Principios de funcionamento dos inversores conectados á rede
I. Principios de funcionamento dos inversores conectados á rede
Os inversores conectados á rede son dispositivos que convertem corrente continua (CC) en corrente alternada (CA) e son amplamente utilizados nos sistemas de xeración de enerxía fotovoltaica (PV). Os principios de funcionamento implican varios aspectos:
Proceso de conversión de enerxía:Baixo a luz solar, os paneis fotovoltaicos xeran electricidade en corrente continua (CC). Para inversores conectados á rede de tamaño pequeno e medio, adoítase usar unha estrutura de dúas etapas, onde a saída CC dos paneis fotovoltaicos é primeiro convertida a través dun convertidor DC/DC para unha conversión preliminar, e despois a través dun convertidor DC/AC para producir CA. Os inversores grandes adoitan usar unha estrutura de unha soa etapa para a conversión directa. Durante a operación, o inversor controla o módulo inversor trifásico detectando a tensión e a corrente CC, así como a tensión e a corrente CA da rede. O sistema de control dixital xera sinais de impulsos de ancho modulable (PWM), fagendo que o inversor produza CA sincronizado en frecuencia e fase coa rede. Por exemplo, cando a electricidade CC dos paneis fotovoltaicos entra no inversor conectado á rede, primeiro pasa por un rectificador (se a estrutura de dúas etapas inclúe unha función de rectificación), convertindo calquera CA existente en CC, e despois a través dos compoñentes electrónicos da sección do inversor para converter CC en CA, que finalmente se suministra a cargas domésticas ou industriais ou se alimenta á rede.
Compoñentes clave e as súas funcións:
Rectificador: En algúns sistemas, é responsable de converter a corrente alternada (CA) en corrente continua (CC), asegurando que a entrada na parte inversora seguinte sexa CC.
Inversor: Este é o compoñente central, que utiliza elementos electrónicos (como dispositivos semiconductores de potencia) para converter a corrente continua (CC) en corrente alternada (CA).
Controlador: Controla todo o proceso de conversión, incluíndo a monitorización das voltaxes e correntes de entrada e saída, e axustando as señais de impulsos PWM en función destes parámetros para asegurar que a CA de saída cumpra os estándares requirexidos.
Terminal de Saída: Saída da CA convertida á rede ou carga.
II. Relación entre Inversores Conectados á Rede e a Rede Eléctrica
Transmisión de Potencia e Interacción:A función principal dun inversor conectado á rede é converter CC en CA e conectar á rede, permitindo a transmisión de potencia. Pode alimentar a electricidade xerada polo sistema FV á rede, satisfacendo as necesidades de potencia doutros usuarios. Neste proceso, a rede actúa como un gran centro de almacenamento e distribución de enerxía, e o inversor conectado á rede serve como a ponte que conecta a enerxía FV distribuída a este centro. Por exemplo, en proxectos FV distribuídos, moitas familias con sistemas FV venden a potencia excedente á rede a través de inversores conectados á rede, logrando un flujo de potencia bidireccional, tanto recibindo como fornecendo potencia á rede.
Dende o punto de vista da rede, á medida que se integran máis inversores conectados á rede, as fontes de enerxía eléctrica da rede tornanse máis diversificadas. No entanto, isto tamén coloca novas demandas na estabilidade da rede e na calidade do suministro eléctrico.
Control e adaptación:Actualmente, os inversores conectados á rede operan principalmente en dous modos de control básicos: control de corrente e control de tensión. No modo de control de corrente, o inversor tenta controlar a corrente de saída e debe adaptarse a cambios na tensión da rede e outros parámetros. Por exemplo, en redes débiles (alta impedancia, estrutura débil, baixa resistencia a correntes de surto), o inversor debe ter unha forte adaptabilidade a redes de alta impedancia para evitar fenómenos de resonancia que poden levar ao aumento de fallos. Diferentes fabricantes de inversores utilizan diversos algoritmos e mecanismos de control para adaptarse aos cambios na rede, como algoritmos de amortiguación activa intelixente para abordar problemas de resonancia en redes débiles, e estratexias como o control repetitivo, parámetros PI dinámicos, supresión de harmónicas específicas e compensación de tempo morto.
