В настоящее время фотоэлектрическая система генерации электроэнергии в Китае в основном представляет собой систему постоянного тока, которая должна заряжать электрическую энергию, вырабатываемую солнечной батареей, а батарея напрямую подает питание на нагрузку. Например, солнечная система освещения домохозяйств на северо-западе Китая и система электроснабжения микроволновой станции вдали от сети — все это системы постоянного тока. Этот тип системы имеет простую структуру и низкую стоимость. Однако из-за различных напряжений постоянного тока нагрузки (таких как 12 В, 24 В, 48 В и т. д.) трудно добиться стандартизации и совместимости системы, особенно для гражданского питания, поскольку большинство нагрузок переменного тока используются с питанием постоянного тока. Фотоэлектрическому источнику питания трудно поставлять электроэнергию, чтобы выйти на рынок в качестве товара. Кроме того, фотоэлектрическая генерация электроэнергии в конечном итоге достигнет работы, подключенной к сети, которая должна принять зрелую рыночную модель. В будущем фотоэлектрические системы генерации электроэнергии переменного тока станут основным направлением фотоэлектрической генерации электроэнергии.
Требования к системе фотоэлектрической генерации для инверторного питания
Система фотоэлектрической генерации электроэнергии с использованием переменного тока состоит из четырех частей: фотоэлектрическая матрица, контроллер заряда и разряда, аккумулятор и инвертор (система генерации электроэнергии, подключенная к сети, обычно может экономить аккумулятор), а инвертор является ключевым компонентом. Фотоэлектрическая система предъявляет более высокие требования к инверторам:
1. Требуется высокая эффективность. В связи с высокой ценой солнечных элементов 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 генерации 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 подключения 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 изменяется в зависимости от нагрузки и интенсивности солнечного света, хотя батарея оказывает важное влияние на напряжение батареи, напряжение батареи колеблется в зависимости от изменения остаточной емкости батареи и внутреннего сопротивления. Особенно когда батарея стареет, ее напряжение на клеммах сильно варьируется. Например, напряжение на клеммах батареи 12 В может варьироваться от 10 В до 16 В. Это требует, чтобы инвертор работал при большем постоянном токе. Обеспечьте нормальную работу в диапазоне входного напряжения и обеспечьте стабильность выходного напряжения переменного тока.
4. В фотоэлектрических системах генерации электроэнергии средней и большой мощности выход инверторного источника питания должен быть синусоидальным с меньшими искажениями. Это связано с тем, что в системах средней и большой мощности при использовании прямоугольной мощности выход будет содержать больше гармонических компонентов, а более высокие гармоники будут генерировать дополнительные потери. Многие фотоэлектрические системы генерации электроэнергии нагружены коммуникационным или контрольно-измерительным оборудованием. Оборудование предъявляет более высокие требования к качеству электросети. Когда фотоэлектрические системы генерации электроэнергии средней и большой мощности подключены к сети, чтобы избежать загрязнения электропитания общественной сетью, инвертор также должен выдавать синусоидальный ток.
Инвертор преобразует постоянный ток в переменный ток. Если напряжение постоянного тока низкое, оно усиливается трансформатором переменного тока для получения стандартного напряжения и частоты переменного тока. Для инверторов большой мощности из-за высокого напряжения шины постоянного тока выход переменного тока обычно не нуждается в трансформаторе для повышения напряжения до 220 В. В инверторах средней и малой мощности постоянное напряжение относительно низкое, например 12 В, для 24 В необходимо разработать схему повышения. Инверторы средней и малой мощности обычно включают в себя схемы двухтактного инвертора, схемы мостового инвертора и схемы высокочастотного повышающего инвертора. Схемы двухтактного инвертора подключают нейтральный штекер повышающего трансформатора к положительному источнику питания, а две силовые трубки попеременно работают, выдают переменный ток, поскольку силовые транзисторы подключены к общему заземлению, схемы привода и управления просты, а поскольку трансформатор имеет определенную индуктивность утечки, он может ограничивать ток короткого замыкания, тем самым повышая надежность схемы. Недостатком является низкий коэффициент использования трансформатора и плохая способность управлять индуктивными нагрузками.
