Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электротехнические комплексы с фотоэлектрическими установками. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Следует отметить, что сетевой инвертор солнечной электростанции (солнечный инвертор) может выполнять все функции контроллера зарядаразряда.

К недостаткам контроллера заряда-разряда можно отнести неизбежность статических и динамических потерь энергии. Статические потери связаны с наличием сопротивления в контуре тока нагрузки: солнечная батарея – открытый силовой ключ (транзистор) – аккумуляторная батарея. Динамические потери связаны с коммутацией силовых ключей. Например, биполярные транзисторы с изолированным затвором характеризуются «токовым хвостом», т. е. каждый раз при «открывании» транзистора затрачивается энергия на заряд емкости затвора. Также регулирование контроллером скважности импульсов и питание батареи малым поддерживающим заряд током является намеренным уменьшением энергопотребления от солнечной батареи.

Лабораторная работа № 4

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ

АВТОНОМНОЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Цель работы: изучение работы автономной фотоэлектрической системы и её основных характеристик.

Порядок выполнения работы:

1. Ознакомиться с лабораторной установкой. Подготовить лабораторный стенд для снятия характеристик автономной фотоэлектрической системы. Для этого собрать схему согласно рис. 7.3 и представить её для проверки преподавателю.

Рис. 7.3. Структурная схема автономной

фотоэлектрической системы

2. Исследовать работу системы при изменении освещенности фото-

электрической

батареи и постоянном сопротивлении нагрузки, заданном

преподавателем.

Установить заданное значение сопротивления нагрузки. Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей. Представить схему для проверки преподавателю.

Включить электропитание стенда (выключатель «Питание»). Плавно увеличивая от минимума до максимума освещенность фотоэлектрической батареи с помощью регулятора освещённости, измерить входное напряжение Uвх и выходное напряжение UН блока регулирования и контроля,

напряжение на

аккумуляторной батарее U

ток блока регулирования (ток нагрузки) IН

. Результаты измерений занести в таблицу (табл. 7.2).

АКБ

, входной ток Iвх, выходной

АКБ

и ток аккумуляторной батареи

Таблица 7.2

Номер опыта 1 2 3 4

E1, Вт/м

E2, Вт/м2 E, Вт/м2

Uвх, В

Iвх, мА

Pвх, мВт

UН, В

IН, мА

PН, мВт

, В

АКБ

, мА

АКБ

, мВт

АКБ

КПД, %

Выключить электропитание. Вычислить: освещенность солнечной батареи Е = (Е1 + Е2)/2; поступающую на вход блока управления мощность Рвх; отдаваемую нагрузке мощность РН; мощность аккумуляторной батареи

; КПД блока управления

АКБ

 = (РН – Р

центах умножить на 100). Построить зависимости Uвх = (E), U

АКБ

= (E), I

= (Е), I

= (E), Pвх = (E), PН = (E), Р

АКБ

)/Рвх (для вычисления в про-

АКБ

= (E),  = (E).

вых

= (Е),

На графиках отметить точку, в которой ток аккумулятора меняет знак, и указать области, в которых аккумулятор работает в режимах заряда и разряда.

Примечание. Если блок регулирования и контроля неактивен (индикаторы не светятся, ток нагрузки и зарядный ток отсутствуют), тогда на панели «Автономная солнечная фотоэлектрическая система» следует отключить и затем включить выключатель «Питание».

3. Исследовать работу автономной солнечной системы при изменении

нагрузки и заданном значении освещенности фотоэлектрической батареи.

Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей. Представить схему для проверки преподавателю.

Включить электропитание стенда (выключатель «Питание»). Задать плотность потока излучения 300–350 Вт/м2.

Установить заданное значение освещенности фотоэлектрической батареи Е = (Е

+ Е2)/2.

Изменяя регулятором величину сопротивления наг-

рузки, измерять величины, указанные в табл. 7.3.

Номер опыта 1 2 3 4

Uвх, В

Iвх, мА

Pвх, мВт

UН, В

IН, мА

PН, мВт

, В

АКБ

, мА

АКБ

, мВт

АКБ

Таблица 7.3

КПД, %

Результаты измерений занести в таблицу (табл. 7.3). Выключить электропитание. Вычислить: мощность, поступающую на вход блока управления и контроля Рвх; мощность, отдаваемую нагрузке РН; мощность акку-

муляторной батареи Р

; КПД блока

АКБ

чётов построить зависимости: U

= (IН); Pвх = (IН); P

управления . По результатам рас-

= (IН);  = (IН).

4. Исследовать работу автономной солнечной системы при изменении положения солнечной батареи относительно источника излучения и заданных значениях освещенности и нагрузки. Расположить источник излучения и фотоэлектрическую батарею таким образом, чтобы лучи источника были направлены перпендикулярно плоскости модулей. Представить схему для проверки преподавателю.

Включить электропитание стенда (выключатель «Питание»). Задать плотность потока излучения 300–350 Вт/м2. Установить регулятор величины нагрузки в заданное положение. Изменять на одинаковый угол угловое положение модулей фотоэлектрической батареи и измерять величины, указанные в табл. 7.4.

Таблица 7.4

Номер опыта 1 2 3

φ, град

Uвх, В

Iвх, мА

Pвх, мВт

UН, В

IН, мА

PН, мВт

, В

АКБ

, мА

АКБ

, мВт

АКБ

КПД, %

Результаты измерений занести в таблицу (табл. 7.4). Выключить электропитание. Вычислить величины, указанные в табл. 7.4. По результатам расчетов построить зависимости UH = (φ), IH = (φ), Pвх = (IH), PH = (φ),

Pвх = (φ),  = (φ).

