Võrguga ühendatud inverterite tööprintsiibid
I. Võrguühendatud inverterite tööpõhimõtted
Võrguühendatud inverterid on seadmed, mis teisendavad otsese voolu (DC) vaikevooluks (AC) ja neid kasutatakse laialdaselt päikeseenergia fotogaalide (PV) tootmisesüsteemides. Tööpõhimõtted hõlmavad mitmeid aspekte:
Energia teisendamise protsess:Päikesevalguse all fotogaalipanellid toodavad otsese voolu (DC). Väikeste ja keskmise suurusega võrguühendatud inverterite puhul kasutatakse sageli kaheastmelist struktuuri, kus fotogaalipanelite DC-väljund esmalt teisendatakse DC/DC-teisendaja abil eelneks, ja seejärel DC/AC-teisendaja abil toodetakse AC. Suured inverterid kasutavad tavaliselt üheastmelist struktuuri otseste teisenduste jaoks. Töö ajal kontrollib inverter kolmekordset inverterimooduli, tuvastades DC-läve, voolu ja võrgu AC-läve ja voolu. Digitaalne juhtimissüsteem genereerib PWM (Pulse Width Modulation) juhtsignaale, mille tulemusena inverter toodab AC, mis on sageduse ja faasi poolest võrreldes võrguga sünkrooniline. Näiteks, kui fotogaalipanelite DC elekter jõuab võrguühendatud inverterisse, läbib see esmalt rektifikaatorit (kui kaheastmelisel struktuurlisel on rektifitseerimisfunktsioon), mis muudab olemasoleva AC DC-ks, ja seejärel läbib inverteri osa elektronilisi komponente, mis teisendavad DC AC-ks, mis lõpuks tarnitakse kodu- või tööstusloodadele või edastatakse võrgusse.
Olulised komponendid ja nende funktsioonid:
Rectifikaator: Mõnes struktuuris on vastutav vooluvahetuse (AC) teisendamise eest pingejärgseks (DC), tagades, et järgmise inverteri osa sisend oleks DC.
Inverter: See on üks põhikomponent, mis kasutab elektronilisi elemente (näiteks võimsuslikke pooljuhte) DC teisendamiseks AC-ks.
Juhtimissüsteem: See kontrollib kogu teisendamisprotsessi, hõlmades sissetuleva ja väljundvoolu ning -vooga järelevalvet, ja reguleerib PWM juhtsignaale nende parameetrite põhjal, et tagada, et väljund AC vastaks vajalikele standarditele.
Väljundlõpp: See väljastab teisendatud AC võrgu või laadimiseks.
II. Võrgukinnitusega inverterite ja võrgu suhe
Energiaedastus ja interaktsioon:Võrgukinnitusega inverteri peamine funktsioon on DC teisendada AC-ks ja ühenduda võrguga, lubades energiaedastust. See võib toota PV-süsteemi poolt toodetud elektriliikumist võrgu, rahuldades teiste kasutajate energianõudeid. Selle protsessi käigus toimib võrgu suure energia varustamise ja levitamise keskusega, ja võrgukinnitusega inverter töötab sildina, mis ühendab paigaldatud PV-energia selle keskusega. Näiteks mitmesel paigaldatud PV-projektidel müüvad paljud kodud oma üleliigse energiavoolu võrgu kaudu võrgukinnitusega inverterite kaudu, saavutades kahte suunda liikuva energiavoo, mille abil nad võivad nii võrgust saada kui ka võrgu ehitada.
Võrgu perspektiivist lähtudes, kui rohkem võrguga ühendatud inverteerijaid integreeritakse, muutuvad võrgu energiaallikad mitmekessemaks. See asetab aga uued nõuded võrgu stabiilsusele ja energiakvaliteedile.
Juhtimine ja kohanemine:Praegu kasutavad võrguga ühendatud inverteerijad peamiselt kahte põhilist juhtimisrežiimi: voolujuhtimise ja pingerežiimi. Voolujuhtimise režiimis püüab inverteerija kontrollida väljundvoolu ja peab kohanema võrgupingu ja muude parameetrite muutustega. Näiteks nõrkade võrkude (kõrge impedants, nõrk raamistik, madal vastusimpulsside suhtes) korral peab inverteerija olema tugevalt kohanemisvõimeline kõrge impedantsiga võrkudega, et vältida resoonantsiloodmisi, mis võivad viia veafanede eskaleerumiseni. Eramerkide inverteerijad kasutavad erinevaid algoritme ja juhtimismehhanisme võrgumuutuste kohanemiseks, näiteks teadmikuasenduslikke aktiivsed deemeeringualgoritme, et lahendada resoonantsiprobleeme nõrkades võrkudes, ja strateegiaid nagu korduv kontroll, dünaamilised PI parameetrid, spetsiifiline harmoonika deemeering ja surnuaegi kompenseerimine.
