Principy fungování síťových inverterů
I. Principy fungování síťových inverterů
Síťové invertory jsou zařízení, která převádějí stejnosměrný proud (DC) na střídavý proud (AC) a jsou široce používány v systémech fotovoltaického zisku elektrické energie (PV). Principy fungování zahrnují několik aspektů:
Proces převodu energie:Pod slunečním světlem fotovoltaické panely vygenerují stejnosměrný proud. Pro malé a střední síťové invertory se často používá dvoustupňová struktura, kde se stejnosměrný výstup z fotovoltaických panelů nejprve převede pomocí DC/DC konvertoru pro předběžný převod a pak pomocí DC/AC konvertoru pro vytvoření AC. Velké invertory obvykle používají jednostupňovou strukturu pro přímý převod. Během provozu inverter ovládá třífázový inverzní modul detekcí stejnosměrného napětí, proudu a střídavého napětí a proudu sítě. Digitální řídicí systém generuje signály PWM (Pulse Width Modulation), což umožňuje inverteru vytvářet AC, které je synchronizováno v frekvenci a fázi se sítí. Například, když stejnosměrný proud z fotovoltaických panelů vstoupí do síťového inverteru, nejprve projde usměrňovačem (pokud dvoustupňová struktura zahrnuje funkci usměrňování), který převede jakékoli existující AC na DC, a pak pomocí elektronických komponent sekce inverteru převede DC na AC, které je nakonec dodáváno domácnostem nebo průmyslovým spotřebitelům nebo vedení do sítě.
Klíčové komponenty a jejich funkce:
Opravář: V některých strukturách je odpovědný za převod střídavého proudu na stejnosměrný, což zajišťuje, že vstup do následující části inverteru je stejnosměrný proud.
Inverter: Toto je základní komponenta, která používá elektronické prvky (jako jsou silně výkonové polovodičové součástky) k převodu stejnosměrného proudu na střídavý proud.
Řídící jednotka: Řídí celý převodní proces, včetně sledování vstupních a výstupních napětí a proudů, a upravuje PWM řídicí signály na základě těchto parametrů, aby zajistila, že výstupní střídavý proud splňuje požadované standardy.
Výstupní terminál: Vypouští převedený střídavý proud do sítě nebo zatížení.
II. Vztah mezi síťovými inverzory a elektrickou sítí
Přenos energie a interakce:Hlavní funkce síťového inverzoru je převod stejnosměrného proudu na střídavý proud a jeho připojení k elektrické síti, což umožňuje přenos energie. Může dodávat elektřinu vyrobenou fotovoltaickým systémem do sítě, splňujíc tak energetické potřeby ostatních uživatelů. Během tohoto procesu slouží síť jako velké úložiště a distribuční centrum energie, a síťový inverzor funguje jako most spojující distribuovanou fotovoltaickou energii s tímto centrem. Například v distribuovaných fotovoltaických projektech mnoho domácností s fotovoltaickými systémy prodává nadbytečnou energii do sítě prostřednictvím síťových inverzorů, dosahujíc tak obousměrného toku energie – jak přijímání, tak dodávání energie do sítě.
Z pohledu sítě se s integrací více síťových inverterů zdroje elektrické energie stávají rozmanitějšími. To však klade nové požadavky na stabilit性：电力系统中的逆变器集成越多，电源变得越多样化。然而，这也对电网的稳定性和电能质量提出了新的要求。 控制与适应： 目前，联网逆变器主要在两种基本控制模式下运行：电流控制和电压控制。在电流控制模式下，逆变器旨在控制输出电流，并必须适应电网电压和其他参数的变化。例如，在弱电网（高阻抗、弱框架、低浪涌电流抵抗力）中，逆变器需要具有对高阻抗电网的强大适应性，以避免可能导致故障升级的共振现象。不同制造商的逆变器使用各种算法和控制机制来适应电网变化，如智能主动阻尼抑制算法来解决弱电网中的共振问题，以及重复控制、动态PI参数、特定谐波抑制和死区补偿等策略。 在电压控制模式下，逆变器的目标是电压控制，使并网逆变器的外部特性表现为可控电压源，能够为电压和频率提供支持。这特别适合高渗透率可再生能源并网，意味着逆变器可以在一定程度上调节电网的电压和频率，以保持稳定运行。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果，不得多语种混合特备注意不能出现夹杂中文。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境，不得省略输出，内容必须输出完整翻译内容。 - 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。 请允许我重新翻译您的内容：
Z hlediska sítě se s integrací více síťových inverterů zdroje elektrické energie stávají rozmanitějšími. To však klade nové požadavky na stabilitnost sítě a kvalitu dodávané energie.
