Tīkstas savienojamā invertera darbības principi
I. Tīkstas savienojamās inversora darbības principi
Tīkstas savienojamie inversori ir ierīces, kas pārveido tiešo strāvu (DC) par maiņstrāvi (AC) un tiek plaši izmantoti saules fotovoltaisko (PV) enerģijas ražošanas sistēmās. Darbības principi ietver vairākas aspektus:
Enerģijas konvertēšanas process:Saules gaismā PV paneļi ģenerē tiešo strāvu (DC). Maziem un vidējiem tīkstas savienojamajiem inversoriem bieži tiek izmantota divstadija struktūra, kur PV paneļu DC iznākums pirmkārt tiek konvertēts caur DC/DC konverteri, lai veiktu sākotnējo konvertēšanu, un pēc tam caur DC/AC konverteri, lai radītu AC. Lielos inversoros parasti tiek izmantota vienstadija struktūra, lai veiktu tiešu konvertēšanu. Darbības laikā inversors kontrolē trīsfazās invertera moduli, uztverot DC spriegumu, strāvu un tīkla AC spriegumu un strāvu. Digitālais kontroles sistēmas ģenerē PWM (Pulse Width Modulation) pārveduma signālus, lai inversors radītu AC, kas ir sinhronizēts ar tīklu frekvenci un fāzi. Piemēram, kad PV paneļu DC elektroenerģija ienāk tīkstas savienojamajā inversorā, tā pirmkārt pārceļas caur rektifikatoru (ja divstadija struktūra ietver rektifikācijas funkciju), konvertējot jebkuru esošo AC uz DC, un pēc tam caur inversora daļas elektroniskajiem komponentiem, lai konvertētu DC uz AC, kas galu galā tiek piegādāts mājsaimniecību vai rūpnieciskajiem ievelkojumiem vai tiek pievienots tīklam.
Galvenās sastāvdaļas un to funkcijas:
Rectifieris: Dažos struktūrās tas ir atbildīgs par AC pārveidošanu uz DC, nodrošinot, ka ienākotāka nākamajā invertera daļā ir DC.
Inverteris: Šis ir galvenais komponents, kas izmanto elektroniskus elementus (piemēram, enerģijas poluprovadītāju ierīces), lai pārveidotu DC uz AC.
Kontrolētājs: Tas kontrolē veselu konvertēšanas procesu, tostarp ievades un izvades spriegumu un strāvas uzraudzību, un pielāgo PWM pārveduma signālus, balstoties uz šiem parametriem, lai nodrošinātu, ka izvade ir saskaņā ar prasībām.
Izvades Kontakts: Tas izdod pārveidotā AC tīklam vai slodzei.
II. Tīkla Piekļuvēju Inverteru un Tīkla Attiecības
Enerģijas Pārraide un Interakcija:Tīkla piekļuvejo invertera galvenā funkcija ir DC pārvērst AC un savienoties ar tīklu, ļaujot enerģijas pārraidu. Tas var piegādāt PV sistēmā ģenerēto elektroenerģiju tīklā, apmierinot citu lietotāju enerģijas vajadzības. Šajā procesā tīkls darbojas kā liela enerģijas krājēja un sadalīšanas centrs, un tīkla piekļuvejo inverteris kā tiltā, kas savieno dažādas PV enerģijas avotus ar šo centru. Piemēram, daudzos decentralizētos PV projektos, daudzas ģimenes ar PV sistēmām pārdod pārpalikusī enerģiju tīklam caur tīkla piekļuvejiem invertēriem, sasniedzot divvirziena enerģijas plūsmu—gan saņemot, gan piegādājot enerģiju tīklam.
No tīkla perspektīvā, pievienojot vairāk tīkla savienojumu invertoru, enerģijas avoti tīklā kļūst daudzveidīgāki. Tomēr tas arī uzdod jaunas prasības tīkla stabilitātei un enerģijas kvalitātei.
Kontrole un pielāgošanās:Pašlaik tīkla savienojuma invertori galvenokārt darbojas divos pamata kontrolēšanas režīmos: strāvas kontrolēšana un sprieguma kontrolēšana. Strāvas kontrolēšanas režīmā invertors mēra kontroli par izvades strāvu un jāpieprasa pielāgoties mainīgajiem tīkla sprieguma un citiem parametriem. Piemēram, vājos tīklos (ar augstu impedanci, vāko struktūru, zemu sprieguma pieauguma atbalstu), invertoram jābūt spējīgam labi pielāgoties augstimpedance tīklam, lai izvairītos no rezonanses, kas varētu novest pie kļūdu palielināšanās. Dažādi ražotāju invertori izmanto dažādas algoritmu un kontrolmechanismu, lai pielāgotos tīkla maiņai, piemēram, intelektuālo aktīvo dambsta apstrādes algoritmus, lai risinātu rezonances problēmas vājos tīklos, un stratēģijas, piemēram, atkārtota kontrolēšana, dinamiski PI parametri, specifiskā harmoniskā apstrāde un "dead-time" kompensācija.
