Принципи на работа на инвертори поврзани со мрежата
I. Принципи на работа на инвертерите поврзани со мрежата
Инвертерите поврзани со мрежата се уреди кои го конвертираат праволинески ток (DC) во променлив ток (AC) и се широко користат во системите за производство на електрична енергија од сончеви фотолекови (PV). Принципите на работа вклучуваат неколку аспекти:
Процес на конверзија на енергија: Под сончевата светлина, панелите PV генерираат DC електричество. За малите и средни инвертери поврзани со мрежата, често се користи структура со две фази, каде што DC излезот од панелите PV првично се конвертира преку DC/DC конвертер, а потоа преку DC/AC конвертер за да се произведе AC. Големите инвертери типичено користат структура со една фаза за директна конверзија. Во време на работа, инвертерот контролира трифазниот модул преку детекција на DC напон, ток и AC напон и ток на мрежата. Дигиталниот контролен систем генерира PWM (Pulse Width Modulation) сигнал за драйвер, што прави инвертерот да произведе AC кој е синхронизиран со фреквенцијата и фазата на мрежата. На пример, кога DC електричеството од панелите PV влегува во инвертерот поврзан со мрежата, прво поминува низ ректификатор (ако структурата со две фази вклучува функција за ректификација), конвертирајќи било кој постојачки AC во DC, а потоа преку електронските компоненти на делот инвертер за да се конвертира DC во AC, кој на крај ќе се достави до домашни или индустријски опсег или ќе се внесе во мрежата.
Клучни компоненти и нивни функции:
Ректификатор: Во некои структури, тој е одговорен за конвертирање на алтернативна ток во дијаметална ток, осигурувајќи дека влезот во следната инверторска дел е дијаметална ток.
Инвертор: Ова е колната компонента, која користи електронски елементи (како што се полупроводници со голема моќ) за конвертирање на дијаметална ток во алтернативна ток.
Контролер: Го контролира целата процес на конверзија, вклучувајќи го мониторингот на входните и излезните напони и стројеви, и прилагодувањето на PWM сигналите за управување според овие параметри за да се осигура дека излезниот AC се соодветствува со барањата.
Излезен терминал: Излезната конвертирана AC се испорачува на мрежата или на оптоварувачот.
II. Однос меѓу инверторите поврзани со мрежата и мрежата
Трансмисија на енергија и интеракција:Основната функција на инверторот поврзан со мрежата е да конвертира DC во AC и да се поврзе со мрежата, овозможувајќи трансмисија на енергија. Тој може да федира електричеството генерирано од PV системот во мрежата, задоволувајќи потребите за енергија на другите корисници. Во овој процес, мрежата делува како голем центар за складирање и дистрибуција на енергија, а инверторот поврзан со мрежата служи како мост кој ги поврзува распределените PV системи со овој центар. На пример, во распределени PV проекти, многу домашни стопанства со PV системи продаваат надворешна енергија на мрежата преку инвертори поврзани со мрежата, постигнувајќи двосмерен поток на енергија - како примирање така и достава на енергија до мрежата.
Со агол на мрежата, како што се интегрираат повеќе инвертори поврзани со мрежата, изворите на мрежна енергија стануваат побрзо разновидни. Меѓутоа, ова исто така става нови барања за стабилноста на мрежата и квалитетот на енергијата.
Контрола и адаптација:Во моментов, инверторите поврзани со мрежата првенствено работат во две основни контролни режими: контрола на ток и контрола на напон. Во режимот на контрола на ток, инверторот се обработува да контролира излезниот ток и мора да се прилагоди на промени во напонот на мрежата и други параметри. На пример, во слаби мрежи (висок импеданс, слаба рамка, ниска отпорност на импулсните токови), инверторот мора да има силна способност за прилагодување на високоимпеданските мрежи за да се избегне резонанса која може да доведе до ескалација на грешките. Инверторите на различни производители користат различни алгоритми и механизми за контрола за да се прилагодат на промените во мрежата, како што се интелигентни алгоритми за активна демпфирачка подеска за решавање на проблемите со резонанса во слаби мрежи, и стратегии како повторлива контрола, динамички PI параметри, специфична хармонична подеска и компензација на временски интервали.
