Телефон: +7 (383)-235-94-57

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ.

Опубликовано в журнале: Инженерные решения №1(1)

Автор(ы): Лештаев Олег Валерьевич, Стушкина Наталья Алексеевна

Рубрика журнала: Энергетика

Статус статьи: Опубликована 18 декабря

DOI статьи: 10.32743/2658-6479.2019.1.1.5

Библиографическое описание

Лештаев О.В., Стушкина Н.А. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СХЕМ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ РАБОТЫ. // Инженерные решения: эл.научный журнал. –2018 – №1(1). URL: https://journaltech.ru/archive/1/5 (дата обращения: 13.11.2019). DOI: 10.32743/2658-6479.2019.1.1.5

Лештаев Олег Валерьевич
аспирант Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина, Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева
РФ г. Москва

Стушкина Наталья Алексеевна
канд. техн. наук, доц. Института механики и энергетики имени В.П. Горячкина, Российского государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева
РФ г. Москва

A COMPARATIVE ANALYSIS OF THE CIRCUITS OF INVERTERS AND THEIR EFFICIENCY

 Oleg Leshtayev
postgraduate student of Institute Mechanic and Power Engineering, Russian State Agrarian University
Russia, Moscow

Natalia Stushkina
PhD, associate professor of Institute Mechanic and Power Engineering, Russian State Agrarian University
Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлен сравнительный анализ инверторов и схем их подключения, а также параметров, влияющих на эффективность их работы.

ABCTRACT

In this article a comparative analysis of inverter and their wiring connection, as well parameters affecting the efficiency of their work.

 

Ключевые слова: инверторы; эффективность; бестрансформаторные инверторы, стринговые инверторы.

Keywords: inverters; efficiency; transformerless inverter; string inverter.

 

Инверторы представляют собой твердотельные электронные устройства. Они преобразуют электроэнергию постоянного тока, вырабатываемую солнечными модулями, в переменный ток в соответствии с требованиями сети. Инверторы также могут выполнять множество функций, чтобы максимизировать производительность установки. Функции варьируются от оптимизации напряжения и контроля производительности установки до регистрации данных и обеспечения защиты и изоляции в случае перепадов напряжения в сети или в модулях.

Существуют два больших класса инверторов: центральные инверторы и стринговые инверторы. Центральная конфигурация инвертора, показанная на рисунке 1, является основным выбором для средне- и крупномасштабных солнечных фотоэлектрических установок. Большое количество модулей подключены в ряд для формирования линии высокого напряжения. Линии затем подключаются параллельно инвертору.

Рисунок 1. Центральная конфигурация инвертора

Центральные инверторы обеспечивают высокую надежность и простоту установки. Однако у них есть недостатки: увеличенные потери, несоответствия и отсутствие максимальной мощности для каждой линии модулей. Это может вызвать проблемы для массивов солнечных модулей, которые имеют несколько углов наклона и ориентации или страдают от затенения, или используют разные типы модулей.

Центральные инверторы обычно трехфазные и могут включать сетевой трансформатор. Эти трансформаторы увеличивают вес и объем инверторов, хотя они обеспечивают гальваническую изоляцию от сети. Другими словами, отсутствие электрического соединения между входным и выходным напряжениями – это условие, которое иногда требуется в соответствии с национальными нормами электробезопасности.

Центральные инверторы иногда используются в конфигурации «ведущий-ведомый». Это означает, что при снижении солнечного излучения некоторые инверторы выключаются, что позволяет другим инверторам работать ближе к оптимальной нагрузке. Когда излучение высокое, нагрузка разделяется между всеми инверторами. В результате работает только необходимое количество инверторов. За счет равномерного распределения работы среди инверторов, срок службы оборудования может быть увеличен.

Напротив, концепция стрингового инвертора (рисунок 2) использует несколько инверторов для нескольких линий солнечных модулей. Стринговые инверторы обеспечивают контроль максимальной мощности для каждой из этих линий. Это полезно в тех случаях, когда модули не могут быть установлены с одинаковой ориентацией или если используются модули разных спецификаций, или, когда возникают проблемы с затенением.

