Växelriktare tillhör en stor grupp av statiska omvandlare, som omfattar många av idag's enheter kan"konvertera”elektriska parametrar i ingången, såsom spänning och frekvens, för att producera en utgång som är kompatibel med belastningens krav.

Generellt sett är växelriktare enheter som kan omvandla likström till växelström och är ganska vanliga i industriella automationsapplikationer och elektriska enheter.Arkitekturen och utformningen av olika växelriktartyper ändras beroende på varje specifik applikation, även om kärnan i deras huvudsyfte är densamma (DC till AC-konvertering).

1. Fristående och nätanslutna växelriktare

Växelriktare som används i solcellsapplikationer är historiskt indelade i två huvudkategorier:

:Fristående växelriktare

:Nätanslutna växelriktare

Fristående växelriktare är för applikationer där solcellsanläggningen inte är ansluten till det huvudsakliga energidistributionsnätet.Växelriktaren kan leverera elektrisk energi till de anslutna lasterna, vilket säkerställer stabiliteten hos de elektriska huvudparametrarna (spänning och frekvens).Detta håller dem inom fördefinierade gränser och kan motstå tillfälliga överbelastningssituationer.I denna situation är växelriktaren kopplad till ett batterilagringssystem för att säkerställa en konsekvent energiförsörjning.

Nätanslutna växelriktare å andra sidan kan synkronisera med det elnät som de är anslutna till eftersom i detta fall spänning och frekvens är"ålagts”vid huvudnätet.Dessa växelriktare måste kunna kopplas ur om huvudnätet går sönder för att undvika eventuell omvänd matning av huvudnätet, vilket kan utgöra en allvarlig fara.

Figur 1 - Exempel på fristående system och nätanslutet system.Bild med tillstånd av Biblus.

2.Vad är busskondensatorns roll

Syftet med en växelriktare är att omvandla en DC-vågformsspänning till en växelströmssignal för att injicera ström till en last (t.ex. elnätet) vid en given frekvens och med en liten fasvinkel (φ ≈0).En förenklad krets för en enfas unipolär pulsbreddsmodulering (PWM) visas i figuren2 (samma allmänna schema kan utökas till ett trefassystem).I detta schema formas ett PV-system, som fungerar som en likspänningskälla med viss källinduktans, till en AC-signal genom fyra IGBT-omkopplare parallellt med frihjulsdioder.Dessa omkopplare styrs vid grinden genom en PWM-signal, som vanligtvis är utsignalen från en IC som jämför en bärvåg (vanligtvis en sinusvåg med den önskade utfrekvensen) och en referensvåg med en betydligt högre frekvens (vanligtvis en triangelvåg). vid 5-20 kHz).Utsignalen från IGBT formas till en AC-signal som är lämplig för användning eller nätinjektion genom tillämpning av olika topologier av LC-filter.

Få offert

Figur 2: Pulsed Width Modulation (PWM) enfasinverter inställning.IGBT-omkopplarna, tillsammans med LC-utgångsfiltret, formar DC-ingångssignalen till en användbar AC-signal.Detta inducerar enskadlig spänningsrippel över PV-terminalerna.Bussenkondensatorn är dimensionerad för att minska denna rippel.

Driften av IGBT:erna introducerar en rippelspänning på terminalen på PV-matrisen.Denna krusning är skadlig för driften av PV-systemet, eftersom den nominella spänningen som appliceras på terminalerna bör hållas vid maxeffektpunkten (MPP) för IV-kurvan för att få ut mest effekt.En spänningsrippel på PV-terminalerna kommer att oscillera kraften som extraheras från systemet, vilket resulterar i

en lägre medeleffekt (Figur 3).En kondensator läggs till bussen för att jämna ut spänningsrippeln.

Figur 3: En spänningsrippel som introduceras på PV-terminalerna av PWM-växelriktarschemat flyttar den applicerade spänningen från maxeffektpunkten (MPP) för PV-matrisen.Detta introducerar en rippel i arrayens uteffekt så att den genomsnittliga uteffekten är lägre än den nominella MPP

Spänningsrippelns amplitud (topp till topp) bestäms av omkopplingsfrekvensen, PV-spänningen, busskapacitansen och filterinduktansen enligt:

var:

VPV är solpanelens DC-spänning,

Cbus är kapacitansen för busskondensatorn,

L är induktansen för filterinduktorerna,

fPWM är växlingsfrekvensen.

Ekvation (1) gäller för en idealisk kondensator som förhindrar laddning från att flöda genom kondensatorn under laddning och sedan laddar ur energin som finns i det elektriska fältet utan motstånd.I verkligheten är ingen kondensator idealisk (Figur 4) utan består av flera element.Förutom den idealiska kapacitansen är dielektrikumet inte perfekt resistivt och en liten läckström flyter från anoden till katoden längs en ändlig shuntresistans (Rsh), förbi den dielektriska kapacitansen (C).När ström genom kondensatorn flyter är stiften, folierna och dielektrikumet inte perfekt ledande och det finns en ekvivalent serieresistans (ESR) i serie med kapacitansen.Slutligen lagrar kondensatorn viss energi i magnetfältet, så det finns en ekvivalent serieinduktans (ESL) i serie med kapacitansen och ESR.

Figur 4: Ekvivalent krets för en generisk kondensator.En kondensator ärbestår av många icke-idealiska element, inklusive dielektrisk kapacitans (C), ett icke-oändligt shuntmotstånd genom dielektrikumet som kringgår kondensatorn, serieresistans (ESR) och serieinduktans (ESL).

Även i en så till synes enkel komponent som en kondensator finns det flera element som kan misslyckas eller försämras.Vart och ett av dessa element kan påverka växelriktarens beteende, både på AC- och DC-sidan.För att bestämma effekten försämring av icke-ideala kondensatorkomponenter har på spänningsrippeln som införts över PV-terminalerna, simulerades en PWM unipolär H-brygga-växelriktare (Figur 2) med SPICE.Filterkondensatorerna och induktorerna hålls vid 250 µF respektive 20 mH.SPICE-modellerna för IGBT är härledda från arbetet av Petrie et al. PWM-signalen, som styr IGBT-omkopplarna, bestäms av en komparator- och inverterande komparatorkrets för IGBT-omkopplarna på hög respektive låg sida.Ingången för PWM-kontrollerna är en 9,5V, 60Hz sinusbärvåg och en 10V, 10kHz triangulär våg.