Sprieguma kontrolēšanas režīmā invertors mēra kontrolēt spriegumu, padarot tīkla savienojuma invertora ārējās raksturības par kontrolēto sprieguma avotu, kas var nodrošināt atbalstu spriegumam un frekvencei. Tas ir īpaši piemērots augstām atjaunojamās enerģijas iegultajām tīkla savienojumiem, nozīmē, ka invertors var daļēji regulēt tīkla spriegumu un frekvenci, lai uzturētu stabilu darbību.
III. Vai var darboties tīkla pieslēgti invertori bez elektrotīkla?
Parasti nav atļauts darboties:Saskaņā ar attiecīgajiem standartiem un drošības noteikumiem, tīkla pieslēgtie invertori parasti ir aprīkoti ar anti-ostrādzes ierīcēm. Ja tīkla spriegums ir nulle, invertors aptur darbību. Tas notiek tāpēc, ka, ja invertors turpinātu darboties laikā, kad tīklā nav strāvas, tas varētu rasties drošības draudam servisa personālam. Piemēram, ja fotovoltaiskā sistēma turpinātu piegādāt enerģiju tīklam caur invertoru laikā, kad tīklā nav strāvas, tas varētu viegli izraisīt elektrisku šoku un citus drošības incidentus. Tāpēc valsts standarti nosaka, ka fotovoltaisko tīkla pieslēgtos invertorus jāaprīko ar ostrādzes uztvēršanas un kontrolēšanas funkcijām, un tie jāaptur, ja tīkls nav pieejams.
Darbība īpašos pielāgojumos:Teorētiski, bez programmatūras vai aparatūras modifikācijām, tīkla atskaņotājs varētu tikt izmantots, lai "simulētu" tīklu, padarot PV invertoru par to, ka tīkls ir normāls, tādējādi ļaujot tam sniegt enerģiju šim "tīklam". Tomēr šis paņēmiens nes protams risku un neatbilst normālām drošības un regulatīvajām prasībām. Papildus tam, ja tīkla invertors tiek modificēts, lai ļautu darboties bez tīkla, piemēram, dažos hibrīda tīkla un beztīkla invertoros, tas var pārslēgties uz beztīkla režīmu, kad tīkls ir nestrādājošs. Tomēr tas vairs nav gudrs tīkla invertora funkcija, bet gan īpaša dizaina un modifikācijas rezultāts.
IV. Būtiskas tīkla invertora darbībai nepieciešamās nosacījumi
Tehniskie nosacījumi:
Frekvences sinhronizācija: Tīkla frekvence parasti ir 50Hz vai 60Hz lielākajā daļā reģionu. Invertera izdodamā AC frekvence jāsinhronizē ar šo frekvenci. Tas parasti tiek sasniegts, izmantojot tādas tehnoloģijas kā fāzes slēdzieni (PLLs), lai nodrošinātu, ka invertera AC frekvence atbilst tīkla frekvenčei, citādi tas nevarēs normāli darboties.
Fāzes sinhronizācija: Kā papildus frekvences sinhronizācijai, invertera izdodamais AC signāls jāsinhronizē arī fāzē ar tīkla spriegumu. Fāzes sinhronizācija tiek sasniegta, izmantojot saistītas kontroles tehnoloģijas. Tikai ar fāzes sinhronizāciju invertera izdodamā enerģija var vienmērīgi integrēties tīklā, nesadarbojot negatīvu ietekmi, piemēram, enerģijas svārstības un samazinātu enerģijas kvalitāti.
Sprieguma sakritīšana: Invertera izdodamais spriegums jāsakrīt ar tīkla spriegumu savienojuma punktā. Lai gan inverteri parasti ir izstrādāti, lai pielāgotos dažādiem sprieguma līmeņiem, to darbība jānodrošina drošos robežās. Ja spriegumi nesakrīt, tas var novest pie normālas enerģijas pārraides nepieciešamības un pat invertera vai tīkla aprīkojuma bojājumiem.
Harmoniskās ierobežojumi: Pārveidojot Gājieni uz Māju, invertis var radīt harmonikas, kas var ietekmēt tīklu, piemēram, izraisot sprieguma deformāciju un ietekmējot citu elektroierīču normālo darbību. Tādēļ, invertēriem jāatbilst noteiktam harmonisko ierobežojumu standartam, lai nodrošinātu enerģijas kvalitāti. Piemēram, invertis izvades strāva nedrīkst saturēt Gājiena komponentu, un augstākas rindas harmonikas invertis izvades strāvā jāsamazina, lai izvairītos no tīkla piesārņošanas.