Во режимот на контрола на напон, инверторот се обработува да контролира напонот, правејќи ја надворешната карактеристика на инверторот поврзан со мрежата да се однесува како контролиран извор на напон, способен да дава поддршка за напон и фреквенција. Ова е особено соодветно за повисока пенетрација на обновливите извори на енергија во мрежата, што значи дека инверторот може, до некоја степен, да регулира напонот и фреквенцијата на мрежата за да се задржи стабилна работа.
III. Можат ли инверторите поврзани со мрежата да работат без мрежа?
При нормални услови, операцијата не е дозволена:Според релевантните стандарди и мерки за безбедност, инверторите поврзани со мрежата обично се опремени со уреди за превенција на островчење. Кога напонот на мрежата е нула, инверторот ќе прекине со работа. Ова е затоа што, ако инверторот продолжи да работи во време на прекин на стројот, може да предизвика опасност за личниот состав кој врши одржуване. На пример, ако системот за сончева енергија продолжи да доставува енергија на мрежата преку инверторот во време на прекин, лесно може да доведе до електрични ударци и други инциденти поврзани со безбедноста. Затоа, националните стандарди поставуваат дека инверторите поврзани со мрежата мораат да имаат функции за детекција и контрола на островчење, и мораат да прекинат со работа кога мрежата не е достапна.
Операција под специјални модификација:Теоретски, без модификација на софтверот или хардверот, оф-грид инвертор може да се користи за „симулација“ на мрежа, што би го направило ФВ инверторот да верува дека мрежата е нормална, па така да ја фунизира оваа „мрежа“. Меѓутоа, овој метод носи ризици и не е во согласност со обичните стандарди за безбедност и регулаторски барања. Додека, ако се воведат модификација на мрежен инвертор за дозволување оф-грид операција, како што е случајот со некои хибридни мрежни и оф-грид инвертори, тој може да премине во оф-грид режим кога мрежата е изложена. Ова, меѓутоа, веќе не е функција на чист мрежен инвертор, туку резултат од специјална дизајн и модификација.
IV. Есенцијални услови за работа на мрежен инвертор
Технички услови:
Синхронизација на фреквенцијата: Фреквенцијата на мрежата обично е 50Hz или 60Hz во повеќето региони. Фреквенцијата на излезот на инверторот во AC мора да биде синхронизирана со оваа. Ова обично се постигнува преку технологии како Phase-Locked Loops (PLLs) за да се осигура дека фреквенцијата на инверторот во AC се совпаѓа со фреквенцијата на мрежата, иначе не може нормално да функционира.
Синхронизација на фазите: Помина од синхронизацијата на фреквенцијата, излезот на инверторот во AC мора исто така да биде синхронизиран во фаза со напонот на мрежата. Синхронизацијата на фазите се постигнува преку соодветни контролни технологии. Само со синхронизација на фазите, енергијата на излезот на инверторот може да биде гладко интегрирана во мрежата без да причини неблагоприятни ефекти како флуктуации на моќта и намалена квалитет на моќта.
Соодветност на напонот: Напонот на излезот на инверторот мора да се совпаѓа со напонот на мрежата во точката на поврзување. Иако инверторите обично се дизајнираат за да се прилагодат на различни нивоа на напон, мора да се осигура работа во сигурни лимити. Ако напонот не се совпаѓа, тоа може да пречи на нормалната трансмисија на моќта и дури и да ја повреди инверторот или опремата на мрежата.
Ограничувања на хармоници: Во моментот на конверзија од DC во AC, инвертерот може да генерира хармоники кои можат да влијаат на мрежата, како што е причинување на искривување на напонот и влијание врз нормалната работа на друга електрична опрема. Затоа, инвертерите мораат да задоволат одредени стандарди за ограничување на хармоници за да се осигура качеството на енергијата. На пример, излезната ток на инвертерот не треба да содржи DC компонента, а високоредни хармоники во излезната ток на инвертерот мораат да бидат минимизирани за да се избегне замољување на мрежата.