Pingerežiimis püüab inverteerija kontrollida pinget, mille tulemuseks on, et võrguga ühendatud inverteerija välise käitumine muutub kontrollituks pingeväljandiks, mis suudab pakkuda toetust pingele ja sagedusele. See on eriti sobilik kõrge penetratsiooniga taastuvenergia võrguühenduste jaoks, mis tähendab, et inverteerija suudab mõnevõrra reguleerida võrgu pinget ja sagedust, et hoida stabiilset tööd.
III. Kas võivad võrguga ühendatud inverterid töötada ilma võrguta?
Tavalistes olukordades ei ole lubatud töödelda:Kohustuslikud standardid ja ohutuseeskirjad näavad, et võrguga ühendatud inverteritel on tavaliselt paigaldatud anti-islandimise seadmed. Kui võrgu pingel on null, siis peatab inverter töö. See on nii, kuna kui inverter jätkaks tööd energiakatkese ajal, võib see olla hoolduspersonalile ohuks. Näiteks kui päikeseenergia süsteem jätkaks võrgu kaudu inverteri kaudu elektrit toomist, võib see tekitada elektriliste jõudude ja muud ohutusjuhtumid. Seetõttu määravad riiklikud standardid, et päikeseenergia võrguga ühendatud inverteridel peab olema islandimise tuvastamise ja kontrolli funktsioonid ning nad peavad lõpetama töö, kui võrgu pole saadaval.
Tegevus eriliste muudatustega:Teoreetiliselt, ilma tarkvara ega riistvara muutmata, saaks võrguühendusest invertorit kasutada "võrgu" simulatsiooniks, mis tekitaks fotogaasi invertori jaoks mulje, et võrgu on korralik, nii et see võiks toota energiat sellele "võrgule". See meetod aga kaasab riske ning ei vasta tavalistele ohutus- ja reguleerivatele nõuetele. Lisaks, kui võrguühenduse invertor on muudetud võimaldama võrguvälise töö, nagu mõnes hybrid-võrguühenduses ja võrguvälises invertoris, siis saab see liigutuda võrguvälise režiimi, kui võrgu läheb alla. See ei ole enam puhta võrguühenduse invertori funktsioon, vaid erilise disaini ja muudatuse tulemus.
IV. Võrguühenduse invertori tööks hädavajalikud tingimused
Tehnilised tingimused:
Sageduse sünkroniseerimine: Võrgu sagedus on tavaliselt 50Hz või 60Hz enamikus piirkondades. Inverteri AC-väljund peab sünkroniseeruma sellega. See saavutatakse tavaliselt tehnoloogiate kaudu, nagu fasiiluklaster (PLL), et tagada inverteri AC-sageduse vastavus võrgu sagedusele, muidu see ei saa normaalselt töötada.
Fase sünkroniseerimine: Lisaks sageduse sünkroniseerimisele peab inverteri AC-väljund ka faseeritult sünkroniseeruma võrgu pingega. Fase sünkroniseerimist saavutatakse seotud juhtimistechnoloogiate kaudu. Vaid fasesünkroniseerimisel saab inverteri väljundenergi ladina integreeruda võrgu, ilma et tekiks negatiivseid mõjusid, nagu energiapinge värsked ja kvaliteedi langus.
Pingeseadmine: Inverteri väljundpinge peab vastama võrgupingele ühenduspunktis. Kuigi inverterid on tavaliselt disainitud erinevate pingeastmete kohandamiseks, peab see tagama turvaliste piiride jooksul toimimise. Kui pinge ei vasta, võib see takistada normaalset energiavaatlust ja isegi kahjustada inverterit või võrguarvet.
Harmonilised piirangud: DC-st AC-ks teisendamisel võib inverter genereerida harmonikuid, mis võivad mõjutada võrgu, näiteks põhjustades pingevaheldusi ja segadust teiste elektriseadmete normaalseks tööks. Seetõttu peavad invertorid vastama teatud harmonilistele piirangutele, et tagada energia kvaliteet. Näiteks ei tohi inverteri väljundvool sisaldada DC-komponenti, ja inverteri väljundvoogu tuleb minimeerida, et vältida võrgu saastamist.
