Nätanslutna omvandlares driftprinciper
I. Funktionsprinciper för nätanslutna inverterare
Nätanslutna inverterare är enheter som omvandlar likström (DC) till växelström (AC) och används ofta i solcellsbaserade fotovoltaiska (PV) energisystem. Funktionsprinciperna involverar flera aspekter:
Energikonverteringsprocess:Under solljus genererar PV-paneler likström (DC). För små och medelstora nätanslutna inverterare används ofta en tvåstegsstruktur, där DC-utgången från PV-panelerna först konverteras genom en DC/DC-konverterare för en första konvertering, och sedan genom en DC/AC-konverterare för att producera AC. Stora inverterare använder vanligtvis en enstegsstruktur för direkt konvertering. Under drift kontrollerar inverteraren trefasmodulen genom att detektera DC-spänning, ström, samt nätets AC-spänning och ström. Det digitala styrsystemet genererar PWM (Pulsbreddsmodulering)-drivsignaler, vilket gör att inverteraren producerar AC som är synkroniserad i frekvens och fas med nätet. Till exempel, när DC-strömmen från PV-panelerna når den nätanslutna inverteraren passerar den först genom en rektifierare (om tvåstegsstrukturen inkluderar en rektifieringsfunktion), vilket konverterar eventuell existerande AC till DC, och sedan genom elektroniska komponenter i inverterarsektionen för att konvertera DC till AC, vilket slutligen levereras till hushålls- eller industriella belastningar eller matas in i nätet.
Nyckelkomponenter och deras funktioner:
Rektifierare: I vissa strukturer ansvarar den för omvandlingen av växelström till likström, vilket säkerställer att inmatningen till den efterföljande inverteraren är likström.
Inverterare: Detta är den kärnkomponenten, som använder elektroniska element (till exempel effektsemikonduktorer) för att omvandla likström till växelström.
Regulator: Den styr hela konverteringsprocessen, inklusive övervakning av ingångs- och utgångsspänningar och strömmar, och justerar PWM-drivsignalerna baserat på dessa parametrar för att säkerställa att den utgående växelströmen uppfyller de krävda standarderna.
Utmatningskontakt: Den matar ut den omvandlade växelströmmen till nätet eller belastningen.
II. Förhållandet mellan nätanslutna inverterare och nätet
Energitransport och interaktion: Den primära funktionen hos en nätansluten inverterare är att omvandla likström till växelström och ansluta till nätet, vilket möjliggör energitransport. Den kan mata in elektricitet som genereras av PV-systemet till nätet, vilket uppfyller andra användares energibehov. I detta process agerar nätet som ett stort energilagrings- och distributionscentrum, och den nätanslutna inverteraren fungerar som bro som ansluter distribuerad PV-energi till detta centrum. Till exempel i distribuerade PV-projekt säljer många hushåll med PV-system överdriven energi till nätet via nätanslutna inverterare, vilket gör det möjligt att uppnå tvåvägstrafik—både mottagande och leverans av energi till nätet.
Från nätets perspektiv blir källorna till nätenergi mer mångfaldiga när fler nätanslutna inverterare integreras. Detta ställer dock också nya krav på nätets stabilit化失败，请稍后重试~
III. Kan Nätanslutna Inverterare Fungera Utan Nätet?
Under Normala Omständigheter Är Drift Inte Tillåten:Enligt relevanta standarder och säkerhetsföreskrifter är nätanslutna inverterare vanligtvis utrustade med enheter för att förhindra isolering. När nätspänningen är noll kommer inverteraren att sluta fungera. Detta beror på att om inverteraren fortsätter att fungera under en strömavbrott kan det utgöra ett säkerhetshot mot underhållspersonal. Till exempel, om PV-systemet fortsätter att leverera el till nätet genom inverteraren under ett strömavbrott kan det lätt orsaka elektriska stötar och andra säkerhetsincidenter. Därför anger nationella standarder att PV-nätanslutna inverterare måste ha funktioner för upptäckt och kontroll av isolering, och de måste sluta fungera när nätet inte är tillgängligt.
Drift vid speciella modifieringar:Teoretiskt skulle en nätavkopplad inverterare kunna användas för att "simulera" ett nät, vilket gör att PV-inverteraren tror att det är normalt, och därmed kan den leverera ström till detta "nät". Detta metodförlopp bär emellertid på risker och är inte i enlighet med normala säkerhets- och regleringskrav. Dessutom, om en nätansluten inverterare ändras för att möjliggöra drift utan nät, såsom i vissa hybridnätanslutna och nätavkopplade inverterare, kan den växla till nätavkopplad drift när nätet är nere. Detta är dock inte längre en funktion hos en ren nätansluten inverterare, utan ett resultat av särskild design och modifiering.
