Nói ngắn gọn, quy trình làm việc của biến tần PV có thể được chia thành ba giai đoạn cốt lõi:thu thập và tối ưu hóa năng lượng, Chuyển đổi AC-AC, Vàlưới-được kết nối/tắt-điều chỉnh lưới. Sau đây là bản phân tích chi tiết từ góc độ của các nguyên tắc cơ bản, mô-đun cốt lõi và công nghệ chính:
I. Mục tiêu làm việc cốt lõi
Đặc tính đầu ra của mô-đun PV rất nhạy cảm với ánh sáng và nhiệt độ, thể hiện mối quan hệ phi tuyến tính giữa điện áp đầu ra và dòng điện. Hơn nữa, nguồn DC được tạo trực tiếp không thể kết nối trực tiếp với lưới điện chính hoặc điều khiển các tải AC thông thường. Vì vậy, biến tần cần đạt được hai mục tiêu cốt lõi:
Tối đa hóa công suất đầu ra: Theo dõi điểm đầu ra công suất tối đa của mô-đun PV trong thời gian thực thông qua công nghệ MPPT để cải thiện hiệu suất phát điện nhiều nhất có thể.
Dạng sóng và đồng bộ hóa: Chuyển đổi nguồn DC thành nguồn điện xoay chiều hình sin đáp ứng các tiêu chuẩn lưới điện (với điện áp, tần số và pha nhất quán với lưới điện) để đảm bảo-an toàn khi kết nối lưới hoặc hoạt động ổn định của các phụ tải không nối lưới-.
II. Quy trình làm việc cơ bản của bộ biến tần quang điện
Lấy cái phổ biến nhấtbộ biến tần quang điện-được kết nối với lướiVí dụ: quy trình làm việc tổng thể có thể được chia thành bốn bước:
Bước 1: Đầu vào và lọc DC (Xử lý bên -DC)
Đầu ra nguồn DC của các mô-đun PV được kết nối-nối tiếp/song song không hoàn toàn ổn định, với các gợn sóng điện áp và dao động dòng điện gây ra bởi những thay đổi về độ chiếu sáng và sự khác biệt về đặc tính của mô-đun.
Đầu tiên biến tần kết nối với nguồn DC thông qua mộtCầu chì DC(để bảo vệ quá dòng) và mộtThiết bị chống sét DC(để bảo vệ đột biến).
Sau đó, một mạch lọc bao gồmTụ lọc/cuộn cảm DCđược sử dụng để làm dịu sự dao động của điện áp DC, cung cấp đầu vào DC ổn định cho giai đoạn chuyển đổi tiếp theo.
Bước 2: Theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT)
Đây là mắt xích quan trọng để biến tần nâng cao hiệu suất phát điện. Nguyên tắc cốt lõi là phát hiện điện áp và dòng điện đầu ra của mô-đun PV trong thời gian thực thông quathuật toán điều khiển, tính toán công suất đầu ra hiện tại và điều chỉnh linh hoạt điện áp đầu vào DC của biến tần để giữ cho mô-đun PV luôn hoạt động ở điểm công suất đầu ra tối đa.
Các thuật toán MPPT phổ biến: Nhiễu loạn và Quan sát (P&O), Độ dẫn tăng dần (INC). Trong số đó, phương pháp độ dẫn tăng dần có độ chính xác cao hơn và phù hợp với các tình huống có sự thay đổi độ sáng nhanh.
Phương pháp thực hiện: Điều chỉnh điện áp DC thông qua mộtBộ chuyển đổi DC-DC(chẳng hạn như mạch tăng cường-tăng cường). Khi điện áp đầu ra của mô-đun PV thấp, mạch Boost sẽ tăng nó lên điện áp bus DC phù hợp để đảo ngược (ví dụ: bus DC 380V tương ứng với đầu ra AC 380V).
Bước 3: Chuyển đổi DC{1}}AC (Giai đoạn đảo ngược lõi)
Đây là chức năng cốt lõi của biến tần, về cơ bản chuyển đổi nguồn DC ổn định thành nguồn AC tương tự như sóng hình sin thông qua hoạt động-bật{1}}tần số cao củathiết bị chuyển mạch điện tử công suất. Theo cấu trúc tôpô khác nhau, nó chủ yếu được chia thànhbộ biến tần một pha(dành cho các ứng dụng năng lượng thấp{0}}dân sự) vàbộ biến tần ba pha(dành cho các ứng dụng năng lượng cao-trong công nghiệp và thương mại), với các nguyên tắc cốt lõi nhất quán:
Thiết bị chuyển mạch: Các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) hoặc Kim loại-Ôxit-Trường bán dẫn-Các bóng bán dẫn hiệu ứng (MOSFET) được sử dụng, là "công tắc điện tử" để chuyển đổi nguồn và có thể hoàn tất việc điều khiển bật-trong vòng micro giây.
Cấu trúc liên kết cầu biến tần: Được sử dụng phổ biến nhất làmạch biến tần toàn cầu-(với 4 thiết bị chuyển mạch cho một pha-và 6 thiết bị cho ba-pha). Lấy mạch cầu một pha-đầy đủ{6}}làm ví dụ:
Đầu ra bộ điều khiểnTín hiệu điều chế độ rộng xung (PWM)để kiểm soát trình tự bật-và chu kỳ hoạt động của 4 IGBT.
Bằng cách điều chỉnh độ rộng xung, đầu ra "chuỗi xung sóng vuông" của các thiết bị chuyển mạch được lọc để tạo thành nguồn điện xoay chiều gần với sóng hình sin.