No modo de control de tensión, o inversor ten como obxectivo o control de tensión, fagendo que as características externas do inversor conectado á rede comportense como unha fonte de tensión controlada, capaz de proporcionar soporte para a tensión e a frecuencia. Isto é particularmente adecuado para conexións de enerxía renovable de alta penetración, significando que o inversor pode, nunha certa medida, regular a tensión e a frecuencia da rede para manter a súa operación estable.
III. Pódense operar os inversores conectados á rede sen a rede?
Nas circunstancias normais, non se permite a operación:Segundo as normas e regulamentos de seguridade pertinentes, os inversores conectados á rede están xeralmente equipados con dispositivos antillha. Cando a tensión da rede é cero, o inversor deixará de funcionar. Isto é porque, se o inversor continúa operando durante un corto de corrente, pode supor unha ameaza de seguridade para o persoal de manutención. Por exemplo, se o sistema fotovoltaico segue a fornecer enerxía á rede a través do inversor durante un corto de corrente, pódese provocar facilmente descargas eléctricas e outros incidentes de seguridade. Polo tanto, as normas nacionais establecen que os inversores conectados á rede fotovoltaica deben ter funcións de detección e control de illha, e deben parar de funcionar cando a rede non estea dispoñible.
Operación baixo modificacións especiais:Teoricamente, sen modificar o software ou o hardware, un inversor off-grid podería utilizarse para "simular" unha rede, facendo que o inversor fotovoltaico crea que a rede está normal, permitíndolle así fornecer enerxía a esta "rede". No entanto, este método conlleva riscos e non cumple cos requisitos normais de seguridade e regulación. Ademais, se o inversor conectado á rede é modificado para permitir a operación off-grid, como no caso de algunhas inversores híbridas conectadas á rede e off-grid, pode cambiar ao modo off-grid cando a rede falle. Isto, no entanto, xa non é unha función dun inversor puramente conectado á rede, senón o resultado dun deseño e modificación especial.
IV. Condicions esenciais para a operación do inversor conectado á rede
Condicións técnicas:
Sincronización de frecuencia: A frecuencia da rede é xeralmente de 50Hz ou 60Hz na maioría das rexións. A saída AC do inversor debe sincronizarse con esta. Isto adoita lograrse mediante tecnoloxías como os Circuitos de Bloqueo de Fase (PLLs) para asegurar que a frecuencia AC do inversor coincida coa frecuencia da rede, senón, non pode operar normalmente.
Sincronización de fase: Ademais da sincronización de frecuencia, a saída AC do inversor tamén debe sincronizarse en fase coa tensión da rede. A sincronización de fase lograse mediante tecnoloxías de control relacionadas. Só cunha sincronización de fase, a enerxía de saída do inversor pode integrarse de xeito liso na rede sen causar efectos adversos como fluctuacións de potencia e diminución da calidade da potencia.
Coincidencia de tensión: A tensión de saída do inversor debe coincidir coa tensión da rede no punto de conexión. Aínda que os inversores suelen deseñarse para adaptarse a diferentes niveis de tensión, debe asegurarse o funcionamento dentro de límites seguros. Se a tensión non coincide, pode impedir a transmisión normal de enerxía e incluso danar o inversor ou o equipo da rede.
Limitacións Armónicas: Durante a conversión de CC a CA, o inversor pode xerar armónicos que poden afectar á rede, como causar distorsión de tensión e afectar ao funcionamento normal de outro equipamento eléctrico. Polo tanto, os inversores deben cumprir certos estándares de limitación harmónica para garantir a calidade do enerxía. Por exemplo, a corrente de saída do inversor non debe conter un compoñente CD, e os armónicos de orde alta na corrente de saída do inversor deben minimizarse para evitar a contaminación da rede.
