Driftsprinsipp for nett-koblede invertere

I. Driftsprinsipp for nett-koblede invertere

Nett-koblede invertere er enheter som konverterer direktestrøm (DC) til vekselstrøm (AC) og blir bredt brukt i solcellebaserte fotovoltaiske (PV) energisystemer. Driftsprinsippene involverer flere aspekter:

Energiomvandlingsprosess:Under sollys genererer PV-paneler DC-strøm. For små og mellomstore nett-koblede invertere brukes ofte en totrinnsstruktur, der DC-utgangen fra PV-panelene først konverteres gjennom en DC/DC-konverter for foreløpig konvertering, og deretter gjennom en DC/AC-konverter for å produsere AC. Store invertere bruker vanligvis en enkeltrinnsstruktur for direkte konvertering. Under drift kontrollerer inverteren trefasen invertermodulen ved å detektere DC-spennings, strøm, og nettets AC-spennings og strøm. Det digitale kontrollsystemet genererer PWM (Pulsbreddeberegning) drivsignal, som får inverteren til å produsere AC som er synkronisert i frekvens og fase med nettet. For eksempel, når DC-strømmen fra PV-panelene går inn i den nett-koblede inverteren, passerer den først gjennom en rettifier (hvis totrinnsstrukturen inkluderer en rettiferingsfunksjon), som konverterer eventuell eksisterende AC til DC, og deretter gjennom invertersekstens elektroniske komponenter for å konvertere DC til AC, som til slutt leveres til husholdnings- eller industrielle laster eller føres inn i nettet.

Kjernekomponenter og deres funksjoner:

• Rektifiser: I noen strukturer er den ansvarlig for å konvertere vekselstrøm til likestrøm, slik at inngangen til den etterfølgende inverterdelen er likestrøm.

• Inverter: Dette er den kjernekomponenten, som bruker elektroniske elementer (som effektsemikonduktorer) for å konvertere likestrøm til vekselstrøm.

• Kontroller: Den kontrollerer hele konverteringsprosessen, inkludert overvåking av inngangsspenning og -strøm, samt justering av PWM-drevsignalene basert på disse parametrene for å sikre at utgangs-AC oppfyller de nødvendige standardene.

• Utdata terminal: Den sender den konverterte AC til nettet eller lasten.

II. Forholdet mellom nettansluttede omvendere og nettet

Energitransmisjon og interaksjon:Den primære funksjonen til en nettansluttet omvender er å konvertere DC til AC og koble seg til nettet, noe som gjør energioverføring mulig. Den kan sende elektrisitet generert av PV-systemet til nettet, og dermed dekke energibehovet for andre brukere. I denne prosessen fungerer nettet som et stort energilagrings- og distribusjonsenter, og nettansluttet omvender fungerer som broen som kobler distribuert PV-strøm til dette sentret. For eksempel i distribuerte PV-prosjekter selger mange husholdninger med PV-systemer overflødig strøm til nettet via nettansluttede omvendere, noe som realiserer toveis strømflyt—både mottak og levering av strøm til nettet.

Fra nettets perspektiv, som flere nettkoblede inverteres integreres, blir kildene for nettstrøm mer mangfoldige. Dette stiller imidlertid nye krav til nettstabilitet og strømkvalitet.

Kontroll og tilpasning:For tiden opererer nettkoblede inverterere hovedsakelig i to grunnleggende kontrollmoduser: strømkontroll og spenningkontroll. I strømkontrollmodus forsøker invertereren å kontrollere utgangsstrømmen og må tilpasse seg endringer i nettspenning og andre parametere. For eksempel, i svake netter (høy impedans, svakt rammeverk, lav motstand mot strømstød), må inverteren ha sterk tilpasningsdyktighet til høyimpedansnett for å unngå resonansfenomener som kan føre til feilutvikling. Forskjellige produsenters inverterere bruker ulike algoritmer og kontrollmekanismer for å tilpasse seg nettendringer, som intelligente aktive dempingssuppressjonsalgoritmer for å håndtere resonanseproblemer i svake netter, og strategier som repetitiv kontroll, dynamiske PI-parametre, spesifikke harmonisk undertrykkelse, og dødtidskompensasjon.

