Driftsprincipper for net forbundne invertere
I. Driftsprincipper for netbundne invertere
Netbundne invertere er enheder, der konverterer direkte strøm (DC) til vekslende strøm (AC), og de anvendes bredt i solceller baserede fotovoltaiske (PV) energigenereringssystemer. Driftsprincipperne omfatter flere aspekter:
Energiomkonverteringsproces:Under sollys genererer PV-paneler DC-strøm. For små og mellemstore netbundne invertere bruges ofte en totrinsstruktur, hvor DC-udgangen fra PV-panelerne først konverteres gennem en DC/DC-konverter for en præliminær konvertering, og derefter gennem en DC/AC-konverter for at producere AC. Store invertere bruger typisk en enkelttrinsstruktur for direkte konvertering. Under drift kontrollerer inverteren den trefasede invertermodul ved at detektere DC-spænding, -strøm og net AC-spænding og -strøm. Det digitale kontrolsystem genererer PWM (Pulse Width Modulation) drivsignal, som gør, at inverteren producerer AC, der er synkroniseret i frekvens og fase med nettet. For eksempel, når DC-strømmen fra PV-panelerne indgår i den netbundne inverter, passer den først gennem en rektifier (hvis den totrinsstruktur inkluderer en rektifiseringsfunktion), som konverterer eventuel eksisterende AC til DC, og derefter gennem invertersektionens elektroniske komponenter for at konvertere DC til AC, som til sidst leveres til husholdnings- eller industrielle belastninger eller fødes ind i nettet.
Nøglekomponenter og deres funktioner:
Rektifier: I nogle strukturer er den ansvarlig for at konvertere AC til DC, hvilket sikrer, at inputtet til den efterfølgende inverter-del er DC.
Inverter: Dette er den centrale komponent, der bruger elektroniske elementer (som effektsemiconductorer) til at konvertere DC til AC.
Controller: Den kontrollerer hele konverteringsprocessen, herunder overvågning af ind- og udgangsspændinger og strømme, og justerer PWM-drivsignalene baseret på disse parametre for at sikre, at den udgående AC opfylder de påkrævede standarder.
Output Terminal: Den udsender den konverterede AC til nettet eller lasten.
II. Forhold mellem netforbundne invertere og nettet
Energiforsyning og interaktion:Den primære funktion af en netforbundet inverter er at konvertere DC til AC og forbinde til nettet, hvilket gør energioverførsel muligt. Den kan føde elektricitet genereret af PV-systemet ind i nettet, der opfylder andres energibehov. I denne proces fungerer nettet som et stort energilager- og distributionscenter, og den netforbundne inverter fungerer som broen, der forbinder distribueret PV-energi med dette center. For eksempel i distribuerede PV-projekter sælger mange husholdninger med PV-systemer overskydende energi til nettet via netforbundne invertere, hvilket gør det muligt for dem at have tovejsenergiflow—both modtage og levere energi til nettet.
Fra netværkets perspektiv bliver kilderne til strøm mere diverse, når flere netforbundne invertere integreres. Dette stiller dog også nye krav til netstabilitet og strømkvalitet.
Kontrol og tilpasning: I øjeblikket opererer netforbundne invertere hovedsageligt i to grundlæggende kontroltilstande: strømkontrol og spændingskontrol. I strømkontilstanden forsøger inverteren at kontrollere udgangsstrømmen og må tilpasse sig ændringer i nettets spænding og andre parametre. For eksempel i svage net (høj impedans, svagt rammeark, lav modstand overfor pulje-strømme) skal inverteren have stærk tilpasningsdygtighed til høj-impedans-net for at undgå resonansfænomener, der kan føre til fejludvikling. Forskellige producenters invertere bruger forskellige algoritmer og kontrolmekanismer for at tilpasse sig netændringer, som intelligente aktive dempingssuppressionsalgoritmer til at håndtere resonansproblemer i svage net, og strategier som gentagende kontrol, dynamiske PI-parametre, specifik harmonisk demping og død-tids-kompensation.
