PL229067B1 - Układ przekształtnika DC/DC/AC - Google Patents

Układ przekształtnika DC/DC/AC

Info

Publication number
PL229067B1
PL229067B1 PL412104A PL41210415A PL229067B1 PL 229067 B1 PL229067 B1 PL 229067B1 PL 412104 A PL412104 A PL 412104A PL 41210415 A PL41210415 A PL 41210415A PL 229067 B1 PL229067 B1 PL 229067B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
converter
filter
bridge
voltage
voltage converter
Prior art date
Application number
PL412104A
Other languages
English (en)
Other versions
PL412104A1 (pl
Inventor
Marcin LIS
Marcin Lis
Original Assignee
Spirvent Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Spirvent Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia filed Critical Spirvent Spolka Z Ograniczona Odpowiedzialnoscia
Priority to PL412104A priority Critical patent/PL229067B1/pl
Priority to PCT/PL2016/050014 priority patent/WO2016171575A1/en
Priority to EP16732784.0A priority patent/EP3286826A1/en
Publication of PL412104A1 publication Critical patent/PL412104A1/pl
Publication of PL229067B1 publication Critical patent/PL229067B1/pl

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/14—Arrangements for reducing ripples from dc input or output
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381—Dispersed generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/44—Circuits or arrangements for compensating for electromagnetic interference in converters or inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20—The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22—The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24—The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584—Bidirectional converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest układ przekształtnika DC/DC/AC, przekształcającego energię z Odnawialnych Źródeł Energii (OZE), w szczególności z paneli fotowoltaicznych, które wykazują pojemności pasożytnicze, do jednofazowej sieci elektroenergetycznej.
Za pomocą paneli fotowoltaicznych (PV) można przekształcać energię promieniowania świetlnego na energię elektryczną. W tym aspekcie PV można potraktować jako źródło nieregulowanego napięcia stałego z ograniczeniem prądowym. Energię z PV można zużywać na własne potrzeby w postaci bezpośredniej, bez obróbki (np. bezpośrednio na grzałkę), można ją magazynować ładując akumulatory lub oddawać do sieci elektroenergetycznej. PV charakteryzuje się dużą powierzchnią, co w niektórych przypadkach może prowadzić do wytworzenia się pojemności pomiędzy panelami fotowoltaicznymi a ziemią. Pojemność ta, rzędu 150-750 pF dla mocy 3 kW, nie wydaje się być duża. Jeżeli jednak uwzględni się zjawiska, które występują w urządzeniach przetwarzających energię elektryczną, istnienie tej pojemności powoduje zamkniętą drogę dla przepływu prądu o określonych częstotliwościach, a co za tym idzie, potencjalną możliwość porażenia człowieka lub uszkodzenia mienia (co może prowadzić nawet do zaprószenia ognia i wywołania pożaru). Schemat blokowy układu klasycznego przekształtnika DC/DC/AC znanego ze stanu techniki, przekształcającego energię z Odnawialnych Źródeł Energii (OZE), przedstawiono na fig. 1.
Istnienie pojemności upływu powoduje powstanie co najmniej dwóch dróg, pomiędzy którymi może płynąć tak zwany prąd upływu (ang. residual current; leakage current; ilckg). Przyczyną powstawania tego prądu są zakłócenia na szynie DC. W idealnym przypadku, gdy napięcie na DClink jest stałe, żaden prąd nie płynie (pojemność PV jest traktowana jako przerwa w obwodzie). Jednak gdy napięcie oscyluje na DClink, pojemność stanowi reaktancję, czyli umożliwia przepływ prądu przemiennego. W takim układzie pojawiają się zakłócenia wynikające z kilku czynników. Po pierwsze na DClink pojawiają się tętnienia spowodowane współpracą z siecią jednofazową, wynoszące ok. 100 Hz. Za sprawą przełączeń tranzystorów w blokach DC/DC oraz DC/AC generowane są zakłócenia wysokoczęstotliwościowe. O ile składowe wysokoczęstotliwościowe (większe niż 50 kHz) będą eliminowane przez filtr EMC (ang. ElectroMagnetic Compatibility), pozostaje problem składowych, które wynikają bezpośrednio z przełączeń oraz z tętnień sieci.