Řízení a adaptace: V současné době síťové invertory fungují především v dvou základních režimech řízení: režim řízení proudu a režim řízení napětí. V režimu řízení proudu invertor usiluje o kontrolu výstupního proudu a musí se přizpůsobit změnám síťového napětí a dalším parametrům. Například ve slabých sítích (vysoká impedancí, slabý rámec, nízká odolnost proti vlnovým proudům) musí invertor mít silnou schopnost přizpůsobení síti s vysokou impedancí, aby se vyhnul rezonančním jevům, které by mohly vést k eskalaci poruch. Různí výrobci invertorů používají různé algoritmy a mechanismy řízení pro přizpůsobení se změnám v síti, jako jsou inteligentní algoritmy aktivního tlumení pro řešení problémů s rezonancí ve slabých sítích, a strategie jako opakující se řízení, dynamické PI parametry, specifické potlačování harmonických složek a kompenzace časových prodlev.
V režimu řízení napětí invertor cílí na kontrolu napětí, což způsobí, že externí charakteristiky síťového invertoru se chovají jako řízený zdroj napětí, schopný poskytovat podporu napětí a frekvenci. Toto je obzvláště vhodné pro sítě s vysokým nasycením obnovitelných zdrojů energie, což znamená, že invertor může do jisté míry regulovat napětí a frekvenci sítě, aby zajistil stabilní provoz.
III. Mohou síťové inverterty pracovat bez elektrické sítě?
V běžných okolnostech není operace dovolena:Podle relevantních standardů a bezpečnostních předpisů jsou síťové invertory obvykle vybaveny zařízeními pro odhalení ostrova. Když je napětí v síti nulové, inverzor zastaví svou práci. To je proto, že pokud by inverzor pokračoval v činnosti během výpadku proudu, mohl by to představovat bezpečnostní hrozbu pro údržbáře. Například, pokud by fotovoltaický systém i nadále dodával energii do sítě prostřednictvím inverteru během výpadku proudu, mohlo by to snadno způsobit elektrické šoky a jiné bezpečnostní incidenty. Proto stanovují státní standardy, že fotovoltaické síťové inverterty musí mít funkce pro detekci a kontrolu ostrova a musí přestat pracovat, když síť není dostupná.
Provozní stav s speciálními úpravami:Teoreticky by bez úpravy softwaru nebo hardwaru mohl být invertor pro odpojené síť použit k „simulaci“ sítě, což by vedlo k tomu, že fotovoltaický invertor by si myslel, že síť funguje normálně, a tedy by byl schopen poskytovat energii této „síti“. Tento způsob však nese rizika a není v souladu s běžnými bezpečnostními a regulačními požadavky. Pokud je pak invertor pro připojenou síť upraven tak, aby umožňoval provoz mimo síť, jako například u některých hybridních invertorů pro připojenou a odpojenou síť, může přepnout do režimu mimo síť, pokud síť selže. To však již není funkce čistého invertoru pro připojenou síť, ale spíše výsledek speciální konstrukce a úpravy.
IV. Zásadní podmínky pro provoz invertoru pro připojenou síť
Technické podmínky:
Synchronizace frekvence: Frekvence síťového proudu je obvykle 50 Hz nebo 60 Hz většinou v oblastech. Frekvence střídavého proudu vygenerovaná inverzorem musí být synchronizována s touto frekvencí. To se obvykle dosahuje pomocí technologií jako fázově uzamčené smyčky (PLLs) za účelem zajištění shody frekvence střídavého proudu inverteru s frekvencí sítě, jinak nemůže pracovat normálně.
Synchronizace fáze: Kromě synchronizace frekvence musí být také střídavý výstup inverteru synchronizován v fázi s napětím sítě. Synchronizace fáze se dosahuje prostřednictvím souvisejících ovládacích technologií. Pouze s synchronizací fáze lze výstup energie inverteru hladce integrovat do sítě bez způsobení nepříznivých efektů, jako jsou fluktuace výkonu a snížení kvality výkonu.
Shoda napětí: Výstupní napětí inverteru musí odpovídat napětí sítě v bodě připojení. Ačkoli invertery jsou obvykle navrženy tak, aby se přizpůsobily různým úrovním napětí, musí zajistit, aby fungovaly v bezpečných mezích. Pokud se napětí neshoduje, může to zabránit normálnímu přenosu energie a dokonce poškodit inverter nebo síťové zařízení.