Reaktivās jaudas kontrolēšana: Invertis jāspēj kontrolēt reaktivās jaudas izvadi, lai atbalstītu tīkla sprieguma stabilitāti. Tīklos ar lielu atjaunojamās enerģijas daudzumu reaktivās jaudas kontrolēšana ir īpaši svarīga. Kontrolējot reaktivās jaudas, var regulēt tīkla sprieguma līmeni, palielinot tīkla stabilitāti un enerģijas kvalitāti.
Salas efekta aizsardzība: Ja tīkls ir nolaidies, invertis jāatsavieno no tīkla, lai izvairītos no tīkla apgādāšanas ar enerģiju, tādējādi aizsargājot uzturēšanas personālu. Šis ir viens no būtiskajiem drošības funkcijām tīkla savienojamajiem invertēriem.
Drošības nosacījumi:
Elektrodrošība: Invertētājs un tā instalācija jāatbilst atbilstošajām elektrodrosmebas standartiem, tostarp izolācijai, pārmērīgas slodzes aizsardzībai un īsceļa aizsardzībai. Piemēram, invertētāja elektriskā izolācijas veiktspēja jābūt labai, lai novērstu ciešanu; gadījumā ar pārmērīgu slodzi vai īsceļu, invertētājs jāaktivizē aizsardzības mehānismi, lai novērstu iekārtu bojājumu un potenciālas ugunsgrēku.
Aizsardzības rādītājs: Invertētājam nepieciešams noteikts aizsardzības rādītājs, lai cīnītos pret vidi, piemēram, putekļiem un mitrumu. Ārējie invertētāji parasti prasa augstāku aizsardzības rādītāju, piemēram, IP65. Aizsardzības rādītājs nodrošina, ka invertētājs var darboties normāli dažādās vides apstākļos un paplašina tā izmantošanas laiku.
Regulas un standarti:
Nacionālie un nozares standarti: Tīkla pievienotie invertori jāatbilst nacionālajiem un nozares saistītajiem standartiem, piemēram, Ķīnas GB/T 37408 - 2019 standartam, kas nosaka tehniskos prasības PV tīkla pievienotiem invertoriem. Šie standarti ietver vairākas aspektus, tostarp veiktspēju, drošību un enerģijas kvalitāti, nodrošinot, ka invertori atbilst regulām, darbojoties tīklā.
Atļaujas un apstiprinājumi: Tīkla pievienoto invertoru instalācija un darbība var prasīt atļaujas un apstiprinājumus no enerģijas departamenta, lai nodrošinātu, ka tie neizraisa negatīvu ietekmi uz tīklu. Enerģijas departaments pārskatīs invertora instalācijas vietu, jaudu un tehniskos parametrus, un tikai pēc apstiprinājuma invertors var tikt pieslēgts tīklam.
Ekonomiskie faktori:
Investīciju atdeva (ROI): Lietotāji vai uzņēmumi, kas apsvēra tīkuma savienojumu invertoru iegādi, novērtēs ROI, ieskaitot sākotnējās investīcijas izmaksas, darbības un uzturēšanas izmaksas, kā arī potenciālas politiskās subvencijas vai elektrības pārdošanas ieņēmumus. Ja ROI nav izdevīga, tas var ietekmēt entuziasmu par tīkuma savienojumu inverteriem. Piemēram, ja sākotnējās investīcijas izmaksas ir augstas un elektrības pārdošanas cena ir zema bez pietiekamas subvenciju politikas, investori var būt nožēlojami.
Subvenciju politika: Dažādās reģionālās subvenciju politikas var ietekmēt tīkuma savienojumu inverteru projektu ekonomisko iespējamību. Daži reģioni piedāvā subvencijas, lai veicinātu atjaunojamās enerģijas attīstību, tostarp subvencijas inverteru iegādei un pievienošanas tarifi, kas palīdz uzlabot tīkuma savienojumu inverteru projektu ekonomiskos labumus.
Sistēmas saderība:
Tīkla saderība: Inverteris jābūt saderīgam ar esošo tīkla sistēmu, tostarp tīkla struktūru, mērogu un darbības raksturojumu. Dažādas tīkla struktūras (piemēram, TT, IT un TN enerģijas sistēmas) un mēri (piemēram, zema sprieguma un augsta sprieguma tīkli) pieprasa atšķirīgas invertera prasības, un inverterim jāspēj pielāgoties šiem atšķirībām, lai sasniegtu stabila tīkla savienojumu.
Iekārtu saderība: Inverterim jābūt labi saderīgam ar savienotajām enerģijas ražošanas iekārtām (piemēram, saules paneļiem, vēja generatoriem), lai sasniegtu efektīvu enerģijas pārveidošanu. Piemēram, saules paneļu izvades jauda un spriegums jāatbilst invertera ievades prasībām, lai nodrošinātu veselā ražošanas sistēmas efektivitāti un veiktspēju.
