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数字隔离的太阳能逆变器应用

來源: 电子发烧友 2020/1/9 流覽量:126 關鍵字: 数字隔离 太阳能 逆变器

光伏发电系统由多个部分组成,例如把光能转换成电能的光伏面板、机械、电气连接器、配件,以及把太阳能产生的电输送到电网过程中必不可少的太阳能逆变器等。

      光伏面板把太阳光转换成直流电,而为了使线路损耗最小化,并且将电能传输更远距离,直流电必须转换成高压交流电。太阳能光伏逆变器可以实现上述直流电到交流电的转换,是所有光伏发电系统中最关键的部分。然而,这仅仅是光伏逆变器的关键功能之一。

      光伏逆变器还具有电网断开能力,防止光伏发电系统给未连接的公共服务系统提供电源;也就是说,如果在电网断开期间,逆变器维持在线状态,或者在为不可靠的连接提供电源时,会引起光伏发电系统馈电本地公共服务系统中的变压器,并在公共服务系统电线上产生几千伏电压,将危及公共服务设备操作工人的安全。

      逆变器也用于补偿影响电能输出的环境因素。除此之外,逆变器还支持服务操作中手动和自动输入/输出断开、电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)传导和辐射抑制、接地故障中断、PC机兼容的通信接口等等。       
      如图1所示,单相光伏逆变器采用一个数字电源控制器和一对高压侧/低压侧(high-side/low-side)门驱动器来驱动脉冲宽度调制(PWM)的全桥转换器。全桥拓扑通常用于逆变器应用中,因为他是任何开关模式拓扑结构中承载能力最高的。参考图1A,PWM电压开关作用在全桥输出上产生一个离散的(尽管有些噪声)60Hz电流波形。高频噪声部分被滤波,并产生合适的低振幅60Hz正弦波,如图1B所示。滤波后的波形通过输出变压器传输,此变压器有三个功能:进一步平滑交流波形;调制电压振幅以满足特定电网需求;对逆变器的直流输入和高压交流电网进行电气隔离。

                                                                                                图1

      在设计光伏逆变器时必须要考虑到的一点是环境带来的影响,用于滤波的电解电容和用于光电隔离的光电耦合器不可能在高温或低温的环境下工作十年甚至二十年,所以需要采用先进的数字隔离器件来替代光电耦合器。

      图2所示为几个基于变压器和三相逆变器的数字隔离器件的应用设计电路。这是一个典型的闭环结构,数字控制器调节电源开关的占空比,迫使光伏发电系统输出电压的幅值和相位与电网需求精确匹配。隔离门驱动器在单一封装中集成电气隔离和高压侧电平转换功能,不需要外部隔离器件。每个驱动器输出与其他输出隔离,使正负电压输出可以混合使用,而不会产生闭锁效应。

                                                                                                                  图2

      反馈到控制器的电流由一个CMOS隔离交流电流感应器提供。此芯片感应器具有比电流感应变压器更宽的温度范围、更高精度及可靠性。该传感器在每个周期复位,由数字控制器产生的逆变器门控制信号产生周期信号,从而无需外部复位电路。电网反馈是系统反馈控制机制的重要组成部分。电阻衰减器用于降低电网电压到PWM调制器兼容的范围,把正弦波输入转换成一个离散的PWM波形,并且由CMOS数字隔离器安全隔离。

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