I spændingskontilstanden har inverteren fokus på spændingskontrol, hvilket gør de eksterne egenskaber af den netforbundne inverter opfører sig som en kontrolleret spændingskilde, der kan give støtte til spænding og frekvens. Dette er især velegnet til højt-gennemsyret fornyelig energi-forbindelse, det betyder, at inverteren kan regulere nettets spænding og frekvens i en vis grad for at opretholde stabil drift.
III. Kan netanslutte omformere fungere uden for nettet?
Under normale omstændigheder er drift ikke tilladt: Ifølge relevante standarder og sikkerhedsregler er netanslutte omformere typisk udstyret med anti-ødeøs enheder. Når netvoltage er nul, vil omformeren stoppe med at virke. Dette skyldes, at hvis omformeren fortsætter med at virke under en strømafbrydelse, kan det udgøre en sikkerhedstru mod vedligeholdelsespersonale. For eksempel, hvis PV-systemet fortsætter med at levere strøm til nettet gennem omformeren under en strømafbrydelse, kan det let forårsage elektriske stød og andre sikkerhedsincidenter. Derfor fastsætter nationale standarder, at PV-netanslutte omformere skal have ødeøsdetection og kontrolfunktioner, og de skal stoppe med at virke, når nettet ikke er tilgængeligt.
Operation Under Special Modifications:Teoretisk kan en off-grid inverter bruges til at "simulere" et net, hvilket gør, at PV-inverteren tror, at nettet er normalt, og dermed kan den levere strøm til dette "net". Dette metode indebærer dog risici og overholder ikke normale sikkerheds- og reguleringskrav. Desuden, hvis en grid-connected inverter modificeres for at tillade off-grid drift, som i nogle hybrid grid-tied og off-grid inverters, kan den skifte til off-grid mode, når nettet er nede. Dette er dog ikke længere en funktion af en ren grid-connected inverter, men snarere et resultat af specialdesign og modification.
IV. Væsentlige betingelser for drift af grid-connected inverter
Tekniske betingelser:
Frekvenssynkronisering: Netværksfrekvensen er typisk 50Hz eller 60Hz i de fleste regioner. Inverterens AC-frekvens skal synkroniseres med dette. Dette opnås normalt gennem teknologier som faserelancerede løkker (PLL) for at sikre, at inverterens AC-frekvens matcher netværksfrekvensen, ellers kan den ikke fungere normalt.
Fasesynkronisering: Ud over frekvenssynkronisering skal inverterens AC-output også synkroniseres i fase med netværksvoltagen. Fasesynkronisering opnås gennem relaterede styringsteknologier. Kun med fasesynkronisering kan inverterens output energi blive integreret glat i netværket uden at forårsage negative effekter som strømfluktuationer og nedgang i strømkvalitet.
Spændingsmatch: Inverterens outputspænding skal matche netværkets spænding ved forbindelsespunktet. Selvom invertere normalt er designet til at tilpasse sig forskellige spændingsniveauer, skal det sikres, at der opereres inden for sikre grænser. Hvis spændingen ikke matcher, kan det forhindre normal strømoverførsel og endda skade inverteren eller netværksudstyr.
Harmoniske begrænsninger: Under konverteringen fra DC til AC kan inverteren producere harmoniske, som kan påvirke nettet, f.eks. ved at forårsage spændingsforvridning og påvirke normal drift af anden elektrisk udstyr. Derfor skal invertere opfylde visse harmoniske begrænsninger for at sikre strømkvalitet. For eksempel bør inverterens udgangsstrøm ikke indeholde en DC-komponent, og højere harmoniske i inverterens udgangsstrøm skal minimeres for at undgå forurening af nettet.
Reaktiv effekt kontrol: Inverteren skal kunne kontrollere reaktiv effektudgang for at støtte stabiliteten af netvoltage. I net, der har en høj andel af vedvarende energi, er kontrol af reaktiv effekt særdeles vigtig. Ved at kontrollere reaktiv effekt kan nivået af netvoltage reguleres, hvilket forbedrer netstabilitet og strømkvalitet.
