當太陽能電池板所產(chǎn)生的電能反饋回電網(wǎng)時,可以采用兩種連接方式:一是將太陽能電池組件與逆變器連接,經(jīng)變壓器接入電網(wǎng)(見圖1);二是將逆變器直接與電網(wǎng)連接,不使用變壓器(無變壓器系統(tǒng))(見圖2)。
另外一個解決方案是不將電能送進電網(wǎng),而是用于對自動化裝置的電池進行充電。這就是“離網(wǎng)”。對于偏僻建筑的應用,例如澳大利亞、加拿大或第三世界國家村莊,以及路標和地下照明等。
現(xiàn)在,市場上已有500W到10kW功率的太陽能逆變器,甚至還有高達500kW的太陽能裝置,例如大型體育館地下停車場的照明系統(tǒng)使用壽命可長達20年。兩種類型的系統(tǒng)(有變壓器和無變壓器)均可提供一個單相輸出(用于較小功率系統(tǒng))或三相輸出(用于大功率系統(tǒng)),這取決于電網(wǎng)和電力裝置。
根據(jù)系統(tǒng)設計目的不同(包括尺寸、重量、穩(wěn)固性、與電網(wǎng)的電氣分離、價格、效率和損失),現(xiàn)在大多使用兩種或三種不同的逆變器。為了提高效率和保護性能,對所有類型太陽能逆變器內(nèi)的電流進行測量是很重要的。
由于無變壓器的設計不會產(chǎn)生電能損失,因此是最有效的類型。在這種配置中,有時在光伏(PV)方陣和逆變器(DC/AC)之間使用一臺升壓轉(zhuǎn)換器將組件的電壓轉(zhuǎn)換成逆變器的輸入電壓。
通常采用最大功率點跟蹤(MPPT)組件來確保方陣工作在最大功率運行水平。通過使用具有跟蹤功能的電流和電壓傳感器,應用一種特殊軟件算法和專用電子元件一起來控制電池板(電池)的工作點。一般來說,一臺電流傳感器可用于測量單相輸出(供到電網(wǎng)的電流),而另一臺傳感器可用于測量輸入直流電流(10～25A)。在三相輸出的情況下,兩臺傳感器可用于測量三相輸出的交流電流。接入電網(wǎng)的DC/AC逆變器是一臺將直流轉(zhuǎn)換為正弦波的全橋逆變器。
流入電網(wǎng)的逆變器輸出電流(15～50A)由一臺傳感器進行測量,以便反饋至控制器進行正弦波脈寬調(diào)制(PWM)控制?？刂破髦饕诠┯?5V電壓并與電子控制系統(tǒng)其他有源元件共享基準電壓的微處理器或DSP(數(shù)字信號處理器)。LEM公司的HMS電流傳感器通過一個+5V電源來運行，其內(nèi)部基準電壓(2.5V)由一個單獨的端子提供,允許通過DSP或微處理器輕松使用傳感器。但是,傳感器還能接受來自這些相同DSP的外部基準電壓(2～2.8V),并從這些DSP上獲得其自身基準電壓。控制系統(tǒng)所有電子元件之間的這種用法使得整個應用效率更高(錯誤計算中的基準漂移消除)。HMS電流傳感器非常適合太陽能逆變器所需要的所有電流測量。
電流傳感器可用于峰值電流檢測，用于真實值與設定點的對比。逆變器還在控制輸出頻率的系統(tǒng)中使用電流傳感器。實際上，無論頻率何時移出預選范圍，逆變器都會停止運行一段時間(小于2s)。
由于在電網(wǎng)上(交流側(cè))需要不能超出的低直流值,因此偏移和溫度漂移必須盡可能最好。對電網(wǎng)連接的另一個要求是不能將直流電流接入電網(wǎng)。由傳感器偏移或IGBT通信產(chǎn)生的直流電流可能會影響電網(wǎng)正常運行。該電流可能會使變壓器產(chǎn)生飽和,這樣會使網(wǎng)絡產(chǎn)生更多損失和更多諧波。對于無變壓器配置,這不是個大問題。
盡管各國對直流電流都有不同的接受值，但是共同要求都是標稱輸出電流的0.5%或1%，或者在一些國家是一個限定值(英國為20mA、德國和比利時、荷蘭、盧森堡為1A、日本為100mA、中國和美國為50mA)。如果直流電流大于這個限定值，則必須將系統(tǒng)與電網(wǎng)斷開。對于是否需要測量直流電流或只是檢測臨界值，現(xiàn)在還沒有清晰的界定。
在未來的太陽能設計中,該電流可能會予以補償,直流元件會通過測量交流電流的平均值來計算。因此,逆變器控制環(huán)路中所使用的電流傳感器直流偏移應該盡可能的低。直流偏移可導致網(wǎng)絡分配變壓器產(chǎn)生飽和。為了減小這個直流偏移,目前一些公司正在開發(fā)新的逆變器拓撲技術(shù)。
HMS電流傳感器可用于諸如電力逆變器(太陽能、風力等)等工業(yè)場合以及家用電器、變速驅(qū)動器、UPS、開關(guān)電源(SMPS)和空調(diào),使這些設備的效率更高。
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