Obecnie istnieją dwa trendy rozwiązania tego zagadnienia: z użyciem transformatora oraz bez transformatora. Transformator (niskiej lub wysokiej częstotliwości) umożliwia przerwanie ścieżki dla prądów upływu w przekształtniku. Jest to jednak obarczone dosyć wysokimi stratami i relatywnie niskimi sprawnościami (rzędu 90-94%). W obecnych czasach każdy dodatkowy spadek sprawności przy przetwarzaniu napięcia/prądu nie jest wskazany. Rozwiązania beztransformatorowe są w dzisiejszych czasach preferowane, ponieważ cechują się relatywnie wysoką sprawnością (96-98%) oraz niższym kosztem w porównaniu do transformatorów. Te rozwiązania można podzielić na dwie grupy: aktywne oraz pasywne.
W europejskich patentach EP1626494B1 oraz EP2290797B1 przedstawiono aktywne sposoby niwelowania prądu upływu w tego typu systemach, realizowane przez układ o „topologii H5.
Generalnie przedstawione sposoby redukcji prądu upływu polegają na rozłączaniu szyny DC w momentach przełączania tranzystorów, co powoduje zmniejszenie oscylacji wprowadzanych na szynie DC. W każdym przypadku pojawia się filtr dolnoprzepustowy w postaci indukcyjności L1 i L2, dzięki któremu możliwe jest sterowanie oddawanym prądem do sieci. Topologia ta oczywiście wymaga wykorzystania jeszcze filtra EMC. Co więcej, użycie aktywnych komponentów wiąże się z ryzykiem ich uszkodzenia, np. w wyniku zestarzenia. Oprócz tego zwiększa się koszt sterowania (dodatkowy sygnał PWM) oraz układu sterującego (dodatkowy sterownik ze źródłem napięcia dla izolowanego tranzystora MOSFET).
Alternatywnie wykorzystywane są układy pasywnej eliminacji prądu upływu. Są to układy oparte o filtry LC i LCL. W porównaniu do aktywnych sposobów redukcji prądu upływu, wymagają one większej liczby elementów pasywnych, jak i dodatkowego filtra EMC. Sterowanie prądem w takim układzie jest bardziej wymagające, ponieważ potrzebne są sprzężenia od dwóch zmiennych (np. prądu i napięcia wyjściowego). Dodatkowo, na elementach w filtrach LC i LCL może dojść do przepięć wywołanych rezonansem. Rezonans ten może nastąpić dla specyficznych warunków występujących w sieci (np. współpraca z przekształtnikiem tyrystorowym, silnikami, innymi nieprzewidywalnymi obciążeniami).
Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zapewnienie takiego układu przekształtnika DC/DC/AC, który będzie zapewniał lepszą eliminację prądu upływu w układzie,
PL 229 067 B1 będzie charakteryzował się ograniczoną liczbą elementów składowych, pozbawionych elementów aktywnych, co wpłynie korzystnie na efekt ekonomiczny, będzie wykazywał się korzystną charakterystyką zakłóceniową, przy czym będzie stanowił rozwiązanie trwałe, niezawodne i stabilne. Nieoczekiwanie wspomniane problemy techniczne rozwiązał prezentowany wynalazek.
Przedmiotem wynalazku jest układ przekształtnika DC/DC/AC, przekształcającego energię z Odnawialnych Źródeł Energii, w szczególności z paneli fotowoltaicznych, zawierający filtr wejściowy, połączony z przetwornicą napięciową, która z kolei połączona jest z układem magazynowania ładunku, a następnie układ połączony jest z mostkiem tranzystorowym, dalej filtrem dolnoprzepustowym, filtrem wyjściowym i do przyłącza sieciowego, charakteryzujący się tym, że filtr dolnoprzepustowy stanowi cewka indukcyjna sprzężona magnetycznie. Korzystnie układ zawiera dodatkowo układ sterowania połączony funkcjonalnie z filtrem wejściowym, przetwornicą napięciową, mostkiem tranzystorowym oraz filtrem wyjściowym. Funkcjonalne połączenie układu sterowania z pozostałymi elementami układu przekształtnika oznacza zbieranie danych pomiarowych z mierników uwzględnionych w blokach filtru wyjściowego i wejściowego, sterowanie pracą przetwornicy napięciowej oraz mostka tranzystorowego. Jeszcze korzystniej układ sterowania stanowi procesor DSP, procesor z rdzeniem ARM, układ FPGA z odpowiednimi peryferiami. W korzystnej realizacji wynalazku filtr wejściowy i/lub filtry wyjściowy stanowi filtr EMC. W kolejnej korzystnej realizacji wynalazku przetwornica napięciowa stanowi przetwornicę typu boost, soft switching boost lub interleaved boost. W następnej korzystnej realizacji wynalazku układ magazynowania ładunku stanowi element elektryczny wybrany z grupy obejmującej: kondensator, superkondensator, akumulator, baterię przepływową, układ rezonansowy lub też układ magazynowania ładunku stanowi układ nadprzewodników magazynujących energię magnetyczną. Korzystnie mostek tranzystorowy stanowi mostek wybrany z topologii obejmującej: H-bridge, Half-bridge, 3-phase bridge, multilevel matrix converter, multilevel dclink converter. Równie korzystnie przyłącze sieciowe stanowi jednofazowe przyłącze sieciowe o napięciu przemiennym 230 V i częstotliwości 50 Hz. Wprowadzając modyfikacje w cewce sprzężonej z jednofazowej na trójfazową, możliwe jest wykorzystanie tego układu w sieci trójfazowej dla większych mocy znamionowych urządzenia.