Beskyttelse mod ø-effekt: Når nettet er nede, skal inverteren hurtigt afkoble sig fra nettet for at undgå, at den leverer strøm til det afkoblede net, og dermed beskytte vedligeholdelsespersonale. Dette er en af de væsentlige sikkerhedsfunktioner for netbundne invertere.
Sikkerhedsforhold:
Elektrisk sikkerhed: Inverteren og dens installation skal overholde relevante elektriske sikkerhedsstandarder, herunder isolation, overbelastningsbeskyttelse og kortslutningsbeskyttelse. For eksempel skal inverterens elektriske isolationsydeevne være god for at forhindre ledning; i tilfælde af overbelastning eller kortslutning, bør inverteren aktivere beskyttelsesmekanismer for at forhindre skade på udstyr og potentielle brændsel.
Beskyttelsesklasse: Inverteren har brug for en bestemt beskyttelsesklasse for at modstå miljøfaktorer som støv og fugt. Udenfor invertere kræver typisk en højere beskyttelsesklasse, såsom IP65. Beskyttelsesklassen sikrer, at inverteren kan fungere normalt under forskellige miljøforhold og forlænger dens levetid.
Regler og standarder:
Nationale og branchespecifikke standarder: Netansluttede invertere skal overholde nationale og branchespecifikke standarder, såsom Kinas GB/T 37408 - 2019 standard, der specificerer tekniske krav til solcelleanlagte netansluttede invertere. Disse standarder dækker flere aspekter, herunder ydeevne, sikkerhed og strømkvalitet, og sikrer, at invertere opfylder regler, når de opererer på nettet.
Tilladelser og godkendelser: Installation og drift af netansluttede invertere kan kræve tilladelser og godkendelser fra energisektoren for at sikre, at de ikke har negative effekter på nettet. Energisektoren vil gennemgå inverterens installationssted, kapacitet og tekniske parametre, og kun efter godkendelse kan inverteren blive forbundet til nettet.
Økonomiske faktorer:
Renteafkast (ROI): Brugere eller virksomheder, der overvejer netforbundne invertere, vil vurdere ROI, herunder de initiale investeringsomkostninger, drifts- og vedligeholdelsesudgifter samt potentielle politiske subsider eller indtægter fra salg af elektricitet. Hvis ROI ikke er gunstig, kan det påvirke entusiasmen for netforbundne invertere. For eksempel, hvis de initiale investeringsomkostninger er høje, og salgsprisen for elektricitet er lav uden tilstrækkelige subsidiepolitikker, kan investorer blive afskrækket.
Subsidiepolitikker: Forskellige regioner kan have forskellige subsidiepolitikker, hvilket kan påvirke den økonomiske gennemførlighed af projekter med netforbundne invertere. Nogle regioner tilbyder subsidier for at fremme udviklingen af vedvarende energi, herunder subsidier for køb af invertere og feed-in-tariffer, hvilket hjælper med at forbedre de økonomiske fordele af projekter med netforbundne invertere.
Systemkompatibilitet:
Netkompatibilitet: Inverteren skal være kompatibel med det eksisterende netværkssystem, herunder netværkets struktur, skala og driftsforhold. Forskellige netstrukturer (f.eks. TT, IT og TN strømsystemer) og skaler (f.eks. lavspændings- og højspændingsnet) har forskellige krav til invertere, og inverteren skal kunne tilpasse sig disse forskelle for at opnå stabil netforbindelse.
Udstyrskompatibilitet: Inverteren skal være godt matchet med det forbundne energiproducerende udstyr (f.eks. solceller, vindmøller) for at opnå effektiv strømkonvertering. For eksempel skal outputstrømmen og spændingen fra solceller matche inverterens inputkrav for at sikre effektiviteten og ydeevnen af hele produktionssystemet.
