроэлектроники появились и микропроцессоры с функциями ШИМ. Таким образом, инверторная технология получения синусоидального сигнала стала более зрелой.
1. В инверторах с прямоугольным выходом в настоящее время в основном используются интегральные схемы с широтно-импульсной модуляцией, такие как SG 3 525, TL 494 и т. д. Практика доказала, что использование интегральных схем SG3525 и использование силовых полевых транзисторов в качестве импульсных силовых компонентов позволяет добиться относительно высокой производительности и цены инверторов. Поскольку SG3525 имеет возможность напрямую управлять силовыми полевыми транзисторами и имеет внутренний опорный источник, операционный усилитель и функцию защиты от пониженного напряжения, поэтому его периферийная схема очень проста.
2. Интегральная схема управления инвертором с синусоидальным выходом. Схема управления инвертором с синусоидальным выходом может управляться микропроцессором, например 80 C 196 MC производства INTEL Corporation и Motorola Company. MP 16 и PI C 16 C 73 производства компании MI-CRO CHIP и т. д. Эти однокристальные компьютеры имеют несколько ШИМ-генераторов и могут устанавливать верхнее и верхнее плечо моста. В период простоя используйте 80 C 196 MC компании INTEL для реализации выходной синусоидальной цепи, 80 C 196 MC для завершения генерации синусоидального сигнала и определения выходного напряжения переменного тока для достижения стабилизации напряжения.
Выбор силовых устройств в главной цепи инвертора
Выбор основных силовых компонентовинверторочень важно. В настоящее время к наиболее используемым силовым компонентам относятся силовые транзисторы Дарлингтона (BJT), силовые полевые транзисторы (MOS-F ET), транзисторы с изолированным затвором (IGB). T) и запирающий тиристор (GTO) и т. д., наиболее часто используемыми устройствами в низковольтных системах малой мощности являются МОП-транзисторы, поскольку МОП-транзисторы имеют меньшее падение напряжения в открытом состоянии и более высокую частоту переключения IG BT, как правило, используются в системах высокого напряжения и большой мощности. Это связано с тем, что сопротивление МОП-транзистора в открытом состоянии увеличивается с увеличением напряжения, и IG BT в системах средней мощности занимает большее преимущество, а в системах сверхбольшой мощности (свыше 100 кВА) обычно используются GTO. в качестве силовых компонентов.
Время публикации: 21 октября 2021 г.