Układ przekształtnika DC/DC/AC według wynalazku, przekształca energię z Odnawialnych Źródeł Energii, w szczególności w postaci paneli fotowoltaicznych, uwzględniając pojemność i rezystancję upływu, przez którą może płynąć prąd upływu, który wpływa negatywnie na efektywność przekazywania zebranej energii do jednofazowego lub trójfazowego przyłącza sieciowego. W układzie tym zredukowano znacząco prąd upływu zwiększając efektywność prądową całego systemu fotowoltaicznego. Co więcej zastosowanie sprzężonej magnetycznie cewki indukcyjnej pozwoliło nie tylko na eliminację prądu upływu, ale też zapewniło zmniejszoną liczbę elementów składowych przekształtnika DC/DC/AC, co z kolei stanowi rozwiązanie o wyższej trwałości i niezawodności oraz sumarycznie niższym koszcie, w porównaniu do rozwiązań znanych ze stanu techniki. Ponadto, zastosowanie sprzężonej magnetycznie cewki indukcyjnej nie wprowadziło dodatkowych zakłóceń do układu, a zamknięcie układu w obudowie ograniczyło negatywny wpływ generowanego przez cewkę pola magnetycznego na zakłócenia emisyjne.
Przykładowe realizacje wynalazku przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawi a uproszczony model przekształtnika DC/DC/AC znany ze stanu techniki, fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu przekształtnika DC/DC/AC według wynalazku, fig. 3 przedstawia przebieg szumu w układzie, fig. 4 przedstawia przebieg prądu upływu w układzie ze stanu techniki dla pierwszego przypadku paneli fotowoltaicznych, fig. 5 przedstawia przebieg prądu upływu w układzie ze stanu techniki dla drugiego przypadku paneli fotowoltaicznych, fig. 6 przedstawia przebieg prądu upływu w układzie według wynalazku dla pierwszego przypadku paneli fotowoltaicznych, natomiast fig. 7 przedstawia przebieg prądu upływu w układzie według wynalazku dla drugiego przypadku paneli fotowoltaicznych.
P r z y k ł a d
Schemat blokowy układu przekształtnika DC/DC/AC według wynalazku przedstawiono na fig. 2, na którym kolejne odnośniki numeryczne oznaczają:
- Odnawialne Źródło Energii, np. panele fotowoltaiczne, o nieregulowanym napięciu DC, z zakresu 25-400 V,
- Filtr wejściowy EMC,
- Klasyczna przetwornica typu boost, regulująca na stałym poziomie napięcie z OZE 1 do
DC-Link 4,
- DC-Link, duży kondensator/superkondensator/akumulator magazynujący ładunek,
- Mostek tranzystorowy na przykład w postaci H-bridge,
PL 229 067 B1
- Filtr dolnoprzepustowy realizowany za pomocą dużej cewki sprzężonej magnetycznie,
- Filtr wyjściowy EMC,
- Jednofazowe przyłącze sieciowe 230 Vac, 50 Hz,
- Uproszczony model pojemności paneli fotowoltaicznych,
- Procesor DSP z peryferiami, nadzorujący pracę przekształtnika (realizacja pomiarów, moduł
MPPT, moduł PLL, sterowanie, komunikacja, archiwizacja danych).
