Fotovoltaik mikro inverter için bir güç ayırma devresi
0 Önsöz
Mikro fotovoltaik şebekeye bağlı inverterde (mikro ters olarak kısaltılmıştır), sistemin enerji dönüşüm oranını etkileyen fotovoltaik panelin çıkış gücünde güç frekansının iki katı güç dalgalanması vardır. Genel çözüm, ikincil güç kesintisini bastırmak için fotovoltaik panelin çıkış tarafına paralel olarak büyük kapasiteli bir elektrolitik kapasitör kullanmaktır. Ancak inverterin ömrü elektrolitik kapasitörün ömründen çok daha uzun olduğu için sistemin kararlılığı etkilenir. Son yıllarda yerli ve yabancı uzman ve akademisyenlerin araştırması ve araştırması ile mikro inverterin dekuplaj kapasitörünün kapasitans değeri büyük ölçüde düşürülmüştür.Yüksek kapasitanslı ve kısa ömürlü elektrolitik kapasitörün yerini küçük kapasitanslı ve uzun ömürlü ince film kapasitörler almıştır. Ters stabilite ve hizmet ömrü.
Literatürde önerilen geri dönüş mikro inverter, kademeli bir paralel yapı kullanır Simülasyon doğrulamasındaki 235 W mikro inverter, 50 F'lik bir film kapasitör gerektirir, ancak kontrol yöntemi ve devre topolojisi daha karmaşıktır. Literatürde, enerji aktarımı için iki kapasitör kullanan yeni bir tip güç dekuplaj devresi önerilmiştir, ancak bu devre nispeten büyük güç seviyelerine sahip sistemler için uygundur.
Yukarıdaki yöntemler arasında devre kontrol yöntemi daha karmaşıktır ve verimlilik nispeten düşüktür ve bazıları mikro invertör sistemi için uygun değildir. Bu yazıda önerilen üç portlu geri dönüş dönüştürücü, kompakt topolojisi nedeniyle tercih edilen bir topoloji haline gelmiştir. İlk olarak, ikincil güç kesintisi sorunu önerildi, ardından topolojinin çalışma prensibi analiz edildi ve son olarak önerilen topoloji simüle edildi ve deneysel olarak doğrulandı.
Fotovoltaik panellerin çıkış gücü, güç frekansının iki katı olan bir güç dalgalanmasına sahiptir. Çıkış akımı ve voltajı, giriş gücü ve çıkış gücü Şekil 1'de gösterilmektedir.
Şebeke içi güç:
Formül (4) 'den, fotovoltaik panelin çıkış ucuna paralel olarak bağlanan büyük kapasitans elektrolitik kapasitörün ikincil güç dalgalanması problemini sınırlayabileceği görülebilir. Ancak kısa ömürlü elektrolitik kapasitör, mikro tersin ömrünü etkiler.
2 Yeni mikro inverterin topolojik yapısı ve çalışma prensibi
2.1 Yeni mikro inverterin topolojik yapısı
Yeni mikro inverterin topolojisi Şekil 2'de gösterilmektedir. Esas olarak fotovoltaik paneller, geri dönüş yüksek frekans transformatörü, doğrultucu diyot, filtre devresi, H köprüsü güç frekansı invertör devresi ve güç ayırma devresinden oluşur.
2.2 Çalışma prensibi
Fotovoltaik panelin çıkış gücü PPV ile mikro tersin çıkış gücü Pac'i karşılaştırın ve devreyi iki moda bölün.
İki mod altında, anahtar tüpü tahrik sinyali ve transformatörün her iki ucundaki akım Şekil 3'te gösterilmektedir.
Mod 1: Giriş gücü PPV, Pac çıkış gücünden daha büyüktür. İş süreci, Şekil 4'te gösterildiği gibi 4 aşamaya ayrılmıştır.
Aşama 1 (t0t < t1): Şekil 4 (a) 'da gösterildiği gibi, t0'da ana şalter Sm açılır. Giriş voltajı Udc'nin bir anahtarlama döngüsü sırasında sabit olduğu varsayıldığında, uyarma akımı:
Aşama 2 (t1t < t2): Şekil 4 (b) 'de gösterildiği gibi ana şalter Sm kapatılır ve dekuplaj şalteri S3 açılır.Bir anahtarlama periyodu boyunca kapasitör Cd'nin Ucd geriliminin değişmeden kaldığı varsayılırsa, bu süre boyunca denklem (7) gösterilir:
Anahtar tüpü S3 açılma süresi:
Aşama 3 (t2t < t3): Şekil 4 (c) 'de gösterildiği gibi, anahtarlama tüpü S3 kapatılır ve ikincil anahtarlama tüpü S1 açılır. Şebeke geriliminin Uac sabit olduğu varsayıldığında, ikincil bobin akımı şu şekilde ifade edilebilir:
T3'te im (t) ve (t) sıfıra düşer. Bu aşamanın zamanı:
Aşama 4 (t3t < t4): Şekil 4 (d) 'de gösterildiği gibi, indüktör Lf ve kondansatör Cf'nin enerjisi şebekeye iletilir ve transformatör tamamen manyetik olarak sıfırlanır.Mikro inversiyon DCM modunda çalıştığı için:
Mod 2: Çıkış gücü Pac, giriş gücü PPV'den daha büyük. Bu mod, mod 1 gibi 4 aşamaya ayrılabilir. Şekil 5, Mod 1'den farklı olan Aşama 2'yi göstermektedir.
