Mục đích của bộ biến tần là chuyển đổi điện áp dạng sóng DC thành tín hiệu AC để cung cấp năng lượng cho tải (ví dụ: lưới điện) ở một tần số nhất định và với góc pha nhỏ.φ ≈0). Hình vẽ thể hiện mạch điện đơn giản cho điều chế độ rộng xung (PWM) một pha đơn cực.2 (Sơ đồ tổng quát tương tự có thể được mở rộng cho hệ thống ba pha). Trong sơ đồ này, hệ thống PV, hoạt động như một nguồn điện áp DC với một số điện cảm nguồn, được tạo thành tín hiệu AC thông qua bốn công tắc IGBT mắc song song với các điốt tự do. Các công tắc này được điều khiển ở cực cổng thông qua tín hiệu PWM, thường là đầu ra của một IC so sánh sóng mang (thường là sóng sin có tần số đầu ra mong muốn) và sóng tham chiếu ở tần số cao hơn đáng kể (thường là sóng tam giác ở tần số 5-20kHz). Đầu ra của các IGBT được tạo thành tín hiệu AC phù hợp để sử dụng hoặc bơm vào lưới điện thông qua việc áp dụng các cấu trúc bộ lọc LC khác nhau.
Biến tần thuộc một nhóm lớn các bộ chuyển đổi tĩnh, bao gồm nhiều thiết bị hiện đại ngày nay.'các thiết bị có khả năng“chuyển thành"Các thông số điện đầu vào, chẳng hạn như điện áp và tần số, được điều chỉnh để tạo ra đầu ra phù hợp với yêu cầu của tải.
Nhìn chung, biến tần là thiết bị có khả năng chuyển đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều và khá phổ biến trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp và hệ thống truyền động điện. Kiến trúc và thiết kế của các loại biến tần khác nhau tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể, mặc dù mục đích chính của chúng là giống nhau (chuyển đổi DC sang AC).
1. Biến tần độc lập và biến tần kết nối lưới điện
Các bộ biến tần được sử dụng trong các ứng dụng quang điện theo truyền thống được chia thành hai loại chính:
:Biến tần độc lập
:Biến tần nối lưới
Biến tần độc lập được sử dụng cho các ứng dụng mà nhà máy điện mặt trời không được kết nối với mạng lưới phân phối điện chính. Biến tần có khả năng cung cấp năng lượng điện cho các tải được kết nối, đảm bảo sự ổn định của các thông số điện chính (điện áp và tần số). Điều này giúp giữ chúng trong giới hạn đã được xác định trước, có khả năng chịu được các tình huống quá tải tạm thời. Trong trường hợp này, biến tần được kết hợp với hệ thống lưu trữ pin để đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng ổn định.
Ngược lại, các bộ biến tần nối lưới có khả năng đồng bộ hóa với lưới điện mà chúng được kết nối vì trong trường hợp này, điện áp và tần số được đồng bộ.“áp đặt"Từ lưới điện chính. Các bộ biến tần này phải có khả năng ngắt kết nối nếu lưới điện chính gặp sự cố để tránh bất kỳ sự cấp điện ngược nào cho lưới điện chính, điều này có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng.
- Hình 1 - Ví dụ về hệ thống độc lập và hệ thống kết nối lưới điện. Hình ảnh do Biblus cung cấp.
2. Vai trò của tụ điện trên đường dây là gì?
Hình 2: Điều chế độ rộng xung (PWM) một phaCấu hình biến tần. Các công tắc IGBT, cùng với bộ lọc đầu ra LC, định hình tín hiệu đầu vào DC thành tín hiệu AC có thể sử dụng được. Điều này tạo ra...Sự dao động điện áp có hại trên các đầu cực PV. Đường dâyKích thước tụ điện được tính toán sao cho giảm thiểu hiện tượng gợn sóng này.