IV. Nödvändiga villkor för drift av nätansluten inverterare
Tekniska villkor:
Frekvenssynkronisering: Nätets frekvens är vanligtvis 50 Hz eller 60 Hz i de flesta regioner. Inverterarens AC-frekvens måste synkroniseras med detta. Detta uppnås vanligtvis genom teknologier som faslåsta loopar (PLL) för att säkerställa att inverterarens AC-frekvens matchar nätets frekvens, annars kan den inte fungera normalt.
Fassynkronisering: Utöver frekvenssynkronisering måste inverterarens AC-utdata också synkroniseras i fas med nätspänningen. Fassynkronisering uppnås genom relaterade styrteknologier. Endast med fassynkronisering kan inverterarens utdata energi smidigt integreras i nätet utan att orsaka negativa effekter som spänningssvängningar och minskad kvalitet på elnätet.
Spänningsmatchning: Inverterarens utdataspänning måste matcha nätspänningen vid anslutningspunkten. Även om inverterare vanligtvis är designade för att anpassa sig till olika spänningsnivåer, måste det säkerställas att de fungerar inom säkra gränser. Om spänningen inte matchar, kan det hindra normal strömöverföring och till och med skada inverteraren eller nätutrustningen.
Harmoniska begränsningar: Under omvandlingen från likström till växelström kan omvandlaren generera harmoniska vågor, vilket kan påverka nätet, till exempel orsaka spänningsförförmande och påverka den normala drift av annan elektrisk utrustning. Därför måste omvandlare uppfylla vissa standarder för harmonisk begränsning för att säkerställa elkvaliteten. Till exempel får omvandlarens utgångsström inte innehålla någon likströmskomponent, och högre ordningens harmoniska vågor i omvandlarens utgångsström måste minimeras för att undvika att förorena nätet.
Reaktiv effektkontroll: Omvandlaren måste kunna styra den reaktiva effekten för att stödja nätets spänningsstabilitet. I nät med en hög andel förnybar energi är reaktiv effektkontroll särskilt viktig. Genom att kontrollera den reaktiva effekten kan nätets spänningsnivå regleras, vilket förbättrar nätstabilitet och elkvalitet.
Islandsskydd: När nätet går ner måste omvandlaren snabbt kopplas ifrån nätet för att förhindra att den levererar ström till det frånkopplade nätet, vilket skyddar underhållspersonal. Detta är en av de viktigaste säkerhetsfunktionerna hos nätanslutna omvandlare.
Säkerhetsförhållanden:
Elektrisk säkerhet: Omvandlaren och dess installation måste följa relevanta elektriska säkerhetsstandarder, inklusive isolering, överbelastningskydd och kortslutsskydd. Till exempel måste omvandlarens elektriska isoleringsprestanda vara god för att förhindra läckage; vid överbelastning eller kortslutning bör omvandlaren aktivera skyddsmekanismer för att förhindra utrustningsskador och potentiella bränder.
Skyddsklass: Omvandlaren behöver en viss skyddsklass för att motstå miljöfaktorer som damm och fukt. Utomhusomvandlare kräver vanligtvis en högre skyddsklass, till exempel IP65. Skyddsklassen säkerställer att omvandlaren kan fungera normalt under olika miljöförhållanden och förlänger dess livslängd.
Förordningar och standarder:
Nationella och branschspecifika standarder: Inverterare som är anslutna till nätet måste följa nationella och branschrelaterade standarder, såsom Kinas GB/T 37408 - 2019-standard, som anger tekniska krav för fotovoltaiska inverterare som är anslutna till nätet. Dessa standarder täcker flera aspekter, inklusive prestanda, säkerhet och strömkvalitet, vilket garanterar att inverterarna uppfyller regler när de opererar i nätet.
Tillstånd och godkännanden: Installation och drift av inverterare som är anslutna till nätet kan kräva tillstånd och godkännanden från energidepartementet för att säkerställa att de inte påverkar nätet negativt. Energiavdelningen kommer att granska inverterarens installationsplats, kapacitet och tekniska parametrar, och endast efter godkännande kan inverteraren anslutas till nätet.
Ekonomiska faktorer:
Avkastning på investering (ROI): Användare eller företag som överväger nätanslutna inverteringsenheter kommer att utvärdera ROI, inklusive initiala investeringskostnader, drift- och underhållskostnader samt potentiella politiska subventioner eller intäkter från försäljning av el. Om ROI inte är gynnsam kan det påverka entusiasmen för nätanslutna inverteringsenheter. Till exempel, om den initiala investeringskostnaden är hög och priserna för försäljning av el är låga utan tillräckliga subventionspolicyer, kan investerarna avskräckas.
Subventionspolicyer: Olika regioner kan ha olika subventionspolicyer, vilket kan påverka den ekonomiska genomförbarheten av projekt med nätanslutna inverteringsenheter. Vissa regioner erbjuder subventioner för att uppmuntra utvecklingen av förnybara energikällor, inklusive subventioner för köp av inverteringsenheter och inköpspriser, vilket hjälper till att förbättra de ekonomiska fördelarna med projekt med nätanslutna inverteringsenheter.