Схема полного мостового инвертора преодолевает недостатки схемы push-pull. Силовой транзистор регулирует ширину выходного импульса, и эффективное значение выходного переменного напряжения изменяется соответственно. Поскольку схема имеет свободный контур, даже для индуктивных нагрузок форма выходного напряжения не будет искажена. Недостатком этой схемы является то, что силовые транзисторы верхнего и нижнего плеч не имеют общей земли, поэтому необходимо использовать специальную схему управления или изолированный источник питания. Кроме того, для предотвращения общей проводимости верхнего и нижнего плеч моста схема должна быть спроектирована так, чтобы ее можно было выключить, а затем включить, то есть необходимо установить мертвое время, и структура схемы становится более сложной.
Выход двухтактной схемы и полной мостовой схемы должен добавлять повышающий трансформатор. Поскольку повышающий трансформатор имеет большой размер, низкую эффективность и более дорогой, с развитием силовой электроники и микроэлектронной технологии для достижения обратного преобразования используется технология высокочастотного повышающего преобразования. Он может реализовать инвертор с высокой плотностью мощности. Передняя ступень повышающей схемы этой инверторной схемы принимает двухтактную структуру, но рабочая частота превышает 20 кГц. Повышающий трансформатор принимает высокочастотный материал магнитного сердечника, поэтому он имеет небольшой размер и легкий вес. После высокочастотного инвертирования он преобразуется в высокочастотный переменный ток через высокочастотный трансформатор, а затем через высокочастотную выпрямительную фильтрующую схему получается высоковольтный постоянный ток (обычно выше 300 В), а затем инвертируется через схему инвертора частоты питания.
При такой структуре схемы мощность инвертора значительно повышается, потери холостого хода инвертора соответственно снижаются, а эффективность повышается. Недостатком схемы является то, что схема сложная, а надежность ниже, чем у двух предыдущих схем.
Схема управления инверторной схемой
Основные схемы вышеупомянутых инверторов должны быть реализованы схемой управления. Как правило, существует два метода управления: прямоугольная волна и положительная и слабая волна. Схема питания инвертора с выходом прямоугольной волны проста, недорога, но имеет низкую эффективность и большую гармоническую составляющую. Синусоидальный выход является тенденцией развития инверторов. С развитием технологии микроэлектроники также появились микропроцессоры с функциями ШИМ. Таким образом, технология инвертора для выхода синусоидальной волны созрела.
1. В настоящее время инверторы с прямоугольным выходом в основном используют интегральные схемы широтно-импульсной модуляции, такие как SG 3 525, TL 494 и т. д. Практика показала, что использование интегральных схем SG3525 и использование силовых полевых транзисторов в качестве коммутационных силовых компонентов позволяет достичь 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, его периферийная схема очень проста.
2. Интегральная схема управления инвертором с синусоидальным выходом, схема управления инвертором с синусоидальным выходом может управляться микропроцессором, таким как 80 C 196 MC, производимым корпорацией INTEL и производимым компанией Motorola. MP 16 и PI C 16 C 73, производимыми компанией MI-CRO CHIP и т. д. Эти однокристальные компьютеры имеют несколько генераторов ШИМ и могут устанавливать верхнее и верхнее плечи моста. Во время мертвого времени используйте 80 C 196 MC компании INTEL для реализации выходной цепи синусоидальной волны, 80 C 196 MC для завершения генерации синусоидального сигнала и обнаружения выходного напряжения переменного тока для достижения стабилизации напряжения.
Выбор силовых устройств в главной цепи инвертора
Выбор основных силовых компонентовинверторочень важно. В настоящее время наиболее используемые силовые компоненты включают силовые транзисторы Дарлингтона (BJT), силовые полевые транзисторы (MOS-F ET), транзисторы с изолированным затвором (IGB). T) и запираемые тиристоры (GTO) и т. д., наиболее используемые устройства в маломощных низковольтных системах - это MOS FET, поскольку MOS FET имеет более низкое падение напряжения в открытом состоянии и более высокую Частота переключения IG BT обычно используется в высоковольтных и высокопроизводительных системах. Это связано с тем, что сопротивление в открытом состоянии MOS FET увеличивается с ростом напряжения, и IG BT в системах средней мощности занимает большее преимущество, в то время как в системах сверхбольшой мощности (выше 100 кВА) GTO обычно используются в качестве силовых компонентов.
Время публикации: 21 октября 2021 г.