I spenningkontrollmodus sikter inverteren mot spenningkontroll, slik at de eksterne egenskapene til den nettkoblede inverteren oppfører seg som en kontrollert spenningskilde, som kan gi støtte for spenning og frekvens. Dette er spesielt egnet for høy penetrering av fornybar energi i nettet, noe som betyr at inverteren kan, i en viss grad, regulere nettets spenning og frekvens for å opprettholde stabil drift.

III. Kan nettansluttede invertere operere uten nettet?

Under vanlige omstendigheter er drift ikke tillatt: Ifølge relevante standarder og sikkerhetsregler er nettansluttede invertere typisk utstyrt med anti-isoleringssikring. Når nettspenningen er null, vil inverteren stoppe å fungere. Dette er fordi hvis inverteren fortsetter å operere under en strømbrudd, kan det representere en sikkerhetstrussel for vedlikeholdsfolk. For eksempel, hvis solcelleanlegget fortsetter å levere strøm til nettet gjennom inverteren under et strømbrudd, kan det lett føre til elektriske støtter og andre sikkerhetsincidenter. Derfor fastsetter nasjonale standarder at fotovoltaiske nettansluttede invertere må ha funksjoner for isoleringssporing og -kontroll, og de må slutte å operere når nettet ikke er tilgjengelig.

Operasjon under spesielle modifikasjoner:Teoretisk sett kan en off-grid inverter brukes til å "simulere" et nett, slik at PV-inverteren tror at nettet er normalt, og dermed kan den forsyne dette "nett" med strøm. Imidlertid innebærer denne metoden risiko og samsvarer ikke med vanlige sikkerhets- og reguleringskrav. I tillegg, hvis en nettkoblet inverter blir modifisert for å muliggjøre off-grid-drift, som i noen hybrid nettkoblede og off-grid invertorer, kan den skifte til off-grid-modus når nettet er nede. Dette er imidlertid ikke lenger en funksjon av en ren nettkoblet inverter, men heller et resultat av spesiell design og modifikasjon.

IV. Vilkår for drift av nettkoblet inverter

Tekniske vilkår:

• Frekvenssynkronisering: Nettets frekvens er vanligvis 50Hz eller 60Hz i de fleste regioner. Inverterens AC-frekvens må synkroniseres med dette. Dette oppnås vanligvis gjennom teknologier som fase-lasted løkker (PLL) for å sikre at inverterens AC-frekvens samsvarer med nettets frekvens, ellers kan den ikke operere normalt.

• Fasesynkronisering: I tillegg til frekvenssynkronisering, må inverterens AC-utdata også synkroniseres i fase med nettspenningen. Fasesynkronisering oppnås gjennom relaterte kontrollteknologier. Bare med fasesynkronisering kan inverterens utdata energi bli smidig integrert i nettet uten å forårsake ugunstige effekter som kraftfluktuerasjoner og redusert strømkvalitet.

• Spenningsmatch: Inverterens utgangsspennning må matche nettspenningen ved koblingspunktet. Selv om inverterer er vanligvis designet for å tilpasse seg ulike spenningsnivåer, må det sikre at drift foregår innen sikre grenser. Hvis spenningen ikke matcher, kan det forhindre normal kraftoverføring og potensielt skade inverteren eller nettutstyr.

• • Harmoniske begrensninger: Under konverteringen fra DC til AC kan inverteren generere harmoniske, som kan påvirke nettet, for eksempel ved å forårsake spenningsforvrengning og påvirke normal drift av annen elektrisk utstyr. Derfor må inverterer oppfylle visse harmoniske begrensninger for å sikre strømkvalitet. For eksempel bør inverterens utstrøm ikke inneholde en likestrømskomponent, og høyordens harmoniske i inverterens utstrøm må minimeres for å unngå forurensning av nettet.

