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借助隔离技术将太阳能光伏发电系统整合于智能电网

来源:陕西长开电气有限公司

发布时间:2017-05-27 17:20

太阳能光伏 (PV) 逆变器转换来自太阳能电池板的电能并高效地将其部署到公用电网中。来自太阳能电池板的直流电(类似于直流电流源)会被转换成交流,并以正确的相位关系馈送到公用电网上,效率高达98%。PV逆变器转换过程可以分为一级或多级。


第 1 级通常为从构成太阳能电池板的低电压高电流太阳能电池到与电网交流电压兼容的高电压低电流水平的DC/DC转换。根据具体拓扑结构,如果直流端以串联方式连接有足够多的太阳能电池,那么可能无需该级,便可确保所有负载条件下均具有稳定的高电压。


在第 2级中,通常利用H桥拓扑结构将直流转换成交流。PV逆变器设计可能会使用中性点箝位(NPC)等H桥变体来提高功效,并降低系统无功功率。


早期太阳能PV逆变器只是将电能转储到公用电网的模块。较新设计则强调安全性、智能电网整合并削减成本。设计人员正在考虑采用现有太阳能逆变器模块中未使用的新技术来改善性能和降低成本。


一个关键因素是基于计算机的仪器仪表和控制,但必须使用隔离栅来保护测量和计算电路,使其不受功率处理电路以及开关所引起的瞬态信号影响。本文将讨论iCoupler® 隔离技术 如何利用ADI公司的隔离式模数转换器(ADC)和栅极驱动器来降低太阳能PV逆变器的成本、增加智能电网整合度并提高其安全性。


智能电网


什么是智能电网? IMS Research将智能电网定义为“一种自身能够高效匹配和管理发电和用电并可最大程度地利用各种可用资源的公用供电基础设施”。这意味着新一代太阳能PV逆变器需要更加智能,以便与智能电网连接,尤其是处理多个来源供电大于电网所需电能时出现的不平衡情况。因此,PV系统智能需要重点关注电网整合,其中贡献系统电能的每个方面必须相互配合,以稳定电网,而不是简单地开环供电。电网整合要求更好地对馈入电网的电能进行测量、控制和质量分析。此外,新指令和更高的技术要求也需要新技术。


因此,智能电网整合的一项重要局部特性可能是储能,即通过将不需要的电能储存起来供高峰时段使用,从而减少电网中的湍流。本文余下部分将重点讨论电气隔离在保护仪器仪表电路(用于测量和控制来源、互连和储能元件)上的作用,并首要强调iCoupler技术的重要作用。具体而言,AD7401A隔离式ADC和ADuM4223隔离式栅极驱动器可提供满足新型太阳能PV逆变器设计要求的性能。


隔离技术


在iCoupler技术中,变压器会在两个单独供电的电路之间耦合数据,同时避免这两个电路之间存在任何电流连接。变压器采用晶圆级工艺直接在片内制造。位于镀金层下方的高击穿电压聚酰亚胺层将上方线圈与下方线圈隔离开来。利用1 ns脉冲编码的输入逻辑转换送至变压器的原边。从一个变压器线圈耦合到另一个变压器线圈的脉冲由变压器副边上的电路来检测。


隔离式ADC


图2显示的是一对与简介中所述类似的太阳能PV逆变器。它们接到与电网相连的电源总线,可以单独地进行测量和开关。每个太阳能电池板均连接到其DC/DC升压电路,然后连接到DC/AC逆变器。(使用时,储能电池的连接和开关均受控制。为了简便起见,本文忽略了关于储能的所有讨论内容。)

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