Hoạt động của các IGBT tạo ra điện áp gợn sóng trên các đầu cực của mảng PV. Điện áp gợn sóng này gây hại cho hoạt động của hệ thống PV, vì điện áp định mức đặt vào các đầu cực phải được giữ ở điểm công suất tối đa (MPP) của đường cong IV để thu được công suất tối đa. Điện áp gợn sóng trên các đầu cực PV sẽ làm dao động công suất thu được từ hệ thống, dẫn đến...
công suất đầu ra trung bình thấp hơn (Hình 3). Một tụ điện được thêm vào đường dây để làm mịn độ gợn sóng điện áp.
Hình 3: Sự dao động điện áp do mạch biến tần PWM tạo ra trên các đầu cực của tấm pin mặt trời làm dịch chuyển điện áp đặt vào ra khỏi điểm công suất tối đa (MPP) của mảng pin mặt trời. Điều này tạo ra sự dao động trong công suất đầu ra của mảng, khiến công suất đầu ra trung bình thấp hơn MPP danh nghĩa.
Biên độ (đỉnh đến đỉnh) của gợn sóng điện áp được xác định bởi tần số chuyển mạch, điện áp PV, điện dung thanh dẫn và độ tự cảm của bộ lọc theo công thức:
Ở đâu:
VPV là điện áp DC của tấm pin mặt trời.
Cbus là điện dung của tụ điện trên thanh dẫn.
L là độ tự cảm của các cuộn cảm lọc.
fPWM là tần số chuyển mạch.
Phương trình (1) áp dụng cho một tụ điện lý tưởng ngăn không cho dòng điện chạy qua tụ trong quá trình sạc và sau đó giải phóng năng lượng nằm trong điện trường mà không có điện trở. Trên thực tế, không có tụ điện nào là lý tưởng (Hình 4) mà được cấu tạo từ nhiều thành phần. Ngoài điện dung lý tưởng, chất điện môi không hoàn toàn có điện trở và một dòng rò nhỏ chảy từ cực dương đến cực âm dọc theo một điện trở shunt hữu hạn (Rsh), bỏ qua điện dung của chất điện môi (C). Khi dòng điện chạy qua tụ điện, các chân, lá kim loại và chất điện môi không dẫn điện hoàn hảo và có một điện trở nối tiếp tương đương (ESR) mắc nối tiếp với điện dung. Cuối cùng, tụ điện lưu trữ một số năng lượng trong từ trường, do đó có một điện cảm nối tiếp tương đương (ESL) mắc nối tiếp với điện dung và ESR.
Hình 4: Mạch tương đương của một tụ điện thông thường. Tụ điện làbao gồm nhiều thành phần không lý tưởng, bao gồm điện dung điện môi (C), điện trở shunt không vô hạn xuyên qua chất điện môi bỏ qua tụ điện, điện trở nối tiếp (ESR) và điện cảm nối tiếp (ESL).
Ngay cả trong một linh kiện tưởng chừng đơn giản như tụ điện, vẫn tồn tại nhiều thành phần có thể bị hỏng hoặc xuống cấp. Mỗi thành phần này đều có thể ảnh hưởng đến hoạt động của biến tần, cả ở phía AC và DC. Để xác định ảnh hưởng của sự xuống cấp của các linh kiện tụ điện không lý tưởng đến độ gợn sóng điện áp xuất hiện trên các đầu cực PV, một biến tần cầu H đơn cực PWM (Hình 2) đã được mô phỏng bằng SPICE. Các tụ lọc và cuộn cảm được giữ ở mức 250µF và 20mH tương ứng. Các mô hình SPICE cho IGBT được lấy từ công trình của Petrie et al. Tín hiệu PWM, điều khiển các công tắc IGBT, được xác định bởi một mạch so sánh và mạch so sánh đảo cho các công tắc IGBT phía cao và phía thấp tương ứng. Đầu vào cho điều khiển PWM là sóng mang hình sin 9,5V, 60Hz và sóng tam giác 10V, 10kHz.
- Giải pháp CRE
CRE là một doanh nghiệp công nghệ cao chuyên sản xuất tụ điện màng, tập trung vào ứng dụng trong lĩnh vực điện tử công suất.
CRE cung cấp giải pháp hoàn thiện về dòng tụ điện màng cho biến tần quang điện, bao gồm cả mạch liên kết DC, bộ lọc AC và mạch giảm xung.
Thời gian đăng bài: 01/12/2023
