Инвертор напряжения и характеристики фотоэлектрической установки для ага

Решаемые вопросы при создании фотоэлектрической установки:

1. Исследование методов формирования синусоидального выходного напряжения инвертора с широтно-импульсным регулированием напряжения. Обеспечение точности поддержания выходного напряжения UH (±5%) и коэффициента гармоник KГ меньше 10% при изменении нагрузки от номинального значения до холостого хода;

2. Выбор напряжения АБ и СБ (низковольтный или высоковольтный вариант) на основе следующих показателей: отсутствие перенапряжений, габариты трансформатора, величина обратных токов через диоды, напряжение СБ с учетом расположения её на крыше дома для обеспечения безопасности и форма выходного напряжения. Исследовалось 8 вариантов схем инверторов;

3. Расчет и моделирование трансформатора инвертора с учётом нелинейности и гистерезисной характеристики сердечника силового трансформатора;

4. Исследование конструкции трансформатора инвертора, совмещающего функцию дросселя резонансного контура;

5. Расчёт параметров и технико-экономических характеристик инвертора.

Напряжение АБ и СБ выбиралось между 14 В и 220 В и инвертировалось в стандартное 220 В переменного тока с частотой 50 Гц и синусоидальной формой с искажением меньше K_Г(U_H) ≤ 10%. Результаты моделирования в среде Matlab – Simulink систем с разными номинальными напряжениями и типами инверторов позволяют выбрать напряжение АБ и СБ. Модель СБ состоит из управляемого источника тока РV 1 (рис. 4), подсоединённого к АБ через разделительный диод VD.

Когда солнечная панель заряжает аккумулятор до желаемого максимального напряжения, схема предупреждения перезаряда параллельно солнечной панели подключает нагрузочный транзистор VT, чтобы поглощать избыточную мощность солнечной панели. АБ защищена от перезаряда релейным регулятором, содержащим: задатчик опорного напряжения Constant, устройство сравнения напряжения Battery c Constant - sum block, усилитель ошибки регулятора Gain, релейный блок Relay, который управляет VT. При достижении напряжения заряда на АБ 14 В, СБ закорачивается ключом VT. Для согласования характеристик СБ и АБ напряжение СБ в точке максимальной мощности выбиралось равным максимальному зарядному напряжению АБ, 14 В. Шаг моделирования был выбран 2 *10⁻⁵s.

Рис. 4 – Схема моделирования ФЭУ в Simulink АБ для зарядки подсоединяется к РV1, в цепь АБ необходимо включать контроллер VM1 (Gain, Relay) для предупреждения перезаряда АБ.

В низковольтной схеме при U_АБ=10÷14 В используется силовой трансформатор (TV) для повышения напряжения до U_H=220 B. Коэффициент трансформации трансформатора .

Исследовался инвертор с прямоугольной формой выходного напряжения и регулированием выходного напряжения на частоте 50 Гц по принципу ШИР – широтно-импульсное регулирование. Синусоидальная форма напряжения на нагрузке обеспечивается параллельным резонансным LC контуром, подключенным к инвертору через трансформатор TV. Индуктивность L_П сглаживает потребляемый ток инвертора. Индуктивность L_H активно-индуктивной нагрузки с cosφ = 0,8 и параллельно включенный трансформатор TV c конденсатором C₂ образуют параллельный резонансный контур [1]. Нагрузка подключена к конденсатору C₂ и имеет синусоидальную форму напряжения с K_Г(U_H) ≤ 10%. При выборе U_АБ=220В отсутствует силовой трансформатор ТV, повышающий напряжение с 14 В до 220 В. В разных литературах приведены схемы однофазного инвертора и их методики расчёта использующиеся при создании ФЭУ. Формируются импульсы управления силовыми транзисторами таким образом, чтобы наиболее экономичным способом приблизить форму выходного напряжения и тока к синусоидальной форме. Чаше всего рекомендуется применять в системах с питанием от возобновляемых источников энергии инвертор. Выбор схемы проводился по критерию: надёжность, отсутствие перенапряжений на транзисторах, уровень пульсаций тока в системе и коэффициент нелинейных искажений KГ(UH) ≤ 10%.