Miljøfaktorer:
Miljøtilpasning: Inverteren skal kunne tilpasse sig de miljømæssige forhold på installationsstedet, såsom temperatur og fugtighed, for at sikre langvarig stabil drift. For eksempel skal inverterens varmeafgivelsesevne være god i højtemperaturmiljøer for at undgå skade som følge af overophedning; i højfugtighedsområder skal inverteren have fuktbestandshede egenskaber for at undgå interne kredsløbskurter.
Miljøpåvirkning: Designet og drift af inverteren skal tage hensyn til dets påvirkning på miljøet, såsom støj og elektromagnetisk støj. Der skal gøres en indsats for at minimere den støj, der genereres under inverterens drift, for at undgå støjforurening, og elektromagnetisk støj skal kontrolleres for at undgå forstyrrelser af andre elektroniske enheder.
Drift og vedligeholdelse:
Brugerflade: Inverteren skal give en intuitiv brugerflade til overvågning af systemets status og udførelse af nødvendige indstillinger. For eksempel kan brugere se inverterens driftsparametre (f.eks. input/output spænding, strøm, effekt) og fejlalarminformation gennem fladen, og udføre grundlæggende indstillinger (f.eks. effektgrænser, valg af driftsmodus).
Vedligeholdelseskrav: Vedligeholdelsen af inverteren skal tage højde for nemhed ved vedligeholdelse, vedligeholdelseskostnader og vedligeholdelsescykler. En inverter, der er let at vedligeholde, kan reducere vedligeholdelseskostnader og vanskeligheder, mens en rimelig vedligeholdelsescyklus kan sikre langtidsstabil drift. For eksempel bør inverterens interne struktur være designet til at lette inspektion af vedligeholdelsespersone, og komponenternes levetid og udskiftningsomkostninger bør være rimelige.
V. Nettets rolle i drift af netforbundne invertere
Reference for Operation:Nettet's spænding, frekvens og andre parametre giver en referencestandard for drift af nettilsluttede omvendere. Omvenderen skal justere sin udgående strøm baseret på nettets spænding og frekvens for at matche disse parametre. For eksempel bruger omvenderen teknologier som PLL (Phase-Locked Loop) til at synkronisere frekvensen og fasen af dens udgående AC med nettet og matche spændingen, hvilket sikrer en problemfri integration af strøm i nettet. Uden at nettet leverer disse referencer ville omvenderen ikke kunne justere sin udgående strøm præcist, og normal nettilslutning ville være umulig.
Strømtransmission og -distribution:Nettet leverer en platform for transmission og distribution af strøm fra nettilsluttede omvendere. Efter at omvenderen har ført den AC-strøm, der er genereret af PV-systemet, ind i nettet, kan nettet transmittere denne strøm til de steder, hvor den er nødvendig, og opnå en bred distribution. Dette gør det muligt for PV-strøm at integreres i det bredere strømsystem og levere elektricitet til flere brugere. Skalaen og strukturen af nettet påvirker også omvenderens tilslutningsmetoder og driftsforhold. For eksempel i forskellige spændingsniveauer (f.eks. lavspændings- og højspændingsnet), skal omvenderen opfylde de korresponderende adgangsstandarder og tekniske krav for at sikre sikker og effektiv strømtransmission.
Sikring af stabil drift:I netværket er mange strømproduktions- og forbrugsenheder forbundet, hvilket danner et stort kraftsystem. Dette system har en vis grad af stabilitet og træghed, som hjælper med at stabilisere drift af netforbundne invertere. For eksempel, når effekten fra et solcelleanlæg fluktuere, kan nettet balancere disse fluktuationer gennem sine egne reguleringssystemer (f.eks. ved at justere effekten fra andre produktionsenheder), hvilket reducerer indvirkningen på inverteren. Desuden tilbyder nettet kortslutningsbeskyttelse og andre sikkerhedsfunktioner. Hvis der opstår en kortslutning ved inverterens udgang, vil netværkets beskyttelsesenheder gribe ind for at forhindre, at fejlen eskalerer, og beskytte inverteren og anden udstyr.