Systemkompatibilitet:
Kompatibilitet med nät: Inverteren måste vara kompatibel med det befintliga nätet, inklusive nätets struktur, storlek och driftsäkra egenskaper. Olika nätstrukturer (t.ex. TT-, IT- och TN-nät) och storlekar (t.ex. lågspännings- och högspänningsnät) har olika krav på inverterar, och inverteren måste kunna anpassa sig till dessa skillnader för att uppnå en stabil nätanslutning.
Kompatibilitet med utrustning: Inverteren måste vara väl anpassad till den anslutna elproducerande utrustningen (t.ex. solpaneler, vindturbiner) för att uppnå effektiv energiomvandling. Till exempel måste utdataeffekten och spänningen från solpanelerna matcha inverterens ingångskrav för att säkerställa hela generationsystemets effektivitet och prestanda.
Miljöfaktorer:
Miljöanpassning: Omvandlaren måste kunna anpassa sig till miljöförhållandena på installationsplatsen, såsom temperatur och fuktighet, för att säkerställa långsiktig stabilt drift. Till exempel, i högtemperaturmiljöer, måste omvandlarens värmeavledningsförmåga vara god för att förhindra skador av överhettning; i miljöer med hög fuktighet, måste omvandlaren ha fuktbeständiga egenskaper för att undvika kortslutningar i den interna kretsen.
Miljöpåverkan: Designen och drift av omvandlaren måste ta hänsyn till dess påverkan på miljön, såsom buller och elektromagnetisk störning. Ansträngningar bör göras för att minimera buller som genereras under omvandlarens drift för att undvika bullerförorening, och elektromagnetisk störning bör kontrolleras för att förhindra störning av andra elektroniska enheter.
Drift och underhåll:
Användargränssnitt: Omvandlaren bör erbjuda ett intuitivt användargränssnitt för övervakning av systemstatus och utförande av nödvändiga inställningar. Till exempel kan användare visa omvandlarens driftparametrar (t.ex. ingångs/utgångsspänning, ström, effekt) och felalarminformation via gränssnittet, samt utföra grundläggande inställningar (t.ex. effektgränser, val av driftläge).
Underhållskrav: Underhållet av omvandlaren måste ta hänsyn till lätthet i underhåll, underhållskostnader och underhållscykler. En omvandlare som är enkel att underhålla kan minska underhållskostnader och svårigheter, medan en rimlig underhållscykel kan säkerställa långsiktig stabilt drift. Till exempel bör den interna strukturen av omvandlaren vara utformad för att underlätta inspektion av underhållspersonal, och livslängden och ersättningskostnaden för dess komponenter bör vara rimliga.
V. Nätets roll i drift av nätanslutna omvandlare
Referens för drift:Nätets spänning, frekvens och andra parametrar ger en referensstandard för drift av nätanslutna inverterare. Inverteraren måste justera sin utmatning baserat på nätets spänning och frekvens för att matcha dessa parametrar. Till exempel använder inverteraren tekniker som PLL för att synkronisera frekvensen och fasen i sin utgående växelström med nätet och matcha spänningen, vilket säkerställer en smidig integrering av energi i nätet. Utan att nätet ger dessa referenser skulle inverteraren inte kunna justera sin utmatning korrekt, och normal nätanslutning skulle inte vara möjlig.
Möjliggör överföring och distribution av el:Nätet ger en plattform för överföring och distribution av el från nätanslutna inverterare. När inverteraren matar den växelström som genererats av PV-systemet in i nätet kan nätet överföra denna energi till de platser där den behövs, vilket möjliggör en bred spridning. Detta gör det möjligt för PV-energi att integreras i det större energisystemet och leverera ström till fler användare. Skalan och strukturen av nätet påverkar också inverterarens anslutningsmetoder och driftkrav. Till exempel, i olika spänningsnivåer (till exempel lågspännings- och högspänningsnät) måste inverteraren uppfylla motsvarande tillgänglighetsstandarder och tekniska krav för att säkerställa säker och effektiv överföring av energi.
Säkerställa stabil drift:I nätet är ett stort antal elgenererings- och förbrukningsenheter sammanlänkade och bildar ett stort elförsörjningssystem. Detta system har en viss grad av stabilitet och tröghet, vilket hjälper till att stabilisera driften av nätanslutna växelriktare. Till exempel kan nätet balansera variationer i uteffekten från ett solcellsaggregat genom sina egna reglermekanismer (till exempel genom att justera effektutmatningen från andra generatorer), vilket minskar inverkan på växelriktaren. Dessutom tillhandahåller nätet kortslutningsskydd och andra säkerhetsfunktioner. Om ett kortslutningsfel uppstår vid växelriktarens utgång kommer nätets skyddsutrustning att aktiveras för att förhindra att felet eskalerar, vilket skyddar växelriktaren och annan utrustning.