Reaktiivse jõudluse kontroll: Inverter peab olema võimeline kontrollima reaktiivset jõudlust, et toetada võrgupinna stabiilsust. Võrgudes, kus on suur osakaal taastuvenergiast, on reaktiivse jõudluse kontroll eriti oluline. Reaktiivse jõudluse kontrolliga saab reguleerida võrgupinna taseme, parandades seeläbi võrgu stabiilsust ja energia kvaliteeti.
Saaresefekti kaitse: Kui võrgu on katkenud, peab inverter kiiresti lahku maanduma võrgust, et vältida seda, et see toimiks võrgu, mis on maandunud, nii kaitstaks hoolduspersonalit. See on üks olulisemaid ohutusfunktsioone võrguga ühendatud invertorite jaoks.
Ohutustingimused:
Elektriline ohutus: Inverter ja selle paigaldus peavad vastama asjakohastele elektrilistele ohutuseeskirjadele, sealhulgas isolatsioonile, ülevoolukaitsele ja lülituskaitsele. Näiteks inverteri elektriline isolatsioon peab olema hea, et vältida lekkeid; ülevoolu või lülituse korral peaks inverter aktiveerima kaitsemechanisme, et vältida seadme kahjustamist ja võimalikke tulekahju.
Kaitseastmeline: Inverter vajab teatud kaitseastmet, et vastata keskkonnateguritele nagu tolm ja niiskus. Välisele kasutusele mõeldud inverterite puhul on tavaliselt vaja kõrgemat kaitseastet, näiteks IP65. Kaitseastmeline tagab, et inverter suudab töötada erinevates keskkondlikutes tingimustes ja pikendab selle kasutusaega.
Määrused ja standardid:
Riiklikud ja tööstusstandardid: Võrguga ühendatud inverteerijad peavad vastama riiklikele ja tööstusega seotud standarditele, näiteks Hiina GB/T 37408 - 2019 standardile, mis määrab solaaripaneelide võrguga ühendatud inverteerijate tehnilised nõuded. Need standardid hõlmavad mitut aspekti, sealhulgas toimivust, ohutust ja energiakvaliteeti, tagades, et inverteerijad vastavad eeskirjadele võrgu toimimisel.
Luba ja heakskiit: Võrguga ühendatud inverteerijate paigaldamine ja kasutamine võib nõuda luba ja heakskiitu elektrisektorilt, et tagada, et need ei mõjuta võrgu kahjulikult. Elektrisektor kontrollib inverteerija paigalduskohta, võimsust ja tehnilisi parameetreid ning inverteerijat võib ühendada võrguga vaid pärast heakskiitmist.
Majanduslikud tegurid:
Investeeringu tagastus (ROI): Kasutajad või ettevõtted, kes kaaluvad võrguga ühendatud inverterite kasutamist, hindavad ROI-d, mis hõlmab algseid investeeringukulusid, operatsioonilisi ja hoolduskulusid ning potentsiaalseid poliitilisi toetusi või elektri müügist tulenevat tulu. Kui ROI ei ole soods, võib see mõjutada huvi võrguga ühendatud inverterite vastu. Näiteks kui algne investeering on kallis ja elektri müügihind on madal ilma piisavate toetuspoleemikuta, võivad investorid selle eest taganeda.
Toetuspoleemikud: Erinevates piirkondades võivad olla erinevad toetuspoleemikud, mis mõjutavad võrguga ühendatud inverteriprojektide majanduslikku viisakust. Mõned piirkonnad pakkuvad toetusi taastuvenergia arendamise soodustamiseks, sealhulgas toetusi inverterite ostmiseks ja süttimise tarifid, mis aitavad parandada võrguga ühendatud inverteriprojektide majanduslikke eeliseid.
Süsteemi ühilduvus:
Võrgukompatibilitas: Inverter peab olema kooskõlas olemasoleva võrgusüsteemiga, sealhulgas võrgu struktuuriga, mahu ja operatsioonide omadustega. Eri võrgustruktuurid (nt TT, IT ja TN energiasüsteemid) ja mahud (nt madalvoolulised ja kõrgevoolulised võrgud) nõuavad inverteritest erinevat. Inverter peab olema võimeline kohanduma nende erinevustega, et saavutada stabiilne võrguühendus.
Seadmete kompatibilitas: Inverter peab olema hästi ühilduv ühendatud tootmiseeristega (nt päikesepaneele, tuuleturbinad), et saavutada tõhus energiateisendus. Näiteks päikesepanelide väljundenergia ja pinged peavad vastama inverteri sisendsaadetud nõuetele, et tagada kogu tootmisesüsteemi efektiivsus ja jõudlus.
