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태양광 인버터의 원리와 응용

현재 중국의 태양광 발전 시스템은 주로 DC 시스템으로 태양 전지에서 생성된 전기 에너지를 충전하고 배터리가 부하에 직접 전력을 공급합니다. 예를 들어, 중국 북서부의 태양열 가정용 조명 시스템과 그리드에서 멀리 떨어진 마이크로파 스테이션 전원 공급 시스템은 모두 DC 시스템입니다. 이러한 유형의 시스템은 구조가 간단하고 비용이 저렴합니다. 그러나 부하 DC 전압(예: 12V, 24V, 48V 등)이 다르기 때문에 대부분의 AC 부하가 DC 전원과 함께 사용되기 때문에 특히 민간 전력의 경우 시스템의 표준화 및 호환성을 달성하기 어렵습니다. . 태양광발전은 전력을 공급해 상품으로 시장에 진입하기 어렵다. 또한 태양광 발전은 결국 그리드 연결 운영을 달성할 것이며 이는 성숙한 시장 모델을 채택해야 합니다. 미래에는 AC 태양광 발전 시스템이 태양광 발전의 주류가 될 것입니다.

인버터 전원 공급을 위한 태양광 발전 시스템의 요구 사항.

AC 전원 출력을 사용하는 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이, 충방전 컨트롤러, 배터리 및 인버터(계통 연결 발전 시스템은 일반적으로 배터리를 절약할 수 있음)의 4개 부분으로 구성되며 인버터가 핵심 구성 요소입니다. 태양광은 인버터에 대한 요구 사항이 더 높습니다.


1. 고효율이 요구된다. 현재 태양전지의 높은 가격으로 인해 태양전지의 활용을 극대화하고 시스템 효율을 향상시키기 위해서는 인버터의 효율을 높이는 노력이 필요하다.

2. 높은 신뢰성이 요구된다. 현재 태양광 발전 시스템은 주로 오지에서 사용되며 많은 발전소가 무인 유지 보수됩니다. 이를 위해서는 인버터가 합리적인 회로 구조와 엄격한 부품 선택을 필요로 하며 인버터에는 입력 DC 극성 연결 보호, AC 출력 단락 보호, 과열, 과부하 보호 등과 같은 다양한 보호 기능이 있어야 합니다.

3. DC 입력 전압은 적응의 폭이 넓어야 합니다. 배터리의 단자 전압은 부하와 태양광의 세기에 따라 변화하기 때문에 배터리는 배터리 전압에 중요한 영향을 미치지만 배터리 잔량 및 내부 저항의 변화에 ​​따라 배터리 전압이 변동합니다. 특히 배터리가 노후화되면 단자 전압이 크게 변합니다. 예를 들어, 12V 배터리의 단자 전압은 10V에서 16V까지 다양할 수 있습니다. 이를 위해서는 인버터가 더 큰 DC에서 작동해야 합니다. 입력 전압 범위 내에서 정상 작동을 확인하고 AC 출력 전압의 안정성을 보장합니다.

4. 중대용량 태양광 발전 시스템에서 인버터 전원 공급 장치의 출력은 왜곡이 적은 사인파여야 합니다. 중대형 시스템에서 구형파 전력을 사용하면 출력에 더 많은 고조파 성분이 포함되고 더 높은 고조파가 추가 손실을 생성하기 때문입니다. 많은 태양광 발전 시스템에는 통신 또는 계측 장비가 탑재되어 있습니다. 장비는 전력망의 품질에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 중대용량 태양광 발전 시스템이 계통에 연결되면 공공 계통과의 전력 오염을 피하기 위해 인버터도 사인파 전류를 출력해야 합니다.

인버터는 직류를 교류로 변환합니다. 직류 전압이 낮으면 교류 변압기에 의해 승압되어 표준 교류 전압과 주파수를 얻습니다. 대용량 인버터의 경우 높은 DC 버스 전압으로 인해 AC 출력은 일반적으로 전압을 220V로 높이기 위해 변압기가 필요하지 않습니다. 중소형 인버터의 경우 DC 전압이 12V와 같이 상대적으로 낮으므로 24V의 경우 승압 회로를 설계해야 합니다. 중소용량 인버터에는 일반적으로 푸시풀 인버터 회로, 풀 브리지 인버터 회로 및 고주파 부스트 인버터 회로가 있습니다. 푸시 풀 회로는 부스트 트랜스포머의 중성 플러그를 양극 전원 공급 장치에 연결하고 두 개의 전원 튜브를 교대로 작동하고 AC 전원을 출력합니다. 전원 트랜지스터가 공통 접지에 연결되어 있기 때문에 드라이브 및 제어 회로가 간단하고 변압기에는 특정 누설 인덕턴스가 있으므로 단락 전류를 제한하여 회로의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다. 단점은 변압기 활용도가 낮고 유도 부하를 구동하는 능력이 좋지 않다는 것입니다.
풀 브리지 인버터 회로는 푸시풀 회로의 단점을 극복합니다. 파워 트랜지스터는 출력 펄스 폭을 조정하고 이에 따라 출력 AC 전압의 실효값이 변경됩니다. 회로에 프리휠링 루프가 있기 때문에 유도성 부하의 경우에도 출력 전압 파형이 왜곡되지 않습니다. 이 회로의 단점은 위팔과 아래팔의 파워트랜지스터가 접지를 공유하지 않기 때문에 전용 구동회로나 절연된 전원을 사용해야 한다는 점이다. 또한, 상부 브리지 암과 하부 브리지 암의 공통 도통을 방지하기 위해 회로를 껐다가 켜도록 설계해야 하며, 즉 데드 타임을 설정해야 하고 회로 구조가 더 복잡하다.


