Hiện nay, hệ thống phát điện quang điện của Trung Quốc chủ yếu là hệ thống DC, tức là sạc điện năng lượng do pin mặt trời tạo ra, pin cung cấp điện trực tiếp cho tải. Ví dụ, hệ thống chiếu sáng hộ gia đình bằng năng lượng mặt trời ở Tây Bắc Trung Quốc và hệ thống cung cấp điện cho trạm vi sóng xa lưới điện đều là hệ thống DC. Loại hệ thống này có cấu trúc đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, do điện áp DC tải khác nhau (như 12V, 24V, 48V, v.v.) nên khó đạt được sự chuẩn hóa và khả năng tương thích của hệ thống, đặc biệt là đối với nguồn điện dân dụng, vì hầu hết các tải AC đều sử dụng nguồn điện DC. Nguồn điện quang điện khó có thể cung cấp điện để thâm nhập thị trường như một loại hàng hóa. Ngoài ra, phát điện quang điện cuối cùng sẽ đạt được hoạt động kết nối lưới điện, phải áp dụng mô hình thị trường trưởng thành. Trong tương lai, hệ thống phát điện quang điện AC sẽ trở thành xu hướng chính của phát điện quang điện.
Yêu cầu của hệ thống phát điện quang điện cho nguồn điện biến tần
Hệ thống phát điện quang điện sử dụng đầu ra điện xoay chiều bao gồm bốn phần: mảng quang điện, bộ điều khiển sạc và xả, pin và biến tần (hệ thống phát điện kết nối lưới điện thường có thể tiết kiệm pin), và biến tần là thành phần chính. Quang điện có yêu cầu cao hơn đối với biến tần:
1. Yêu cầu hiệu suất cao. Do giá thành pin mặt trời hiện nay khá cao, để tối đa hóa việc sử dụng pin mặt trời và nâng cao hiệu suất hệ thống, cần phải cố gắng nâng cao hiệu suất của biến tần.
2. Yêu cầu độ tin cậy cao. Hiện nay, hệ thống phát điện quang điện chủ yếu được sử dụng ở vùng sâu vùng xa, nhiều nhà máy điện không có người giám sát và bảo trì, điều này đòi hỏi biến tần phải có cấu trúc mạch hợp lý, lựa chọn linh kiện nghiêm ngặt và yêu cầu biến tần phải có nhiều chức năng bảo vệ, chẳng hạn như bảo vệ kết nối cực tính DC đầu vào, bảo vệ ngắn mạch đầu ra AC, bảo vệ quá nhiệt, bảo vệ quá tải, v.v.
3. Điện áp đầu vào DC cần có phạm vi thích ứng rộng. Vì điện áp đầu cuối của pin thay đổi theo tải và cường độ ánh sáng mặt trời, mặc dù pin có tác động quan trọng đến điện áp của pin, điện áp của pin dao động theo sự thay đổi của dung lượng còn lại và điện trở bên trong của pin. Đặc biệt là khi pin bị lão hóa, điện áp đầu cuối của nó thay đổi rất nhiều. Ví dụ, điện áp đầu cuối của pin 12 V có thể thay đổi từ 10 V đến 16 V. Điều này đòi hỏi bộ biến tần phải hoạt động ở DC lớn hơn Đảm bảo hoạt động bình thường trong phạm vi điện áp đầu vào và đảm bảo sự ổn định của điện áp đầu ra AC.
4. Trong các hệ thống phát điện quang điện công suất vừa và lớn, đầu ra của nguồn điện biến tần phải là sóng sin với độ méo tiếng ít hơn. Điều này là do trong các hệ thống công suất vừa và lớn, nếu sử dụng nguồn điện sóng vuông, đầu ra sẽ chứa nhiều thành phần sóng hài hơn và sóng hài cao hơn sẽ tạo ra thêm tổn thất. Nhiều hệ thống phát điện quang điện được tải bằng thiết bị truyền thông hoặc thiết bị đo lường. Thiết bị có yêu cầu cao hơn về chất lượng của lưới điện. Khi các hệ thống phát điện quang điện công suất vừa và lớn được kết nối với lưới điện, để tránh ô nhiễm điện với lưới điện công cộng, biến tần cũng được yêu cầu xuất ra dòng điện sóng sin.
Biến tần chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều. Nếu điện áp dòng điện một chiều thấp, nó được tăng cường bởi một máy biến áp dòng điện xoay chiều để có được điện áp và tần số dòng điện xoay chiều tiêu chuẩn. Đối với các biến tần công suất lớn, do điện áp bus DC cao, đầu ra AC thường không cần máy biến áp để tăng điện áp lên 220V. Trong các biến tần công suất trung bình và nhỏ, điện áp DC tương đối thấp, chẳng hạn như 12V, Đối với 24V, phải thiết kế mạch tăng áp. Biến tần công suất trung bình và nhỏ thường bao gồm mạch biến tần đẩy kéo, mạch biến tần cầu toàn phần và mạch biến tần tăng áp tần số cao. Mạch đẩy kéo kết nối phích cắm trung tính của biến áp tăng áp với nguồn điện dương và hai ống công suất Làm việc luân phiên, đầu ra nguồn điện AC, vì các bóng bán dẫn công suất được kết nối với đất chung, mạch truyền động và mạch điều khiển đơn giản và vì máy biến áp có độ tự cảm rò rỉ nhất định, nó có thể hạn chế dòng điện ngắn mạch, do đó cải thiện độ tin cậy của mạch. Nhược điểm là công suất sử dụng máy biến áp thấp và khả năng dẫn động tải cảm ứng kém.