Odnawialne Źródło Energii 1 generuje nieregulowane napięcie DC. Napięcie to jest przekształcane przez przetwornicę 3 i stabilizowane na linii DC-Link 4. Wykorzystując właściwości filtru dolnoprzepustowego 6 mostek tranzystorowy 5 generuje impulsy napięcia wymuszające przepływ prądu. Filtr 6 pozwala kształtować prąd za pomocą odpowiednich algorytmów sterowania. Wygenerowany w ten sposób prąd jest oddawany do jednofazowego przyłącza sieciowego 8. Całą pracę przekształtnika DC/DC/AC nadzoruje procesor DSP 10, który zbiera pomiary prądów/napięć, wykonuje obliczenia maksymalnego punktu pracy i w taki sposób steruje przetwornicą 3 i mostkiem 5, aby energia przekazywana do sieci 8 z OZE 1 była maksymalna oraz spełniała wszystkie wymagane normy narzucone przez energetykę. Filtr wejściowy EMC 2 i filtry wyjściowy EMC 7 filtrują zakłócenia wysokoczęstotliwościowe przewodowe w celu spełnienia wymaganych norm EMC.
Na szczególną uwagę zasługuje pojemność paneli fotowoltaicznych 9. Panele fotowoltaiczne zajmują dużą powierzchnię. Ta powierzchnia powoduje wystąpienie pojemności względem ziemi, co w rozwiązaniach beztransformatorowych tworzy nową drogę dla wysokoczęstotliwościowego prądu, która jest niekorzystna i stwarza niebezpieczeństwo dla personelu pracującego w okolicy paneli i przekształtnika. Pojemność 9 tą szacuje się na 150-750 pF dla instalacji jednofazowych do mocy 3 kW i zależy silnie od warunków atmosferycznych. Pojemność paneli fotowoltaicznych 9 można przedstawić poprzez szeregowe połączenie pojemności i rezystancji, np. Cleak = 330 pF dla pierwszego przypadku paneli fotowoltaicznych, charakteryzujących się układem 10-12 szeregowo połączonych krzemowych paneli mono- lub polikrystalicznych o mocy 200-250 W i napięciu 25-35 V każdy, Cleak = 660 pF, Rleak = 1 Ω, dla drugiego przypadku paneli fotowoltaicznych, charakteryzujących się układem 20-24 szeregowo połączonych krzemowych paneli mono- lub polikrystalicznych o mocy 200-250 W i napięciu 25-35 V każdy.
Należy zwrócić uwagę, że filtr dolnoprzepustowy 6, w postaci cewki sprzężonej magnetycznie o dużej indukcyjności rozproszenia (np. 2,5 mH), pełni dwie funkcje. Pierwsza to opisane powyżej wprowadzenie indukcyjności jako filtru dolnoprzepustowego do kształtowania prądu oddawanego do przyłącza sieciowego 8. Powstaje ona ze zjawiska indukcyjności rozproszenia, które zazwyczaj jest traktowane jako zjawisko pasożytnicze. Druga funkcja polega na wykorzystaniu sprzężenia magnetycznego do eliminacji prądów chcących płynąć przez pojemność paneli fotowoltaicznych 9. Ponieważ prąd upływu płynie zawsze tylko przez jedno uzwojenie filtra dolnoprzepustowego 6, sprzężenie magnetyczne powoduje wprowadzenie znaczącej indukcyjności w jego tor, tworząc filtr dolnoprzepustowy o bardzo wczesnej częstotliwości odcięcia, skutecznie go eliminując. Rozwiązanie to sprawdza się niezależnie od sposobu sterowania mostkiem tranzystorowym 5 (unipolarnym czy bipolarnym).
W układzie przekształtnika DC/DC/AC według wynalazku przeprowadzono pomiary szumu układu oraz przebiegów prądu upływu dla dwóch różnych przypadków paneli fotowoltaicznych, które charakteryzowały się odpowiednio pojemnością upływu Cleak wynoszącą 330 pF i 660 pF oraz rezystancją upływu Rleak wynoszącą 1 Ω dla obydwu przypadków. Przebiegi były wygenerowane poprzez obserwację prądu płynącego w gałęzi z Cleak i Rleak za pomocą sondy prądowej A622 (pomiar na jednym zwoju, chyba, że podano inaczej) oraz zarejestrowane na oscyloskopie Tektronix TBS 1102B. Uzyskane wyniki porównano z analogicznymi pomiarami w układzie znanym ze stanu techniki, przedstawionym na fig. 1.