Harmonické omezení: Během převodu stejnosměrného proudu na střídavý inverzor může vygenerovat harmonické vlny, které mohou ovlivnit síť, například způsobit zkreslení napětí a narušit normální fungování jiné elektrické zařízení. Proto musí inverzory splňovat určité standardy pro harmonická omezení, aby zajistily kvalitu energie. Například výstupní proud inverzoru by neměl obsahovat složku stejnosměrného proudu a vysoké řády harmonických vln v výstupním proudu inverzoru musí být minimalizovány, aby nedocházelo ke znečištění sítě.
Řízení reaktivního výkonu: Inverzor musí být schopen řídit výstup reaktivního výkonu, aby podporoval stabilitu napětí v síti. V sítích s vysokým podílem obnovitelných zdrojů je řízení reaktivního výkonu obzvláště důležité. Řízením reaktivního výkonu lze regulovat úroveň napětí v síti, což zlepšuje stabilitu sítě a kvalitu energie.
Ochrana proti ostrovnímu efektu: Pokud dojde k vypnutí sítě, inverzor musí rychle odpojit se od sítě, aby zabránil tomu, že by dodával energii do odpojené sítě, což chrání servisní personál. Toto je jedna z nezbytných bezpečnostních funkcí síťových inverzorů.
Bezpečnostní podmínky:
Elektrická bezpečnost: Inverzor a jeho instalace musí být v souladu s příslušnými elektrickými bezpečnostními normami, včetně izolace, ochrany před přetížením a ochrany před krátkým spojením. Například elektrické izolační vlastnosti inverzoru musí být dobré, aby se zabránilo úniku proudu; v případě přetížení nebo krátkého spojení by měl inverzor aktivovat ochranné mechanismy, aby zabránil poškození zařízení a možným požárům.
Stupeň ochrany: Inverzor potřebuje určitý stupeň ochrany, aby odolal environmentálním faktorům, jako je prach a vlhkost. Inverzory pro venkov často vyžadují vyšší stupeň ochrany, například IP65. Stupeň ochrany zajišťuje, že inverzor může fungovat normálně pod různými environmentálními podmínkami a prodlužuje jeho životnost.
Předpisy a normy:
Národní a průmyslové normy: Připojené inverzory musí splňovat národní a průmyslové normy, jako je například čínský standard GB/T 37408 - 2019, který stanovuje technické požadavky na fotovoltaické připojené inverzory. Tyto normy pokrývají mnoho aspektů, včetně výkonu, bezpečnosti a kvality energie, což zajišťuje, že inverzory splňují předpisy při provozu v síti.
Povolení a schválení: Instalace a provoz připojených inverzorů může vyžadovat povolení a schválení od energetického oddělení, aby se zajistilo, že nepoškodí síť. Energetické oddělení zkontroluje umístění, kapacitu a technické parametry inverzoru a pouze po schválení může být inverzor připojen k síti.
Ekonomické faktory:
Návratnost investice (ROI): Uživatelé nebo společnosti, kteří zvažují propojení sítě s invertory, vyhodnotí ROI, včetně počátečních nákladů na investici, provozních a údržbou nákladů a potenciálních dotací nebo příjmů ze prodeje elektřiny. Pokud není ROI příznivý, může to ovlivnit zájem o propojení sítě s invertory. Například, pokud jsou počáteční náklady vysoké a cena prodeje elektřiny nízká bez dostatečných dotací, mohou investoři být odrazováni.
Dotacní politiky: Různé oblasti mohou mít různé dotacní politiky, které mohou ovlivnit ekonomickou životaschopnost projektů propojených sítí s invertory. Některé oblasti nabízejí dotace k podpoře rozvoje obnovitelných zdrojů energie, včetně dotací na nákup inverterů a tarify za dodávanou energii, což pomáhá zlepšit ekonomické výhody projektů propojených sítí s invertory.
Kompatibilita systému:
Kompatibilita s elektrickou sítí: Inverzor musí být kompatibilní se stávajícím systémem elektrické sítě, včetně struktury, rozsahu a provozních charakteristik sítě. Různé struktury sítí (např. TT, IT a TN elektrické systémy) a jejich rozsahy (např. nízkonapěťové a vysokonapěťové sítě) mají různé požadavky na inverzory, a inverzor musí být schopen se přizpůsobit těmto rozdílům, aby bylo možné dosáhnout stabilního připojení k síti.