Lọc AC: Nguồn AC sau khi đảo ngược có chứa các sóng hài tần số-cao cần được lọc bằng bộ lọcMạch lọc LCbao gồm các cuộn cảm và tụ điện của bộ lọc AC để thu được nguồn điện xoay chiều hình sin thuần túy.
Bước 4: Thích ứng và bảo vệ lưới-được kết nối/Tắt- (Xử lý phía AC-)
1. Bộ biến tần được kết nối-lưới: Đồng bộ hóa và kết nối lưới
Nếu sử dụng biến tần để phát điện-nối lưới thì cần phải đảm bảo rằng nguồn điện xoay chiều đầu ra làcùng tần số, pha và điện ápnhư lưới điện chính:
Thời gian thực-phát hiện tần số điện áp và pha của lưới điện thông quaPha-Công nghệ vòng khóa (PLL), điều chỉnh pha và tần số của nguồn điện xoay chiều bằng biến tần và đạt được sự đồng bộ hóa chính xác với lưới điện.
Kết nối với lưới điện thông qua mộtCông tắc tơ ACvà đảm bảo-an toàn khi kết nối lưới thông quabảo vệ đảo, bảo vệ quá áp/thấp áp, bảo vệ quá dòng, bảo vệ tần số, v.v. (ví dụ khi mất điện lưới, biến tần phải ngừng hoạt động ngay lập tức để tránh “hiệu ứng đảo” gây nguy hiểm cho nhân viên bảo trì).
2. Bộ biến tần tắt{1}}lưới: Cấp điện trực tiếp
Nếu sử dụng biến tần trong hệ thống-không nối lưới (ví dụ: nguồn điện quang điện ở vùng sâu vùng xa), nguồn điện xoay chiều hình sin đã lọc sẽ được cấp trực tiếp cho các tải (ví dụ: thiết bị gia dụng, thiết bị công nghiệp). Trong khi đó, nó có thể được kết hợp với pin lưu trữ năng lượng để đạt được khả năng điều chỉnh điện áp ổn định.
III. Các loại biến tần quang điện chính và sự khác biệt về cấu trúc liên kết
Các loại bộ biến tần khác nhau có những khác biệt nhỏ về cấu trúc liên kết của giai đoạn đảo ngược và phù hợp với các tình huống khác nhau:
Biến tần trung tâm(năng lượng-cao, dành cho mục đích công nghiệp/thương mại và nhà máy điện quang điện):
Nhận nuôimáy biến áp tần số nguồn/máy biến áp tần số cao{0}}cấu trúc liên kết. Một số loại không có máy biến áp (không{1}}cách ly) đạt được sự cách ly thông qua tụ điện, với công suất đạt tới vài megawatt. Chúng được đặc trưng bởi sự tích hợp cao và vận hành và bảo trì thuận tiện.
Biến tần chuỗi(công suất vừa và nhỏ, dùng cho hộ gia đình và hệ thống quang điện phân tán):
Mỗi chuỗi PV được trang bị một bộ điều khiển MPPT độc lập và giai đoạn đảo ngược áp dụng cấu trúc liên kết-cầu nối đầy đủ. Nó có thể theo dõi điểm công suất tối đa của từng chuỗi một cách độc lập, thích ứng với sự khác biệt về độ sáng giữa các chuỗi khác nhau (ví dụ: bóng).
Biến tần vi mô(năng lượng-thấp, dành cho hệ thống quang điện trong gia đình):
Được cài đặt trực tiếp ở mặt sau của mô-đun PV, với một bộ chuyển đổi vi mô tương ứng với một mô-đun, thực hiện "đảo ngược cấp độ mô-đun". Nó có độ chính xác MPPT cao nhất và phù hợp với môi trường chiếu sáng phức tạp.
IV. Các chỉ số kỹ thuật chính và tác động đến hiệu suất
Hiệu suất đảo ngược: Bộ biến tần chất lượng cao có thể đạt được hiệu suất tối đa trên 98% (hiệu suất Châu Âu), điều này chủ yếu phụ thuộc vào suy hao dẫn điện của thiết bị chuyển mạch và độ chính xác theo dõi của MPPT.
Tổng méo hài (THD): Bộ biến tần-được kết nối với lưới yêu cầu THD Nhỏ hơn hoặc bằng 5%. THD càng thấp, sóng hình sin đầu ra càng tinh khiết và độ nhiễu đối với lưới điện càng nhỏ.
Hiệu quả MPPT: Thường được yêu cầu phải Lớn hơn hoặc bằng 99%, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình phát điện tổng thể của hệ thống quang điện.
Bản tóm tắt
Bản chất của biến tần PV làthực hiện chuyển đổi dạng năng lượng thông qua điều chế tần số-cao với thiết bị chuyển mạch điện tử công suất làm cốt lõi, đồng thời đạt được tối ưu hóa năng lượng và thích ứng lưới điện thông qua các thuật toán điều khiển. Cốt lõi của nguyên tắc làm việc của nó nằm ở:hiện thực hóa việc tối ưu hóa nguồn điện thông qua bộ chuyển đổi DC-DC, đạt được chuyển đổi DC-AC thông qua cầu biến tần được điều chế bằng-PWM{2}} và đảm bảo kết nối lưới an toàn thông qua các vòng-bị khóa pha và mạch bảo vệ. Quá trình này không chỉ sử dụng các đặc tính chuyển mạch nhanh của công nghệ điện tử công suất mà còn kết hợp việc điều chỉnh chính xác của lý thuyết điều khiển, đóng vai trò là mắt xích quan trọng để sử dụng hiệu quả năng lượng trong các hệ thống phát điện quang điện.