Na fig. 3 przedstawiono charakterystykę szumową niepracującego układu, celem uwidocznienia wielkości zakłóceń w samym układzie, odnoszących się do tła. Charakterystyka szumowa pozwoli na porównanie przebiegu prądu upływu w układzie znanego ze stanu techniki z układem według wynalazku. Porównując przebiegi prądu upływu z fig. 4 (układ znany ze stanu techniki) i fig. 6 (układ według wynalazku), uzyskane dla pierwszego przypadku układu paneli fotowoltaicznych, charakteryzujących się pojemnością upływu Cleak = 330 pF, połączoną szeregowo z rezystancją upływu Rleak = 1 Ω, widoczna jest znacząca poprawa eliminacji prądu upływu przy wykorzystaniu przekształtnika DC/DC/AC według niniejszego wynalazku. W układzie znanym ze stanu techniki amplituda peakpeak prądu upływu sięga ok. 800 mA, przy czym w układzie według wynalazku zaobserwowano redukcję tego przebiegu do wartości szumu układu. Analogicznie, porównując przebiegi prądu upływu z fig. 5 (układ znany ze stanu
PL 229 067 B1 techniki) i fig. 7 (układ według wynalazku), uzyskane dla drugiego przypadku układu paneli fotowoltaicznych, charakteryzujących się pojemnością upływu Cieak = 660 pF, połączoną szeregowo z rezystancją upływu Rieak = 1 Ω, widoczna jest znacząca poprawa eliminacji prądu upływu przy wykorzystaniu przekształtnika DC/DC/AC według niniejszego wynalazku, co potwierdza korzystne działanie tego układu. Podobnie w układzie znanego ze stanu techniki amplituda peak-peak prądu upływu osiąga wartość przekraczającą 1500 mA, natomiast w układzie według wynalazku prąd upływu zredukowano do ponownie poniżej wartości szumu, tak że widoczny jest jedynie przebieg tła.
Dzięki eliminacji elementów aktywnych przekształtnik DC/DC/AC stanowi rozwiązanie o wyższej trwałości i niezawodności oraz sumarycznie niższym koszcie, w porównaniu do rozwiązań znanych ze stanu techniki, zapewniających eliminację prądu upływu na podobnym poziomie. Co więcej, po zamknięciu układu przekształtnika w obudowie pole magnetyczne generowane przez cewkę nie wydostaje się, przez co ograniczono negatywny wpływ na generowanie zakłóceń emisyjnych.

Claims (8)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Układ przekształtnika DC/DC/AC, przekształcającego energię z Odnawialnych Źródeł Energii, w szczególności z paneli fotowoltaicznych, zawierający filtr wejściowy, połączony z przetwornicą napięciową, która z kolei połączona jest z układem magazynowania ładunku, a następnie układ połączony jest z mostkiem tranzystorowym, dalej filtrem dolnoprzepustowym, filtrem wyjściowym i do przyłącza sieciowego, znamienny tym, że filtr dolnoprzepustowy (6) stanowi cewka indukcyjna sprzężona magnetycznie.
  2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dodatkowo układ sterowania (10) połączony funkcjonalnie z filtrem wejściowym (2), przetwornicą napięciową (3), mostkiem tranzystorowym (5) oraz filtrem wyjściowym (7).
  3. 3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że układ sterowania (10) został wybrany z grupy obejmującej procesor DSP, procesor z rdzeniem ARM, układ FPGA z odpowiednimi peryferiami.
  4. 4. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 3, znamienny tym, że filtr wejściowy (2) i/lub filtr wyjściowy (7) stanowi filtr EMC.
  5. 5. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 4, znamienny tym, że przetwornica napięciowa (3) stanowi przetwornicę napięciową typu boost, soft switching boost lub interleaved boost.
  6. 6. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 5, znamienny tym, że układ magazynowania ładunku (4) stanowi element elektryczny wybrany z grupy obejmującej: kondensator, superkondensator, akumulator, baterię przepływową, układ rezonansowy lub też układ magazynowania ładunku (4) stanowi układ nadprzewodników magazynujących energię magnetyczną.
  7. 7. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 6, znamienny tym, że mostek tranzystorowy (5) stanowi mostek wybrany z topologii obejmującej: H-bridge, Half-bridge, 3-phase bridge, multilevel matrix converter, multilevel dclink converter.