Keskkonnafaktorid:
Keskkonnakohanemine: Inverter peab olema võimeline kohanduma paigalduskohta mõjutavate keskkondlike tingimustega, nagu temperatuur ja niiskus, et tagada pikaajaline stabiilne töö. Näiteks kõrge temperatuuriga keskkondades peab inverteri soojenduse levikuvõime olema hea, et vältida ülekuumenemise tõttu tekkivat kahjust; kõrge niiskusega keskkondades peab inverteril olema niiskevastane omadus, et vältida sisemiste tsirkuitide lühikesteid.
Keskkonnamõju: Inverteri disain ja toimimine peavad arvestama selle mõjuga keskkonnale, näiteks müra ja elektromagnetiline segadus. Tuleb püüelda selle poole, et vähendada inverteri töö ajal tekkinud müra, et vältida mürapäästikut, ja elektromagnetilist segadust tuleb kontrollida, et vältida teiste elektroniliste seadmete segamust.
Töö ja hooldus:
Kasutajaliides: Inverter peaks pakkuma intuitsioonilist kasutajaliidest süsteemi oleku jälgimiseks ja vajalike sätete tegemiseks. Näiteks kasutajad saavad liidese kaudu vaadata inverteri tööparameetreid (nt sisse/välja tõstetud voltaga, vool, võimsus) ja veateade teavet ning sooritada põhjalikke sätteid (nt võimsuse limiit, töörežiimi valik).
Hoolduse nõuded: Inverteri hooldamisel tuleb arvesse võtta hoolduse lihtsust, hoolduskulusid ja hooldusintervalle. Hooldusel mugav inverter võib vähendada hoolduskulusid ja raskeust, samas kui mõistlik hooldusintervall tagab pikaajalise stabiilse töö. Näiteks inverteri sisemine struktuur peaks olema nii disainitud, et hooldajad saaksid seda kontrollida, ja selle komponentide eluiga ja asendamiskulud peaksid olema mõistlikud.
V. Võrgu roll võrguga ühendatud inverteri töös
Viidena andmete andmine toimikonna jaoks: Võrgu voltagem, sagedus ja muud parameetrid annavad viidestandardi võrguga ühendatud inverterite toimimiseks. Inverter peab kohandama oma väljundit võrgu voltagi ja sageduse järgi, et neid parameetreid vastavalt korrastada. Näiteks kasutab inverter PLL-tehnoloogiat, et sünkroniseerida oma väljundvahelduvvoolu sagedust ja faasi võrguga ning vastavalt korrastada voltagi, tagades nii voolu sujuva integreerimise võrgu. Kui võrk ei pakkuda neid viitanorme, siis inverter ei saaks oma väljundit täpselt korrastada, ja tavaline võrgukülgne ühendus oleks võimatu.
Võimu edastamise ja jagamise võimaldamine:Võrk pakub platvormi võrguga ühendatud inverterite poolt toodud võimu edastamiseks ja jagamiseks. Pärast seda, kui inverter on jooksvaatud PV-süsteemi poolt toodud vahelduvvoolu kanutanud võrgusse, saab võrk edastada seda võimu vajalikele kohtadele, saavutades laialdase jagamise. See võimaldab PV-võimu integreeruda laiemasse võimeüsteemi, pakkudes elektrit rohkemale kasutajakontingendile. Võrgu suurus ja struktuur mõjutavad inverteri ühendamismeetodeid ja toimimisnõudeid. Näiteks erinevatel voltagitasetel (nt madalvoltagilised ja kõrgevoltagilised võrgud) peab inverter vastama vastavatele ligipääsumistandarditele ja tehnilistele nõuetele, et tagada ohutu ja efektiivne võimu edastamine.
Stabiilse toimimise tagamine:Võrgus on ühendatud palju elektri tootmise ja tarbimise seadmeid, mis moodustavad suure elektrivõrgu. See süsteem omab mingit määral stabiilsust ja inertsi, mis aitab stabiliseerida võrguga ühendatud inverterite tööd. Näiteks kui fotodegaeneraatori (PV) süsteemi väljundvõimsus lülitub, saab võrk nende lülitumiste tasakaalustamiseks kasutada oma reguleerimismehhanisme (nt muude tootmisseadmete võimsuse kohandamist), vähendades nii inverterile avalduvat mõju. Lisaks pakub võrk lühikute juhtide kaitset ja muud ohutusomadusi. Kui inverteri väljundil esineb lühikute juhtide tõrge, tegutsevad võrgu kaitseseadmed, et takistada tõrke levikut, kaitstes nii inverterit ja muud varustust.