푸시풀 회로 및 풀 브리지 회로의 출력은 승압 변압기를 추가해야 합니다. 승압 변압기는 크기가 크고 효율이 낮고 더 비싸기 때문에 전력 전자 및 마이크로 전자 기술의 발전으로 고주파 승압 변환 기술을 사용하여 역전을 달성하여 고전력 밀도 인버터를 실현할 수 있습니다. 이 인버터 회로의 전단 부스트 회로는 푸시 풀 구조를 채택하지만 작동 주파수는 20KHz 이상입니다. 부스트 변압기는 고주파 자기 코어 재료를 채택하여 크기가 작고 무게가 가볍습니다. 고주파 반전 후 고주파 변압기를 통해 고주파 교류로 변환한 후 고주파 정류기 필터 회로를 통해 고전압 직류(일반적으로 300V 이상)를 얻은 후 전력 주파수 인버터 회로.

이 회로 구조를 사용하면 인버터의 전력이 크게 향상되고 인버터의 무부하 손실이 그에 따라 감소되며 효율이 향상됩니다. 회로의 단점은 위의 두 회로보다 회로가 복잡하고 신뢰성이 낮다는 점이다.

인버터 회로의 제어 회로

상술한 인버터의 주회로는 모두 제어회로로 구현되어야 한다. 일반적으로 두 가지 제어 방법이 있습니다. 구형파와 양의 및 약한 파입니다. 구형파 출력의 인버터 전원 공급 회로는 간단하고 비용이 저렴하지만 효율이 낮고 고조파 성분이 큽니다. . 사인파 출력은 인버터의 발전 추세입니다. 마이크로일렉트로닉스 기술의 발달로 PWM 기능을 가진 마이크로프로세서도 나왔다. 따라서 사인파 출력을 위한 인버터 기술이 성숙했습니다.


1. 구형파 출력이 있는 인버터는 현재 SG 3 525, TL 494 등과 같은 펄스 폭 변조 집적 회로를 주로 사용합니다. 실습을 통해 SG3525 집적 회로를 사용하고 전력 FET를 스위칭 전력 구성 요소로 사용하면 상대적으로 고성능 및 가격 인버터를 달성할 수 있음이 입증되었습니다. SG3525는 power FET Capability를 직접 구동할 수 있는 능력이 있고 내부 기준 소스와 연산 증폭기 및 저전압 보호 기능을 가지고 있기 때문에 주변 회로가 매우 간단합니다.

2. 사인파 출력이 있는 인버터 제어 집적 회로, 사인파 출력이 있는 인버터의 제어 회로는 INTEL Corporation에서 생산하고 Motorola Company에서 생산하는 80 C 196 MC와 같은 마이크로 프로세서로 제어할 수 있습니다. MP 16 및 PI C 16 C 73은 MI-CRO CHIP Company 등에서 생산됩니다. 이러한 단일 칩 컴퓨터에는 다중 PWM 발생기가 있으며 상부 및 상부 브리지 암을 설정할 수 있습니다. 데드 타임 동안 INTEL 회사의 80C 196MC를 사용하여 사인파 출력 회로를 구현하고 80C 196MC를 사용하여 사인파 신호 생성을 완료하고 AC 출력 전압을 감지하여 전압 안정화를 달성합니다.

인버터 주회로의 전원장치 선정

인버터의 주전원 구성요소의 선택은 매우 중요합니다. 현재 가장 많이 사용되는 전력 부품에는 달링턴 전력 트랜지스터(BJT), 전력 전계 효과 트랜지스터(MOS-F ET), 절연 게이트 트랜지스터(IGB)가 포함됩니다. T) 및 턴오프 사이리스터(GTO) 등 소용량 저전압 시스템에서 가장 많이 사용되는 소자는 MOS FET입니다. MOS FET는 온 상태 전압 강하가 낮고 IG BT의 스위칭 주파수가 일반적으로 높기 때문입니다. 고전압 및 대용량 시스템에 사용됩니다. 이는 MOS FET의 온 상태 저항이 전압 증가에 따라 증가하고, 중용량 시스템에서는 IG BT가 더 큰 이점을 차지하고, 초대용량(100kVA 이상) 시스템에서는 일반적으로 GTO가 사용되기 때문입니다. 전원 구성 요소로.

기본 정보
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