Рисунок 2. Концепция стрингового инвертора

Стринговые инверторы, которые обычно находятся в одной фазе, имеют определенные преимущества. Прежде всего, их можно обслуживать и заменять неспециалистам. Во-вторых, можно хранить запасные инверторы на месте их эксплуатации. Это позволяет легко справляться с непредвиденными обстоятельствами, например, в случае отказа инвертора. Для сравнения: отказ большого центрального инвертора с длительным сроком ремонта может привести к значительному снижению производительности до того, как его можно будет заменить.

Инверторы могут быть бестрансформаторными или включать трансформатор для повышения напряжения. Трансформаторные инверторы обычно более высокоэффективны.

В случае бестрансформаторных стринговых инверторов напряжение генератора должно быть либо значительно выше напряжения на стороне переменного тока, либо должны использоваться DC-DC повышающие преобразователи. Отсутствие трансформатора приводит к более высокой эффективности, уменьшенному весу, уменьшенному размеру (на 50-75 процентов легче, чем модели на базе трансформаторов) [1] и более низкой стоимости из-за меньшего количества компонентов. С другой стороны, необходимо использовать дополнительное защитное оборудование, такое как автоматические выключатели постоянного тока с заземлением, и токоведущие части должны быть защищены. Бестрансформаторные инверторы также вызывают повышенные электромагнитные помехи.

Инверторы с трансформаторами обеспечивают гальваническую развязку.

Центральные инверторы обычно оснащены трансформаторами. С этой конструкцией возможно безопасное напряжение (<120 В) [1] на стороне постоянного тока. Наличие трансформатора также приводит к уменьшению токов утечки, что, в свою очередь, уменьшает электромагнитные помехи. Но такое устройство инвертора имеет свои недостатки в виде потерь (нагрузка и холостой ход), увеличения веса и размера.

Инверторы работают с использованием силовых переключающих устройств, таких как тиристор или биполярный транзистор с изолированным затвором (БТИЗ). Это необходимо для прерывания постоянного тока в виде импульсов, обеспечивающих воспроизведение синусоидальной формы переменного тока. Характер генерируемой волны переменного тока означает, что могут распространяться помехи по сети. Поэтому фильтры должны применяться для ограничения помех электромагнитной совместимости, излучаемых в сеть. Функции защиты цепи целесообразно включать в конструкцию инвертора.

Инверторы должны быть снабжены контроллерами для измерения выходных параметров сети и управления процессом переключения.

Для инверторов определен ряд различных типов эффективности, которые описывают и количественно определяют эффективность различных аспектов работы инвертора.

Поиск объективного способа количественного определения производительности инвертора все еще продолжается. В литературе часто предлагаются новые способы измерения эффективности. Эффективность преобразования измеряется величиной потерь, возникающих при конверсии из постоянного тока в переменный.

Эти потери связаны с несколькими факторами: наличием трансформатора (потери в магнитопроводе), самопотреблением инвертора и потерями силовой электроники. Эффективность преобразования (КПД инвертора) определяется как отношение величины выходной мощности переменного тока, к величине входной мощности постоянного тока [1].

Эффективность преобразования не является постоянной, но зависит от входной мощности постоянного тока, рабочего напряжения и погодных условий, включая температуру окружающей среды и освещенность. Разница в освещенности в течение дня вызывает колебания выходной мощности и точки максимальной мощности. В результате инвертор постоянно подвергается различным нагрузкам, что приводит к изменению эффективности. Из-за динамического характера эффективности для описания работы инвертора больше подходят диаграммы.

Список литературы:

  1. Utility-Scale Solar Photovoltaic Power Plants, Solar PV Technology, International Finance Corporation 2015 All rights reserved. 2121 Pennsylvania Avenue, N.W. Washington, D.C. 20433 ifc.org [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.ifc.org/wps/wcm/connect/f05d3e00498e0841bb6fbbe54d141794/IFC%20Solar%20Report_Web%20_08%2005.pdf?MOD=AJPERES