Контрола на реактивна моќ: Инвертерот мора да може да контролира излезот на реактивна моќ за поддршка на стабилноста на напонот во мрежата. Во мрежи со голем процент на обновливи извори на енергија, контролата на реактивна моќ е особено важна. Контролирајќи ја реактивната моќ, може да се регулира нивото на напонот во мрежата, што ја подобрува стабилноста и качеството на енергијата.
Защита од ефектот на островче: Кога мрежата е изключена, инвертерот мора брзо да се дисконектира од мрежата за да се спречи да ја снабдува изключената мрежа со енергија, темја со тоа што ги заштитува техничкиот персонал. Ова е една од основните безбедносни функции на инвертерите поврзани со мрежата.
Безбедносни услови:
Електричка безбедност: Инвертерот и неговата инсталација мораат да се согласуваат со соодветните стандарди за електрична безбедност, вклучувајќи изолација, заштита од прекомерна напојеност и заштита од кратки споеви. На пример, електричната изолација на инвертерот мора да биде добра за да се спречи протечок; во случај на прекомерна напојеност или краток спое, инвертерот треба да активира заштитни механизми за да се спречи повредувањето на опремата и потенцијални пожари.
Степен на заштита: Инвертерот мора да има одреден степен на заштита за да се спречат факторите од околината како што се прашината и влагата. Инвертерите за надворешно користење обично бараат подигнат степен на заштита, како што е IP65. Степенот на заштита гарантира дека инвертерот може да функционира нормално при различни услови на околина и го проширува неговиот временски период на употреба.
Регулации и стандарди:
Национални и индустријски стандарди: Соединувачките инвертори мораат да се придржуваат националните и индустријски поврзани стандарди, како што е кинескиот стандарт GB/T 37408 - 2019, кој определува технички барања за соединувачки инвертори на фотолектични системи. Овие стандарди ги покриваат многу аспекти, вклучувајќи перформанси, безбедност и квалитет на енергијата, осигурувајќи дека инверторите ги исполнуваат регулациите кога работат на мрежата.
Дозволи и одобрувања: Инсталацијата и операцијата на соединувачки инвертори може да бараат дозволи и одобрувања од електроенергетскиот оддел за да се осигура дека не ќе имаат негативно влијание на мрежата. Електроенергетскиот оддел ќе прегледа локацијата на инсталирање, капацитетот и техничките параметри на инверторот, и само по одобрување инверторот може да биде соединет со мрежата.
Економски фактори:
Натраг на инвестицијата (ROI): Корисниците или компаниите кои разгледуваат поврзани со мрежата инвертори ќе го проценат ROI-от, вклучувајќи почетните трошоци за инвестиција, оперативни и одржувачки трошоци, како и потенцијални политички субсидии или приходи од продажба на електрична енергија. Ако ROI-от не е благоприятен, може да влијае на ентусијазмот за поврзаните со мрежата инвертори. На пример, ако почетните трошоци за инвестиција се високи, а цената на продажба на електрична енергија е ниска без доволни политики за субсидии, инвеститорите можат да бидат одбранети.
Политики за субсидии: Различните региони можат да имаат различни политики за субсидии, што може да влијае на економската фезибилност на проектите со поврзани со мрежата инвертори. Некои региони нудат субсидии за стимулација на развојот на обновливи извори на енергија, вклучувајќи субсидии за купување на инвертори и тарифи за внесување, што помага во подобрување на економските предности на проектите со поврзани со мрежата инвертори.
Системска компатибилност:
Соодветство на мрежата: Инверторот мора да биде соодветен за постојната мрежна система, вклучувајќи ја структурата, скалата и оперативните карактеристики на мрежата. Различни мрежни структури (на пример, TT, IT и TN електро системи) и скали (на пример, нисконапонски и високонапонски мрежи) имаат различни барања за инвертори, и инверторот мора да може да се прилагоди на овие разлики за да се постигне стабилна мрежна врска.
Соодветство на опремата: Инверторот мора да биде добро спојен со поврзаната опрема за генерирање на енергија (на пример, сончеви панели, ветрени мелници) за да се постигне ефикасно претварање на енергија. На пример, излезната моќ и напонот на сончевите панели мора да се поклопат со барањата за влез на инверторот за да се осигура ефикасноста и перформансата на целосниот систем за генерирање.
