인버터는 오늘날의 많은 인버터를 포함하는 대규모 정적 변환기 그룹에 속합니다.'s 장치는 다음을 수행할 수 있습니다.“전환하다”부하 요구 사항과 호환되는 출력을 생성하기 위해 전압 및 주파수와 같은 입력의 전기적 매개 변수.

일반적으로 인버터는 직류를 교류로 변환할 수 있는 장치이며 산업 자동화 응용 분야 및 전기 드라이브에서 매우 일반적입니다.주요 목적(DC-AC 변환)의 핵심이 동일하더라도 다양한 인버터 유형의 아키텍처와 설계는 각각의 특정 애플리케이션에 따라 변경됩니다.

1. 독립형 및 계통 연결형 인버터

광전지 응용 분야에 사용되는 인버터는 역사적으로 두 가지 주요 범주로 나뉩니다.

:독립형 인버터

:그리드 연결형 인버터

독립형 인버터는 PV 발전소가 주 에너지 분배 네트워크에 연결되지 않은 응용 분야에 사용됩니다.인버터는 연결된 부하에 전기 에너지를 공급할 수 있어 주요 전기 매개변수(전압 및 주파수)의 안정성을 보장합니다.이는 일시적인 과부하 상황을 견딜 수 있도록 미리 정의된 한도 내에서 유지합니다.이러한 상황에서는 일관된 에너지 공급을 보장하기 위해 인버터가 배터리 저장 시스템과 결합됩니다.

반면에 계통 연결형 인버터는 연결된 전기 계통과 동기화할 수 있습니다. 이 경우 전압과 주파수는 다음과 같습니다.“부과”메인 그리드로.이러한 인버터는 메인 그리드에 장애가 발생하는 경우 심각한 위험을 초래할 수 있는 메인 그리드의 역공급 가능성을 방지하기 위해 연결을 끊을 수 있어야 합니다.

그림 1 - 독립형 시스템 및 계통 연결 시스템의 예.이미지 제공: Biblus.

2. 버스 커패시터의 역할은 무엇입니까

인버터의 목적은 주어진 주파수와 작은 위상각으로 부하(예: 전력망)에 전력을 주입하기 위해 DC 파형 전압을 AC 신호로 변환하는 것입니다.ψ ≒0).단상 단극 펄스폭 변조(PWM)를 위한 단순화된 회로가 그림에 나와 있습니다.2 (동일한 일반 방식을 3상 시스템으로 확장할 수 있습니다.)이 회로도에서, 일부 소스 인덕턴스를 갖는 DC 전압 소스로 작동하는 PV 시스템은 환류 다이오드와 병렬로 연결된 4개의 IGBT 스위치를 통해 AC 신호로 형성됩니다.이러한 스위치는 일반적으로 반송파(일반적으로 원하는 출력 주파수의 사인파)와 상당히 높은 주파수의 기준파(일반적으로 삼각파)를 비교하는 IC의 출력인 PWM 신호를 통해 게이트에서 제어됩니다. 5-20kHz에서).IGBT의 출력은 LC 필터의 다양한 토폴로지를 적용하여 그리드 주입 또는 사용에 적합한 AC 신호로 형성됩니다.

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그림 2: 펄스 폭 변조(PWM) 단상인버터 설정.IGBT 스위치는 LC 출력 필터와 함께 DC 입력 신호를 사용 가능한 AC 신호로 변환합니다.이는PV 단자에 유해한 전압 리플이 발생합니다.버스이 리플을 줄이기 위해 커패시터의 크기를 조정합니다.

IGBT의 작동으로 인해 PV 어레이 단자에 리플 전압이 발생합니다.대부분의 전력을 추출하려면 단자에 적용되는 공칭 전압이 IV 곡선의 최대 전력점(MPP)에서 유지되어야 하기 때문에 이 리플은 PV 시스템의 작동에 해롭습니다.PV 단자의 전압 리플은 시스템에서 추출된 전력을 진동시켜 다음과 같은 결과를 초래합니다.

평균 전력 출력이 더 낮습니다(그림 3).전압 리플을 완화하기 위해 버스에 커패시터가 추가됩니다.

그림 3: PWM 인버터 방식에 의해 PV 단자에 발생하는 전압 리플은 적용된 전압을 PV 어레이의 최대 전력점(MPP)에서 벗어나게 합니다.이로 인해 어레이의 전력 출력에 리플이 발생하여 평균 출력 전력이 공칭 MPP보다 낮아집니다.

전압 리플의 진폭(피크 대 피크)은 다음에 따라 스위칭 주파수, PV 전압, 버스 정전 용량 및 필터 인덕턴스에 의해 결정됩니다.

어디:

VPV는 태양광 패널 DC 전압이고,

Cbus는 버스 커패시터의 커패시턴스이며,

L은 필터 인덕터의 인덕턴스이고,

fPWM은 스위칭 주파수입니다.

방정식 (1)은 충전 중에 전하가 커패시터를 통해 흐르는 것을 방지하고 저항 없이 전기장에 위치한 에너지를 방전하는 이상적인 커패시터에 적용됩니다.실제로 이상적인 커패시터는 없지만(그림 4) 여러 요소로 구성됩니다.이상적인 커패시턴스 외에도 유전체는 완벽하게 저항성이 없으며 작은 누설 전류가 유전체 커패시턴스(C)를 우회하여 유한 션트 저항(Rsh)을 따라 양극에서 음극으로 흐릅니다.커패시터를 통해 전류가 흐를 때 핀, 포일 및 유전체는 완벽하게 전도성이 아니며 정전용량과 직렬로 등가 직렬 저항(ESR)이 있습니다.마지막으로 커패시터는 자기장에 일부 에너지를 저장하므로 정전 용량 및 ESR과 직렬로 연결된 등가 직렬 인덕턴스(ESL)가 있습니다.

그림 4: 일반 커패시터의 등가 회로.커패시터는유전체 커패시턴스(C), 커패시터를 우회하는 유전체를 통한 무한하지 않은 션트 저항, 직렬 저항(ESR) 및 직렬 인덕턴스(ESL)를 포함한 많은 비이상적인 요소로 구성됩니다.

커패시터처럼 단순해 보이는 구성 요소에도 오류가 발생하거나 성능이 저하될 수 있는 여러 요소가 존재합니다.이러한 각 요소는 AC 및 DC 측 모두에서 인버터의 동작에 영향을 미칠 수 있습니다.이상적이지 않은 커패시터 부품의 저하가 PV 단자에 발생하는 전압 리플에 미치는 영향을 확인하기 위해 SPICE를 사용하여 PWM 단극 H 브리지 인버터(그림 2)를 시뮬레이션했습니다.필터 커패시터와 인덕터는 각각 250μF와 20mH로 유지됩니다.IGBT용 SPICE 모델은 Petrie 등의 연구에서 파생되었습니다. IGBT 스위치를 제어하는 PWM 신호는 각각 하이사이드 및 로우사이드 IGBT 스위치용 비교기 및 반전 비교기 회로에 의해 결정됩니다.PWM 제어를 위한 입력은 9.5V, 60Hz 사인 반송파와 10V, 10kHz 삼각파입니다.