  8. 8. Układ według któregokolwiek z zastrz. od 1 do 7, znamienny tym, że przyłącze sieciowe (8) stanowi jednofazowe przyłącze sieciowe o napięciu przemiennym 230 V i częstotliwości 50 Hz.
PL412104A 2015-04-24 2015-04-24 Układ przekształtnika DC/DC/AC PL229067B1 (pl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412104A PL229067B1 (pl) 2015-04-24 2015-04-24 Układ przekształtnika DC/DC/AC
PCT/PL2016/050014 WO2016171575A1 (en) 2015-04-24 2016-04-21 Dc/dc/ac converter system
EP16732784.0A EP3286826A1 (en) 2015-04-24 2016-04-21 Dc/dc/ac converter system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL412104A PL229067B1 (pl) 2015-04-24 2015-04-24 Układ przekształtnika DC/DC/AC

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL412104A1 PL412104A1 (pl) 2016-11-07
PL229067B1 true PL229067B1 (pl) 2018-06-29

Family

ID=56264017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL412104A PL229067B1 (pl) 2015-04-24 2015-04-24 Układ przekształtnika DC/DC/AC

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3286826A1 (pl)
PL (1) PL229067B1 (pl)
WO (1) WO2016171575A1 (pl)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107894544B (zh) * 2017-11-16 2019-11-26 广东电网有限责任公司佛山供电局 一种区域直流地电位波动源的定位方法
CN111654183B (zh) * 2020-06-12 2021-10-29 深圳英飞源技术有限公司 一种直流-直流变换装置及其控制方法
CN111900754B (zh) * 2020-07-20 2022-02-08 广州智光电气技术有限公司 并联型储能***变流器控制方法、装置及并联型储能***

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004030912B3 (de) 2004-06-25 2006-01-19 Sma Technologie Ag Verfahren zum Umwandeln einer elektrischen Gleichspannung einer Gleichspannungsquelle, insbesondere einer Photovoltaik-Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung
EP2525482A4 (en) * 2010-01-13 2018-02-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Grid-tie inverter
EP2628229A2 (en) * 2010-10-12 2013-08-21 American Superconductor Corporation Centralized power conditioning
CN203840049U (zh) * 2011-09-09 2014-09-17 三洋电机株式会社 蓄电***、充放电电路、以及并网装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3286826A1 (en) 2018-02-28
PL412104A1 (pl) 2016-11-07
WO2016171575A1 (en) 2016-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dong et al. Grid-interface bidirectional converter for residential DC distribution systems—Part 2: AC and DC interface design with passive components minimization
Araújo et al. Highly efficient single-phase transformerless inverters for grid-connected photovoltaic systems
CN102025145B (zh) 基于双向斩波器的直流有源电力滤波器及其控制方法
Chen et al. Low-frequency common-mode voltage control for systems interconnected with power converters
CN104953605A (zh) 三相电网相间不平衡治理电路、治理***及治理方法
CN103915856B (zh) 一种基站并网-充电光伏微逆变器***及其控制方法
CN204967652U (zh) 一种地铁能量回馈装置
US20120163044A1 (en) Multilevel power converter or inverter arrangement using h bridges
CN102005772B (zh) 一种并网逆变***的控制方法
US9209626B2 (en) Parallelable three-phase photovoltaic power converter
CN103441504A (zh) 具有自充电功能的串联补偿低电压穿越装置及控制方法
Madhusoodhanan et al. Three-phase 4.16 kV medium voltage grid tied AC-DC converter based on 15 kV/40 a SiC IGBTs
PL229067B1 (pl) Układ przekształtnika DC/DC/AC
Fan et al. Application of superconducting-magnetic-energy-storage-based current-source active power filter in photovoltaics for harmonic mitigation
CN107026475B (zh) 一种太阳能分布式发电***入网控制方法
CN106416031A (zh) 用于连接至电网的电能转换***的瞬态电流保护设备
CN205141694U (zh) 三相电网相间不平衡治理电路
CN103986362A (zh) 一种z源逆变电路
CN116345940A (zh) 一种逆变装置及其控制方法
CN209344804U (zh) 光伏并网逆变器
Lampiao et al. Control of an autonomous hybrid microgrid as energy source for a small rural village
CN109274281A (zh) 光伏并网逆变器低频输入脉动电流的抑制***及抑制方法
CN102157954B (zh) 光伏逆变装置
CN102768319B (zh) 一种光伏并网逆变器可靠性试验装置
CN207459821U (zh) 一种不间断电源的结构