Рекомендуемая структура отчета:

– название лабораторной работы;

– цель лабораторной работы;

– схемы соединений элементов стенда для каждого эксперимента;

– результаты измерений, представленные в виде таблиц;

– результаты измерений, представленные в виде графиков;

– выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

1. Перечислите типы аккумуляторных батарей.

2. К каким негативным последствиям приводит перезаряд или пере-

разряд аккумуляторной батареи?

3. Перечислите типы контроллеров заряда-разряда.

4. За счет чего возникают потери энергии в контроллере заряда-

разряда?

Инвертор – устройство, преобразующее постоянное напряжение в переменное или наоборот (рис. 8.1).

СЕТЕВЫЕ ИНВЕРТОРЫ

Рис. 8.1. Обозначение инвертора

на структурной схеме

Инверторы можно классифицировать на автономные и неавтономные (ведомые). Автономный инвертор поддерживает значения амплитуды, фазы, частоты напряжения в изолированной электросистеме, не имеющей других источников питания. Например, такой электросистемой может оказаться изолированная система электроснабжения жилого дома, расположенного в тайге, без возможности подключения к внешней сети. Ведомые инверторы повторяют значения амплитуды, фазы, частоты напряжения внешней сети, т. е. работают параллельно с сетью. Инверторы, которые совмещают в себе функции автономной работы и работы параллельно с внешней сетью, являются гибридными. В области распределенных источников энергии, в частности возобновляемых источников энергии (ВИЭ) (солнечные электростанции и т. п.), такие инверторы получили название сетевых инверторов.

На рисунке показана упрощенная структурная схема включения сетевого инвертора на параллельную работу с внешней сетью (рис. 8.2).

Рис. 8.2. Структурная схема подключения источника постоянного напряжения

через инвертор к прилегающей сети

Инвертор выделен штриховой линией и состоит из входного фильтра, преобразователя, выходного фильтра. Система управления инвертора включает канал обратной связи по амплитуде, фазе и частоте напряжения в точке питания потребителей. Эти параметры передаются в блок системы автоматического управления (САУ). Преобразователь содержит силовые ключи. В качестве силовых ключей используются тиристоры или биполярные транзисторы с изолированным затвором. САУ осуществляет коммутацию силовых ключей для получения на выходе преобразователя синусоидального напряжения. Параметры напряжения в точке питания потребителей используются САУ для автоматической коррекции. При помощи пульта оператора в САУ могут изменяться законы управления, например статизм по напряжению или частоте. Входной фильтр (или звено постоянного тока) предназначен для снижения уровня пульсаций входного напряжения инвертора. Выходной фильтр предназначен для улучшения показателей качества электроэнергии на выходе инвертора (фильтрация

гармоник) [6]. В качестве источника постоянного напряжения может выступать источник переменного напряжения, включенный через выпрямитель, например газотурбинная установка безредукторного исполнения с частотой вращения 5000 оборотов в минуту или ветрогенератор. Следует отметить, что многие ВИЭ обладают стохастическим характером выработки электроэнергии, поэтому используются с накопителем электроэнергии, например аккумуляторной батареей.

На рис. 8.2 показано объединение потребителей энергорайона по шине переменного тока. Такой подход позволяет интегрировать ВИЭ в существующую систему централизованного электроснабжения, которая обозначена на схеме как ЭС. Следует отметить, что повышение устойчивости работы систем со значительным количеством генерирующих установок инверторного включения может быть достигнуто при их объединении по шине постоянного тока, а не переменного, как показано на рис. 8.2.

Сетевые инверторы обеспечивают возможность перехода энергорайона с ВИЭ в островной режим, т. е. автономный от внешней сети. Например, при аварии в прилегающей к энергорайону с ВИЭ сети возник значительный переток мощности и напряжение в контролируемых точках понизилось на 15 %. Тогда для сохранения устойчивости режима работы потребителей энергорайон отделяется от прилегающей сети.

КПД сетевых инверторов составляет порядка 90 %. Потери энергии в инверторе можно разделить на динамические и статические [7]. Статические потери связаны с наличием сопротивления в контуре тока нагрузки: источник питания – открытый силовой ключ (тиристор или транзистор) – нагрузка. Динамические потери возникают при коммутации силовых ключей.

При использовании в инверторе тиристоров динамические потери возникают из-за процесса восстановления запирающих свойств силовых ключей (заряд обратного восстановления).

При использовании в инверторе биполярных транзисторов с изолированным затвором динамические потери обусловлены емкостью затвора. Биполярные транзисторы с изолированным затвором характеризуются «токовым хвостом», т. е. каждый раз при «открывании» транзистора затрачивается энергия на заряд емкости затвора. Поэтому чем больше амплитуда управляющего импульса от САУ и их частота, тем больше динамические потери на транзисторах.

Сетевые инверторы в системах электроснабжения с распределенными источниками энергии на основе ВИЭ оказывают значительное влияние на переходные процессы, режим работы и уставки устройств релейной защиты и автоматики прилегающей сети.

Традиционные источники на основе синхронной генерации более инерционны. Это связано с невозможностью мгновенно изменить кинетическую энергию вращающихся масс на валу синхронного генератора, например когда в качестве первичного двигателя используется одновальная турбина. Инвертор же может изменять выходную мощность мгновенно при сигнале от САУ. Поэтому переходные процессы в электросистемах с генерирующими установками инверторного включения протекают значительно быстрее.

Технологические защиты инвертора ограничивают превышение выходного тока инвертора не более чем на 40 % при длительности перегрузки не более 100 секунд. Такие уставки накладывают ограничение на возможность пуска крупных двигателей, на селективность устройств релейной защиты [8]. Например, при возникновении короткого замыкания в течение единиц миллисекунд инвертор будет отключен защитой по выходному току, а устройства релейной защиты с выдержкой времени не успеют отработать.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 97 8 9 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]