Vides faktori:
Videspietilpība: Invertētājs jābūt spējīgam pielāgoties iestatīšanas vietas vides apstākļiem, piemēram, temperatūrai un mitrumam, lai nodrošinātu ilgtermiņa stabila darbība. Piemēram, augstās temperatūras vides invertētāja siltumizplatīšanas rīcība jābūt labai, lai novērstu pārsildīšanās bojājumus; augsta mitruma vides invertētājam jābūt mitruma noturīgām īpašībām, lai izvairītos no iekšējo šķēršņu sazari.
Vides ietekme: Invertētāja dizains un darbība jāņem vērā tā ietekme uz vidi, piemēram, troksnis un elektromagnētiskā interferenča. Jācenšas samazināt invertētāja darbības laikā radīto troksni, lai izvairītos no trokšņa piesārņojuma, un jākontrolē elektromagnētiskā interferenča, lai novērstu citu elektronisko ierīču traucēšanu.
Darbība un uzturēšana:
Lietotāja interfeiss: Invertētājs jānodrošina ar intuītīvu lietotāja interfeisu, lai uzraudzītu sistēmas statusu un veiktu nepieciešamos iestatījumus. Piemēram, lietotāji var skatīt invertētāja darbības parametrus (piemēram, ieceļošā/izejošā sprieguma, strāvas, jaudas) un kļūdu brīdinājumu informāciju caur interfeisu, kā arī veikt pamatiestatījumus (piemēram, jaudas ierobežojumus, darbības režīmu izvēli).
Uzturēšanas prasības: Invertētāja uzturēšanai jāņem vērā uzturēšanas vieglums, uzturēšanas izmaksas un uzturēšanas cikli. Invertētājs, kas ir viegli uzturējams, var samazināt uzturēšanas izmaksas un grūtības, savukārt saprātīgs uzturēšanas cikls var nodrošināt ilgtermiņa stabila darbība. Piemēram, invertētāja iekšējā struktūra jāprojektē tā, lai to būtu viegli pārbaudīt uzturēšanas personālam, un tā komponentu izmantošanas periods un aizstāšanas izmaksas jābūt saprātīgiem.
V. Tīkla loma tīkla pieslēgtajā invertētāja darbībā
Darbības referenču nodrošināšana:Tīkla spriegums, frekvence un citi parametri nodrošina referenčstandartus tīkla savienojamajiem inversoriem. Inversoram ir jāpiestrādā ar tīkla spriegumu un frekvenci, lai atbilstu šiem parametriem. Piemēram, inversors izmanto tehnoloģijas, piemēram, PLL, lai sinhronizētu sava AC izvades frekvenci un fāzi ar tīklu un pielāgotu spriegumu, nodrošinot gļaiergo enerģijas integrāciju tīklā. Bez tīkla sniegtajiem referenčparametriem inversors nevarētu precīzi pielāgot savu izvadi, un normāls tīkla savienojums nebūtu iespējams.
Enerģijas pārraides un sadalīšanas iespējošana:Tīkls nodrošina platformu enerģijas pārraidei un sadalīšanai no tīkla savienojamajiem inversoriem. Kad inversors ievada PV sistēmas ģenerēto AC enerģiju tīklā, tīkls var pārraidīt šo enerģiju, kur tai ir vajadzīga, sasniedzot plašu sadalīšanu. Tas ļauj PV enerģijai integrēties plašākā enerģijas sistēmā, nodrošinot elektrību vairāk lietotājiem. Tīkla mērogs un struktūra arī ietekmē inversora savienojuma metodes un darbības prasības. Piemēram, dažādos sprieguma līmeņa tīklos (piemēram, zema un augsta sprieguma tīklos) inversoram jāatbilst atbilstošiem piekļuves standartiem un tehniskām prasībām, lai nodrošinātu drošu un efektīvu enerģijas pārraidi.
Stabila darbības nodrošināšana:Tīklā ir savstarpēji savienoti daudzi enerģijas ražošanas un patēriņa ierīces, veidojot lielu enerģijas sistēmu. Šai sistēmai ir noteikts stabilitātes un inercijas līmenis, kas palīdz stabilizēt tīkla pievienoto invertoru darbību. Piemēram, kad PV sistēmas izvadei notiek svārstības, tīkls var šīs svārstības saskaņot ar savām regulēšanas mehānismiem (piemēram, mainot citu ražošanas ierīču jaudas izvadi), samazinot ietekmi uz invertoru. Tālāk, tīkls nodrošina īslaides aizsardzību un citus drošības elementus. Ja invertora izvadē notiek īslaides kļūda, tīkla aizsardzības ierīces iejaucos, lai novērstu kļūdas palielināšanos, aizsargājot invertoru un citus aprīkojumus.