Mạch biến tần cầu toàn phần khắc phục được nhược điểm của mạch đẩy kéo. Transistor công suất điều chỉnh độ rộng xung đầu ra, giá trị hiệu dụng của điện áp AC đầu ra thay đổi theo. Do mạch có vòng lặp tự do, ngay cả đối với tải cảm ứng, dạng sóng điện áp đầu ra sẽ không bị méo. Nhược điểm của mạch này là các transistor công suất của nhánh trên và nhánh dưới không chia sẻ mặt đất, do đó phải sử dụng mạch truyền động chuyên dụng hoặc nguồn điện riêng biệt. Ngoài ra, để ngăn ngừa tình trạng dẫn điện chung của nhánh cầu trên và nhánh cầu dưới, phải thiết kế mạch tắt rồi bật lại, tức là phải đặt thời gian chết, cấu trúc mạch phức tạp hơn.
Đầu ra của mạch đẩy kéo và mạch cầu toàn phần phải thêm một máy biến áp tăng áp. Do máy biến áp tăng áp có kích thước lớn, hiệu suất thấp và đắt tiền hơn, với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất và vi điện tử, công nghệ chuyển đổi tăng áp tần số cao được sử dụng để đạt được đảo ngược. Nó có thể nhận ra bộ biến tần có mật độ công suất cao. Mạch tăng áp tầng trước của mạch biến tần này áp dụng cấu trúc đẩy kéo, nhưng tần số làm việc trên 20KHz. Máy biến áp tăng áp sử dụng vật liệu lõi từ tần số cao, do đó có kích thước nhỏ và trọng lượng nhẹ. Sau khi đảo ngược tần số cao, nó được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều tần số cao thông qua máy biến áp tần số cao, sau đó dòng điện một chiều điện áp cao (thường trên 300V) thu được thông qua mạch lọc chỉnh lưu tần số cao, sau đó đảo ngược thông qua mạch biến tần tần số công suất.
Với cấu trúc mạch này, công suất của biến tần được cải thiện đáng kể, tổn thất không tải của biến tần cũng giảm tương ứng, hiệu suất được cải thiện. Nhược điểm của mạch là mạch phức tạp, độ tin cậy thấp hơn hai mạch trên.
Mạch điều khiển mạch biến tần
Các mạch chính của các bộ biến tần được đề cập ở trên đều cần được thực hiện bằng một mạch điều khiển. Nhìn chung, có hai phương pháp điều khiển: sóng vuông và sóng dương và sóng yếu. Mạch cung cấp điện biến tần với đầu ra sóng vuông đơn giản, chi phí thấp, nhưng hiệu suất thấp và thành phần sóng hài lớn. . Đầu ra sóng sin là xu hướng phát triển của biến tần. Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, các bộ vi xử lý có chức năng PWM cũng đã ra đời. Do đó, công nghệ biến tần cho đầu ra sóng sin đã trưởng thành.
1. Biến tần có ngõ ra sóng vuông hiện nay chủ yếu sử dụng mạch tích hợp điều chế độ rộng xung, chẳng hạn như SG 3 525, TL 494, v.v. Thực tế đã chứng minh rằng việc sử dụng mạch tích hợp SG3525 và sử dụng FET công suất làm linh kiện nguồn chuyển mạch có thể đạt được hiệu suất và giá thành biến tần tương đối cao. Vì SG3525 có khả năng điều khiển trực tiếp Khả năng FET công suất và có nguồn tham chiếu bên trong và bộ khuếch đại hoạt động và chức năng bảo vệ điện áp thấp, nên mạch ngoại vi của nó rất đơn giản.
2. Mạch tích hợp điều khiển biến tần có đầu ra sóng sin, mạch điều khiển của biến tần có đầu ra sóng sin có thể được điều khiển bằng bộ vi xử lý, chẳng hạn như 80 C 196 MC do Tập đoàn INTEL sản xuất và do Công ty Motorola sản xuất. MP 16 và PI C 16 C 73 do Công ty MI-CRO CHIP sản xuất, v.v. Những máy tính một chip này có nhiều máy phát PWM và có thể thiết lập cánh tay cầu trên và trên. Trong thời gian chết, sử dụng 80 C 196 MC của công ty INTEL để thực hiện mạch đầu ra sóng sin, 80 C 196 MC để hoàn thành việc tạo tín hiệu sóng sin và phát hiện điện áp đầu ra AC để đạt được sự ổn định điện áp.
Lựa chọn thiết bị nguồn trong mạch chính của biến tần
Sự lựa chọn các thành phần năng lượng chính củabiến tầnrất quan trọng. Hiện nay, các linh kiện công suất được sử dụng nhiều nhất bao gồm bóng bán dẫn công suất Darlington (BJT), bóng bán dẫn hiệu ứng trường công suất (MOS-F ET), bóng bán dẫn cổng cách điện (IGB). T) và thyristor tắt (GTO), v.v., các thiết bị được sử dụng nhiều nhất trong các hệ thống điện áp thấp công suất nhỏ là MOS FET, vì MOS FET có độ sụt điện áp trạng thái bật thấp hơn và tần số chuyển mạch của IG BT cao hơn thường được sử dụng trong các hệ thống điện áp cao và công suất lớn. Điều này là do điện trở trạng thái bật của MOS FET tăng khi điện áp tăng và IG BT ở các hệ thống công suất trung bình chiếm ưu thế lớn hơn, trong khi trong các hệ thống công suất siêu lớn (trên 100 kVA), GTO thường được sử dụng làm linh kiện công suất.
Thời gian đăng: 21-10-2021