4 Simülasyon doğrulama
Fotovoltaik panelleri ve mikro tersleri simüle etmek için PSIM yazılımını kullanın. Tablo 1, devrenin temel parametrelerini göstermektedir.
Şekil 6, fotovoltaik panelin çıkış akımı ve voltajıdır. Fotovoltaik panelin çıkış akımı ve voltajı, şebekenin iki katı frekansta dalgalanır.
Şekil 7 (a), güç ayırma devresini ekledikten sonra fotovoltaik panelin çıkış akımını ve voltajını gösterir ve ikincil güç kesintisi bastırılır. Şekil 7 (b) Dekuplaj devresindeki dekuplaj kondansatöründeki voltaj, şebeke frekansının iki katıdır ve güç dekuplajı, sürekli şarj ve deşarj süreçleri ile sağlanır. Şekil 7 (c) Şebeke akımı ve şebeke voltajı, şebeke bağlantı gereksinimlerini karşılamak için aynı frekans ve faza sahiptir.
5 Deneysel sonuçlar
100 W gücünde tek fazlı bir fotovoltaik şebeke bağlantılı mikro inverter prototipi oluşturuldu ve belirli parametreler Tablo 1 ile aynı.
Şekil 8, şebekeye bağlı akımı ve şebeke tarafındaki voltajı, fotovoltaik panelin çıkış akımını ve dekuplaj devresindeki dekuplaj kapasitörünün voltaj dalgalanmasını gösterir. Dekuplaj kondansatörü deşarj olmaya ve şarj olmaya devam ederken, voltaj dalgalanması şebeke frekansının iki katıdır. Fotovoltaik panelin çıkış akımı sabittir, bu da çıkış gücünün sabit durumda temelde değişmediğini gösterir.
6. Sonuç
Bu yazıda önerilen yeni mikro invertörün dekuplaj devresindeki dekuplaj kondansatörü, elektrolitik kondansatörü küçük bir kapasitans değeri ve uzun ömürlü ince bir film kondansatör ile tamamen değiştirebilir.Tüm sistem, giriş ve çıkış gücünde biraz tersine dinamik bir denge sağlar. Genel ömür ve güvenilirlik iyileştirildi ve simülasyonlar ve deneyler, devrenin uygulanabilirliğini ve kararlılığını doğruladı.
Referanslar
Hu Haibing, Huang Xiaobo, Wang Wanbao ve diğerleri.Güç ayırma işlevine sahip üç bağlantı noktalı geri dönüşlü tek aşamalı fotovoltaik mikro invertör Çin Elektrik Mühendisliği Bildirileri, 2013, 33 (12): 47-54.
An Shaoliang, Sun Xiangdong, Zhai Sha, et al. Flyback fotovoltaik şebekeye bağlı mikro invertörlerin güç ayırma kontrolü. Electric Drive, 2016, 46 (7): 34-39.
KIM K D, KIM Y H, KIM J G, ve diğerleri.Üç bağlantı noktalı geri dönüş inverter için yeni bir aktif güç ayırma tekniği Güç Elektroniği ve Hareket Kontrol Konferansı (IPEMC), 2012, 2: 1159-1163.
Hu Haibing, HARB S.A, PV sistemlerinde üç farklı ayırma kapasitör konumuna sahip mikro-eviriciler için güç ayırma tekniklerinin bir incelemesi.IEEE İşlemleri Güç Elektroniği, 2013, 28 (6): 2711-2726.
Wang Xiao, Zhang Liwei, Li Yan, ve diğerleri.Güç ayırmalı Flyback mikro invertör üzerinde araştırma.Elektrik Mühendisliği ve Enerjinin Yeni Teknolojisi, 2015, 34 (2): 44-49.
Wu Wei, He Ning, Chen Chaobo, et al.Fotovoltaik şebekeye bağlı geri dönüş mikro inverterine dayalı güç ayırma araştırması Yenilenebilir Enerji, 2013, 31 (7): 6-10.
Yang Xiaoguang, Jiang Longbin, Feng Junbo ve diğerleri.Fotovoltaik invertörler için yeni bir güç ayırma devresi türü.Elektroteknik Teknoloji Dergisi, 2015, 30 (16): 42-48.
Gao Wenxiang, Wang Mingyu, Liu Yang, ve diğerleri Flyback fotovoltaik mikro-invertörler üzerine araştırma Düşük voltajlı elektrikli cihazlar: dağıtılmış güç kaynakları, 2012 (11): 23-28.
Chen Cheng, Piao Zhengguo.Fotovoltaik aralıklı geri dönüşlü inverterin dekuplaj kontrol yöntemi üzerine araştırma.Güç Kaynağı Dergisi, 2015, 13 (3): 79-86.
Li Duo. Fotovoltaik şebekeye bağlı mikro invertörlere uygulanan bir güç ayırma teknolojisi Hangzhou: Zhejiang Üniversitesi, 2012.
yazar bilgileri:
Li Zhengming, Zhang Jiajun, He Bin
(Elektrik Bilgi Mühendisliği Okulu, Jiangsu Üniversitesi, Zhenjiang, Jiangsu 212013)