Kompatibilita s vybavením: Inverzor musí být dobře vhodný pro připojené zařízení na výrobu elektřiny (např. solární panely, větrné turbíny), aby bylo možné dosáhnout efektivní konverze energie. Například výstupní výkon a napětí solárních panelů musí odpovídat požadavkům inverzoru na vstup, aby byla zajištěna efektivita a výkon celého systému na výrobu energie.
Environmentální faktory:
Přizpůsobivost k prostředí: Inverzor musí být schopen se přizpůsobit podmínkám prostředí na místě instalace, jako jsou teplota a vlhkost, aby zajistil dlouhodobou stabilní operaci. Například v prostředí s vysokými teplotami musí inverzor mít dobré tepelné odvody, aby zabránil poškození přetopením; v prostředí s vysokou vlhkostí musí inverzor mít vlastnosti odolné vůči vlhkosti, aby se předešlo krátkým spojením vnitřních obvodů.
Dopad na prostředí: Design a provoz inverzoru musí zohledňovat jeho dopad na prostředí, jako je hluk a elektromagnetické rušení. Měly by být podniknuty úsilí o minimalizaci hluku vygenerovaného během provozu inverzoru, aby se předešlo znečištění hlukem, a elektromagnetické rušení by mělo být kontrolováno, aby se zabránilo rušení ostatních elektronických zařízení.
Provoz a údržba:
Uživatelské rozhraní: Inverzor by měl poskytovat intuitivní uživatelské rozhraní pro sledování stavu systému a provádění nezbytných nastavení. Například, uživatelé mohou zjistit operační parametry inverzoru (např. vstupní/výstupní napětí, proud, výkon) a informace o chybových hlášeních prostřednictvím rozhraní a provést základní nastavení (např. limity výkonu, výběr režimu provozu).
Požadavky na údržbu: Údržba inverzoru musí brát v úvahu snadnost údržby, náklady na údržbu a cykly údržby. Inverzor, který je snadno udržovatelný, může snížit náklady a obtížnost údržby, zatímco rozumný cyklus údržby může zajistit dlouhodobou stabilní operaci. Například, vnitřní struktura inverzoru by měla být navržena tak, aby usnadňovala kontrolu údržbou, a životnost a náklady na výměnu jeho komponentů by měly být rozumné.
V. Role sítě v provozu síťového inverzoru
Poskytování referenčních hodnot pro provoz: Napětí, frekvence a jiné parametry sítě poskytují referenční standard pro provoz invertorů připojených k síti. Invertor musí upravit svůj výstup podle napětí a frekvence sítě, aby tyto parametry odpovídaly. Například invertor používá technologie jako je PLL (fázově zaměřený závěs) k synchronizaci frekvence a fáze svého výstupu střídavého proudu se sítí a k vyrovnání napětí, což zajišťuje hladkou integraci energie do sítě. Bez těchto referenčních hodnot poskytovaných sítí by invertor nebyl schopen přesně upravit svůj výstup a normální připojení k síti by nebylo možné.
Povolení přenosu a distribuce energie: Síť poskytuje platformu pro přenos a distribuci energie od invertorů připojených k síti. Po tom, co invertor vloží střídavý proud vygenerovaný fotovoltaickým systémem do sítě, může síť tento proud přenést tam, kde je potřeba, což umožňuje široké rozdělení. To umožňuje integraci fotovoltaické energie do širšího energetického systému a poskytování elektrické energie více uživatelům. Rozsah a struktura sítě také ovlivňují metody připojení a provozní požadavky na invertor. Například v různých napěťových úrovních sítí (např. nízké a vysoké napětí) musí invertor splňovat odpovídající přístupové standardy a technické požadavky, aby zajistil bezpečný a efektivní přenos energie.
Zajištění stabilního chodu:V síti jsou propojena mnohá zařízení pro výrobu a spotřebu elektrické energie, což tvoří velký energetický systém. Tento systém má určitou míru stability a inertnosti, což pomáhá stabilizovat provoz síťových inverterů. Například, když se výkon fotovoltaického systému kolísá, síť může tyto fluktuace vyrovnat prostřednictvím svých vlastních regulačních mechanismů (např. úpravou výkonu jiných zdrojů), čímž snižuje dopad na inverter. Kromě toho síť poskytuje ochranu před krátkým zapojením a další bezpečnostní funkce. Pokud dojde k poruše krátkého zapojení na výstupu inverteru, ochranná zařízení sítě zasáhnou, aby zabránily eskalaci poruchy, chránění inverter i ostatní zařízení.