  • Reaktiv effektstyring: Inverteren må kunne kontrollere reaktiv effektutstrøm for å støtte stabiliteten av nettspenningen. I netter med stor andel fornybar energi er reaktiv effektstyring spesielt viktig. Ved å kontrollere reaktiv effekt kan spenningsnivået i nettet reguleres, noe som øker nettets stabilitet og strømkvaliteten.

  • Beskyttelse mot øy-effekt: Når nettet er nede, må inverteren raskt skille seg fra nettet for å unngå at den leverer strøm til det frakoblede nettet, og dermed beskytte vedlikeholdsansatte. Dette er en av de essensielle sikkerhetsfunksjonene for netttilknyttede invertere.

  Sikkerhetsforhold:

  • Elektrisk sikkerhet: Inverteren og dens installasjon må overholde relevante elektriske sikkerhetsstandarder, inkludert isolering, overbelastningsbeskyttelse og kortslutningsbeskyttelse. For eksempel må inverterens elektriske isoleringsytelse være god for å unngå lekkasje; ved overbelasting eller kortslutning skal inverteren aktivere beskyttelsesmekanismer for å unngå skade på utstyr og potensielle branner.

  • Beskyttelsesklasse: Inverteren trenger en viss beskyttelsesklasse for å motstå miljøfaktorer som støv og fukt. Utestillinger av inverterer krever vanligvis en høyere beskyttelsesklasse, som IP65. Beskyttelsesklassen sørger for at inverteren kan operere normalt under ulike miljøforhold og utvider dens levetid.

  Regler og standarder:

  • Nasjonale og bransjens standarder: Nett koblet invertere må overholde nasjonale og bransjerelaterte standarder, som for eksempel Kinas GB/T 37408 - 2019-standard, som spesifiserer tekniske krav til fotovoltaiske nett koblet invertere. Disse standardene dekker flere aspekter, inkludert ytelse, sikkerhet og strømkvalitet, og sikrer at invertere oppfyller reglene når de opererer i nettet.

  • Tillatelser og godkjenninger: Installasjon og drift av nett koblet invertere kan kreve tillatelser og godkjenninger fra kraftavdelingen for å sikre at de ikke har negative effekter på nettet. Kraftavdelingen vil vurdere inverterens installasjonssted, kapasitet og tekniske parametre, og inverteren kan kun kobles til nettet etter godkjenning.

  Økonomiske faktorer:

  • Avkastning på investering (ROI): Brukere eller selskaper som vurderer nettforbundne invertere, vil evaluere ROI, inkludert initielle investeringskostnader, drifts- og vedlikeholdsutgifter, samt potensielle støtteordninger eller inntekter fra salg av strøm. Hvis ROI ikke er gunstig, kan det påvirke entusiasmen for nettforbundne invertere. For eksempel, hvis initielle investeringskostnader er høye og selve prisen på strøm er lav uten tilstrekkelige støtteordninger, kan investorer skremmes bort.

  • Støtteordninger: Forskjellige regioner kan ha ulike støtteordninger, som kan påvirke den økonomiske gjennomførligheten av prosjekter med nettforbundne invertere. Noen regioner tilbyr støtte for å fremme utviklingen av fornybar energi, inkludert støtte for kjøp av invertere og innkjøpspriser, som bidrar til å forbedre de økonomiske fordelene av prosjekter med nettforbundne invertere.

  Systemkompatibilitet:

  • Nettkompatibilitet: Inverteren må være kompatibel med det eksisterende nettverksystemet, inkludert nettverkets struktur, skala og driftsegenskaper. Forskjellige nettverkssystemer (f.eks. TT, IT og TN-strømsystemer) og skalaer (f.eks. lavspennings- og høyspenningsnett) har ulike krav til inverterne, og inverteren må kunne tilpasse seg disse forskjellene for å oppnå stabil nettforbindelse.

  • Utstyrskompatibilitet: Inverteren må være godt matchet med det tilkoblede kraftproduksjonsutstyret (f.eks. solceller, vindturbiner) for å oppnå effektiv energiomforming. For eksempel må utdataeffekten og spenningen fra solceller matche inverterens inndatakrav for å sikre effektiviteten og ytelsen av hele produksjonssystemet.

