Funktionsprinzip des Solar-Grid-Tie-Wechselrichters

Zusätzlich zur DC-AC-Umwandlungsfunktion verfügt der Solar-Netzkopplungswechselrichter auch über die MPPT-Funktion des Solarzellen-Arrays und verschiedene Schutzfunktionen. Das Solarzellen-Array liefert über einen Sinuswellen-PWM-Wechselrichter Strom an das Stromnetz. Die vom Solar-On-Grid-Wechselrichter an das Stromnetz gesendete Leistung wird durch die Leistung des Solarzellen-Arrays und die lokalen Sonnenscheinbedingungen der jeweiligen Zeit bestimmt. Mittlerweile ist die Wechselrichtertechnologie sehr ausgereift und der Hauptschaltkreis des Wechselrichters ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Der Betriebsschaltkreis des netzgekoppelten Solar-PV-Systems ist in Abbildung 2 dargestellt. V _p bedeutet die Ausgangsspannung des netzgekoppelten Solarwechselrichters. V _u bedeutet die Netzspannung. R bedeutet den Drahtwiderstand und L bedeutet die Seriendrossel. Mit I _z ist der Strom gemeint, der ins Netz zurückgespeist wird. Um sicherzustellen, dass der Leistungsfaktor des Rückkopplungsstroms immer 1 beträgt, müssen die Phase des Rückkopplungsstroms und die Netzspannung konsistent sein. Wenn man sich auf die Gitterspannung von V _u bezieht, müssen die Phasen von I _z und V _u konsistent sein. V _R , die Spannung an zwei Anschlüssen des Innenwiderstands R, muss mit der Spannung des Stromnetzes übereinstimmen. Darüber hinaus ist die Phase von V _L , der Spannung an zwei Anschlüssen der Drossel, niedriger als die Spannung V _R . Die Phase und Amplitude von V _P können nach folgender Formel berechnet werden:

V _p = I _z x (R + ωL) + V _u

In der Formel: ω bezieht sich auf die Kreisfrequenz des Versorgungsnetzes.

Im eigentlichen Kreislauf von Bei einem Solarnetz-Wechselrichter werden Phase, Periode und Amplitude von V _u vom Spannungssensor erfasst. Da es schwierig ist, den R-Wert im tatsächlichen System zu ermitteln, muss die Phase des Rückkopplungsstroms I _z durch die negative Stromrückkopplung ermittelt werden. Der Phasenwinkel des Rückspeisestroms I _z wird anhand der Phase des öffentlichen Stromnetzes ermittelt. Der I _z muss von Zeit zu Zeit vom Stromwandler erfasst werden, um sicherzustellen, dass I _z mit der Netzspannung übereinstimmt. Auf diese Weise kann die Rückkopplungsleistungserzeugung mit dem Leistungsfaktor 1 realisiert werden.

Der Mikroprozessor wird hauptsächlich zum Testen der Spannungsphase in Echtzeit, zur Rückmeldung und Steuerung der Stromphase, zur Verfolgung der maximalen Leistung der Solarzellenanordnung und zur Verfolgung des Sinuswellen-PWM-Signals in Echtzeit verwendet. Sein Arbeitsablauf ist wie folgt: Über den Hall-Spannungssensor werden Spannung und Phase des Versorgungsnetzes an den A/D-Wandler des Mikroprozessors gesendet. Anschließend vergleicht der Mikroprozessor die Phase des Rückkopplungsstroms und die Phase der Spannung des öffentlichen Stromnetzes. Das Fehlersignal wird durch PID angepasst und dann an den Pulsweitenmodulator (PWM) gesendet. Auf diese Weise ist der Rückspeisevorgang der Leistung mit Leistungsfaktor 1 abgeschlossen. Eine weitere Hauptfunktion des Mikroprozessors besteht darin, die maximale Leistungsabgabe der Solarzellenanordnung zu realisieren. Die Ausgangsleistung des Solarzellen-Arrays kann berechnet werden, indem die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom des Solarzellen-Arrays separat durch den Spannungs- und Stromsensor erfasst werden und diese beiden erfassten Werte dann multipliziert werden. Anschließend soll das Tastverhältnis des PWM-Ausgangs berechnet werden. Dies dient eigentlich dazu, die Rückkopplungsspannung anzupassen, um die optimierte maximale Leistung zu erhalten.

Anhand von Abbildung 2 lässt sich erkennen, dass sich bei einer Änderung der _Vp- Amplitude auch der Phasenwinkel φ zwischen dem Rückkopplungsstrom des Solar-Netzwechselrichters und der Netzspannung ändert. Da die Rückkopplungssteuerung der aktuellen Phase realisiert wird, wird die Entkopplungssteuerung von Phase und Amplitude realisiert, was die Prozessarbeit des Mikroprozessors vereinfacht. Darüber hinaus muss auch der Betriebsstatus der netzgebundenen Solar-PV-Anlage im ausgeschalteten Zustand berücksichtigt werden. Wenn in der gemeinsamen netzgekoppelten Solar-PV-Anlage die Stromversorgung des öffentlichen Stromnetzes unterbrochen wird, funktioniert der Solar-Netzgekoppelte Wechselrichter nicht mehr.

Das Funktionsprinzip: Wenn die Stromversorgung des öffentlichen Stromnetzes unterbrochen wird, bleibt die Netzseite im Kurzschlusszustand. Zu diesem Zeitpunkt beginnt der netzgebundene Solarwechselrichter aufgrund des Überlastungsproblems mit der Eigenproduktion. Wenn der Mikroprozessor eine Überlastsituation erkennt, blockiert er das SPWM-Signal und löst den mit dem Stromnetz verbundenen Leistungsschalter aus. Wenn die Solarzellenanordnung Energie abgeben kann, arbeitet der netzgebundene Solarwechselrichter separat und kann leicht gesteuert werden. Es muss lediglich der negative Rückkopplungsstatus der Wechselspannung bekannt sein. Der Mikroprozessor erkennt die Ausgangsspannung des Solar-Netzkopplungswechselrichters und vergleicht sie mit der Referenzspannung (normalerweise 220 V). Anschließend wird das Tastverhältnis des PWM-Ausgangs gesteuert, um einen invertierenden und stabilen Spannungsbetrieb zu realisieren.

Voraussetzung für einen stabilen Spannungsbetrieb ist, dass das Solarzellenfeld zu diesem Zeitpunkt ausreichend Strom liefern kann. Wenn die Last zu hoch ist oder die Sonneneinstrahlung schlecht ist, kann der Solar-in-Grid-Wechselrichter nicht genügend Leistung abgeben und die Klemmenspannung der Solarzellenanordnung sinkt. Dann wird die Ausgangs-Wechselspannung verringert, was zu einem Unterspannungsschutzstatus führt. Wenn die Stromversorgung des Netzes wieder normal ist, wechselt es automatisch in den Rückkopplungsstatus.