Control de Potencia Reactiva: O inversor debe ser capaz de controlar a potencia reactiva de saída para apoiar a estabilidade da tensión da rede. Nas redes con unha proporción alta de enerxía renovable, o control de potencia reactiva é particularmente importante. Controlando a potencia reactiva, pode regularse o nivel de tensión da rede, mellorando a estabilidade e a calidade do enerxía.
Protección contra o Efecto Isla: Cando a rede falle, o inversor debe desconectar rapidamente da rede para evitar que forneza enerxía á rede desligada, protexendo así ao persoal de manutención. Esta é unha das funcións de seguridade esenciais dos inversores conectados á rede.
Condicións de Seguridade:
Seguridade eléctrica: O inversor e a súa instalación deben cumprir as normas de seguridade eléctrica pertinentes, incluíndo o aislamento, a protección contra sobrecargas e a protección contra cortocircuitos. Por exemplo, o rendemento do aislamento eléctrico do inversor debe ser bo para evitar filtracións; en caso de sobrecarga ou cortocircuito, o inversor debe activar mecanismos protectores para prever danos no equipo e posibles incendios.
Clasificación de protección: O inversor necesita unha certa clasificación de protección para resistir factores ambientais como o polvo e a humidade. Os inversores exteriores xeralmente requiren unha clasificación de protección máis alta, como IP65. A clasificación de protección asegura que o inversor pode operar normalmente baixo diferentes condicións ambientais e estende a súa vida útil.
Normativa e estándares:
Normas nacionais e de industria: Os inversores conectados á rede deben cumprir as normas nacionais e de industria, como a norma chinesa GB/T 37408 - 2019, que especifica os requisitos técnicos para inversores fotovoltaicos conectados á rede. Estas normas abordan múltiples aspectos, incluíndo o rendemento, a seguridade e a calidade do enerxía, asegurando que os inversores cumpran as regulacións ao operar na rede.
Permisos e aprobacións: A instalación e operación de inversores conectados á rede pode requiren permisos e aprobacións do departamento de enerxía para asegurar que non afecten adversamente á rede. O departamento de enerxía revisará a localización da instalación do inversor, a capacidade e os parámetros técnicos, e só despois da aprobación o inversor poderá conectarse á rede.
Factores económicos:
Retorno da Inversión (ROI): Os usuarios ou empresas que consideren inversores conectados á rede avaliarán o ROI, incluíndo os custos iniciais de investimento, os gastos operativos e de manutención, e as posibles subvencións políticas ou ingresos pola venda de electricidade. Se o ROI non é favorable, pode afectar ao entusiasmo polos inversores conectados á rede. Por exemplo, se o custo inicial de investimento é alto e o prezo de venda da electricidade é baixo sen suficientes políticas de subvención, os inversores poden desanimarse.
Políticas de Subvención: As diferentes rexións poden ter diferentes políticas de subvención, que poden afectar á viabilidade económica dos proxectos de inversores conectados á rede. Algúns lugares ofrecen subvencións para fomentar o desenvolvemento de enerxías renovábeis, incluíndo subvencións para a compra de inversores e tarifas de entrada na rede, que axudan a mellorar os beneficios económicos dos proxectos de inversores conectados á rede.
Compatibilidade do Sistema:
Compatibilidade con a rede: O inversor debe ser compatible co sistema de rede existente, incluíndo a estrutura, escala e características operativas da rede. Diferentes estruturas de rede (por exemplo, sistemas de enerxía TT, IT e TN) e escalas (por exemplo, redes de baixa e alta tensión) teñen diferentes requisitos para os inversores, e o inversor debe poder adaptarse a estas diferenzas para lograr unha conexión estable á rede.
Compatibilidade do equipo: O inversor debe estar ben axustado co equipo de xeración de enerxía conectado (por exemplo, paneis solares, aerxeneradores) para lograr unha conversión eficiente da enerxía. Por exemplo, a potencia e a tensión de saída dos paneis solares deben coincidir cos requisitos de entrada do inversor para asegurar a eficiencia e o rendemento do sistema de xeración completo.