  Miljøfaktorer:

  • Miljøtilpasning: Inverteren må kunne tilpasse seg miljøforholdene på installasjonsstedet, som temperatur og fuktighet, for å sikre langvarig stabil drift. For eksempel, i høytemperaturmiljøer, må inverterens avkjølingsytelse være god for å unngå skade fra overoppvarming; i høyfuktige miljøer, må inverteren ha fuktighetstilstande for å unngå interne kretskortkortslutninger.

  • Miljøpåvirkning: Designet og drift av inverteren må ta hensyn til dens påvirkning på miljøet, som støy og elektromagnetisk støy. Det bør gjøres en innsats for å minimere støyen som genereres under inverterdrift for å unngå støyforurensning, og elektromagnetisk støy bør kontrolleres for å unngå forstyrrelser av andre elektroniske enheter.

  Drift og vedlikehold:

  • Brukergrensesnitt: Inverteren skal tilby et intuitivt brukergrensesnitt for overvåking av systemstatus og utførelse av nødvendige innstillinger. For eksempel kan brukere se inverterens driftsparametere (f.eks. inngang/utgangsspenning, strøm, effekt) og feilalarminformasjon gjennom grensesnittet, og utføre grunnleggende innstillinger (f.eks. effektbegrensninger, valg av driftsmodus).

  • Vedlikeholdsbehov: Vedlikeholdet av inverteren må ta hensyn til lettvedlikehold, vedlikeholdskostnader og vedlikeholdsintervaller. En inverter som er enkel å vedlikeholde, kan redusere vedlikeholdskostnader og vanskeligheter, mens et rimelig vedlikeholdsintervall kan sikre langvarig stabil drift. For eksempel bør inverterens interne struktur være designet for å forenkle inspeksjon av vedlikeholdspersonell, og levetiden og erstattingskostnadene for dens komponenter bør være rimelige.

  V. Nettets rolle i drift av nettansluttet inverter

  Tilbyr referanse for drift:Nettetts spenning, frekvens og andre parametere gir en referansestandard for drift av nettkoblede invertere. Inverteren må justere sitt utslipp basert på nettets spenning og frekvens for å matche disse parameterene. For eksempel bruker inverteren teknologier som PLL for å synkronisere frekvensen og fasen av sin AC-utdata med nettet og matche spenningen, slik at strømmen kan integreres jevnt i nettet. Uten at nätet gir disse referansene, ville inverteren ikke kunne justere sitt utslipp nøyaktig, og normal netttilkobling ville ikke være mulig.

  Muliggjør overføring og distribusjon av strøm:Nettet gir et plattform for overføring og distribusjon av strøm fra nettkoblede invertere. Etter at inverteren har fôdet den AC-strømen som er generert av PV-systemet inn i nettet, kan nettet overføre denne strømmen til der den trengs, og oppnå en bred distribusjon. Dette lar PV-strømme integreres i det bredere strømsystemet, og levere strøm til flere brukere. Skalaen og strukturen til nettet påvirker også inverterens tilkoblingsmetoder og driftskrav. For eksempel, i ulike spenningsnivå-nett (f.eks. lavspenning- og høyspenning-nett), må inverteren oppfylle de korresponderende tilgangsstandardene og tekniske krav for å sikre trygg og effektiv strømoverføring.

  Sikring stabil drift:I nettverket er mange kraftproduksjons- og forbrukingsenheter koblet sammen, som danner et stort kraftsystem. Dette systemet har en viss grad av stabilitet og inerti, som bidrar til å stabilisere drift av nettverkskoblede invertere. For eksempel, når effekten fra et solcellanlegg varierer, kan nettverket balansere disse variasjonene gjennom egne reguleringsmekanismer (f.eks. ved å justere effektutbytten fra andre produksjonsenheter), dermed reduserer påvirkningen på inverteren. I tillegg gir nettverket kortslutningsbeskyttelse og andre sikkerhetsfunksjoner. Hvis det oppstår en kortslutning i utgangen av inverteren, vil nettverkets beskyttelsesmekanismer reagere for å hindre at feilen eskalerer, og dermed beskytte inverteren og annen utstyr.