Екологиски фактори:
Адаптивност на окружањето: Инвертерот мора да може да се адаптира на условите на околината на местото на инсталација, како што се температурата и влажноста, за да се осигура долговремено стабилна работа. На пример, во услови на висока температура, перформансите на отстранување на топлина на инвертерот мора да бидат добри за да се спречи повреда од прекумерно загревање; во услови на висока влажност, инвертерот мора да има својства против хумидитет за да се избегнат кратки кола во внатрешниот циркуит.
Утврдување на окружењето: Дизајнот и функционирањето на инвертерот мора да го земаат предвид неговиот утврдување на околината, како што се шумот и електромагнетната интерференција. Треба да се направат напори за минимизирање на шумот генериран при функционирањето на инвертерот за да се избегне шумска замура, а електромагнетната интерференција треба да се контролира за да се спречи интерференција со други електронски уреди.
Операција и одржување:
Кориснички интерфејс: Инверторот треба да пружи интуитивен кориснички интерфејс за мониторинг на статусот на системот и извршување на потребни поставувања. На пример, корисниците можат да ги видат оперативните параметри на инверторот (на пр., влезно/излезно напон, стрuja, моќ) и информации за сигнал за грешка преку интерфејсот, и да извршат основни поставувања (на пр., ограничувања на моќта, избор на режим на работа).
Барања за одржување: Одржувањето на инверторот треба да се земат предвид лесноста на одржувањето, цената на одржувањето и циклусот на одржување. Инвертор кој е лесно поддржуван може да намали цената и тешкотијата на одржувањето, додека разумен циклус на одржување може да осигура долговремено стабилна работа. На пример, внатрешната структура на инверторот треба да биде дизајнирана така што ќе овозможи лесна инспекција од страна на техничкиот персонал, а жизнената длабочина и цената на замена на компонентите треба да бидат разумни.
V. Улогата на мрежата во работата на поврзаниот со мрежата инвертор
Предоставување на референци за операција:Напонот, фреквенцијата и другите параметри на мрежата пружаат референтни стандарди за работа на инвертерите поврзани со мрежата. Инвертерот треба да прилагоди својата излезна вредност според напонот и фреквенцијата на мрежата за да се совпаѓаат со овие параметри. На пример, инвертерот користи технологии како PLL за синхронизирање на фреквенцијата и фазата на својата излезнa алтернативна ток со мрежата и за совпаѓање на напонот, што осигурува гладка интеграција на енергијата во мрежата. Без мрежата која пружа овие референци, инвертерот не би можел точно да прилагоди својата излезна вредност, и нормалната врска со мрежата не би била можно.
Овозможување на пренос и дистрибуција на енергија:Мрежата пружа платформа за пренос и дистрибуција на енергија од инвертерите поврзани со мрежата. После што инвертерот ја внесува алтернативната ток генерирана од фотолеќен систем во мрежата, мрежата може да ја пренесе оваа енергија таму каде што е потребна, постигнувајќи широка дистрибуција. Ова овозможува интеграција на енергијата од фотолеќен систем во поширокиот систем за енергија, пружајќи електрична енергија на повеќе корисници. Скалата и структурата на мрежата исто така влијаат на начините на врска на инвертерот и оперативните барања. На пример, во различни мрежи со различни нивоа на напон (напр. нисконапонски и високонапонски мрежи), инвертерот мора да исполнува соодветните стандарди за пристап и технички барања за да се осигура безбеден и ефикасен пренос на енергија.
Одржување на стабилна работа:Во мрежата, многу уреди за производство и потрошувачки уреди се поврзани, формирајќи голем систем за енергија. Овој систем има одредена степен на стабилност и инерција, што помага во стабилизирањето на работата на инверторите поврзани со мрежата. На пример, кога излезната моќ на PV системот се променува, мрежата може да балансира овие промени преку своите регулаторни механизми (н.пр. прилагодување на моќта на други генераторски уреди), со што се намалува влијанието врз инверторот. Покрај тоа, мрежата нуди заштита против кратко поврзување и други безбедносни карактеристики. Ако се случи кратко поврзување на излезот на инверторот, заштитните уреди на мрежата ќе действуваат за да предотвратат зголемувањето на грешката, заштитувајќи инверторот и другата опрема.