Factores ambientais:
Adaptabilidade ao medio ambiente: O inversor debe ser capaz de adaptarse ás condicións ambientais do lugar de instalación, como a temperatura e a humidade, para garantir un funcionamento estable a longo prazo. Por exemplo, en entornos de alta temperatura, o rendemento de disipación de calor do inversor debe ser bo para evitar danos por sobrecalentamento; en entornos de alta humidade, o inversor debe ter propiedades resistentes á humidade para evitar cortocircuitos nos circuitos internos.
Impacto ambiental: O deseño e funcionamento do inversor deben ter en conta o seu impacto no medio ambiente, como o ruido e a interferencia electromagnética. Deberían facerse esforzos para minimizar o ruido xerado durante o funcionamento do inversor para evitar a contaminación acústica, e a interferencia electromagnética debe controlarse para evitar a interferencia con outros dispositivos electrónicos.
Operación e manutención:
Interface de usuario: O inversor debe proporcionar unha interface de usuario intuitiva para monitorizar o estado do sistema e realizar as configuracións necesarias. Por exemplo, os usuarios poden ver os parámetros operativos do inversor (por exemplo, voltaxe de entrada/saída, corrente, potencia) e as informacións de alarma de fallo a través da interface, e realizar configuracións básicas (por exemplo, límites de potencia, selección do modo de funcionamento).
Requisitos de manutención: A manutención do inversor debe ter en conta a facilidade de manutención, os custos de manutención e os ciclos de manutención. Un inversor de fácil manutención pode reducir os custos e a dificultade da manutención, mentres que un ciclo de manutención razoable pode asegurar un funcionamento estable a longo prazo. Por exemplo, a estrutura interna do inversor debe deseñarse para facilitar a inspección polo persoal de manutención, e a vida útil e os custos de substitución dos seus compoñentes deben ser razonables.
V. O papel da rede na operación do inversor conectado á rede
Proporcionar referencia para a operación:A tensión, a frecuencia e outros parámetros da rede proporcionan un estándar de referencia para a operación dos inversores conectados á rede. O inversor necesita axustar a súa saída en función da tensión e da frecuencia da rede para coincidir con estes parámetros. Por exemplo, o inversor usa tecnoloxías como PLL para sincronizar a frecuencia e a fase da súa saída AC coa rede e coincidir coa tensión, asegurando a integración suave da enerxía na rede. Sen que a rede proporcione estas referencias, o inversor non podería axustar a súa saída de forma precisa, e a conexión normal á rede non sería posible.
Habilitar a transmisión e distribución de enerxía:A rede proporciona unha plataforma para a transmisión e distribución de enerxía dende os inversores conectados á rede. Despois de que o inversor alimente a enerxía AC xerada polo sistema PV na rede, a rede pode transmitir esta enerxía ao lugar onde se necesita, logrando unha distribución amplia. Isto permite que a enerxía PV se integre no sistema de enerxía máis amplio, proporcionando electricidade a máis usuarios. A escala e a estrutura da rede tamén influen nos métodos de conexión do inversor e nos requisitos operativos. Por exemplo, en diferentes redes de distintos niveis de tensión (por exemplo, redes de baixa e alta tensión), o inversor debe cumprir os correspondentes estándares de acceso e requisitos técnicos para asegurar a transmisión segura e eficiente da enerxía.
Asegurar un funcionamento estable:Na rede, múltiples dispositivos de xeración e consumo de enerxía están interconectados, formando un gran sistema de enerxía. Este sistema ten un certo grao de estabilidade e inercia, que axuda a estabilizar o funcionamento dos inversores conectados á rede. Por exemplo, cando a potencia de saída dun sistema fotovoltaico fluctúa, a rede pode equilibrar estas fluctuacións mediante os seus propios mecanismos de rexulación (por exemplo, axustando a potencia de saída doutros dispositivos de xeración), reducindo así o impacto no inversor. Ademais, a rede proporciona protección contra cortocircuitos e outras características de seguridade. Se ocorre un fallo de cortocircuito na saída do inversor, os dispositivos de protección da rede actúan para evitar que o fallo se agrave, protexendo o inversor e outros equipos.
