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深度拆解:太陽(yáng)能逆變器架構組件全揭秘

發(fā)布時(shí)間:2013-08-09 責任編輯:Cynthiali

【導讀】太陽(yáng)能逆變器是怎樣設計的?元器件是怎樣選擇的?本文分析一款典型的太陽(yáng)能逆變器設計中的主要組件和元器件選擇,從太陽(yáng)能面板的直流輸入開(kāi)始,到直流-交流轉換過(guò)程,到輸送給電網(wǎng)的交流輸出……將太陽(yáng)能采集技術(shù)的來(lái)龍去脈弄的一清二楚!

通過(guò)本文拆解可以看到太陽(yáng)能逆變器主板的架構設計和所用的元器件:從太陽(yáng)能面板的直流輸入開(kāi)始,經(jīng)由直流-交流轉換過(guò)程,直到輸送給電網(wǎng)的交流輸出,以及這種設計需要實(shí)現哪些特性,以滿(mǎn)足各種各樣的安規和其他性能標準,以及電力廠(chǎng)商對進(jìn)入其電網(wǎng)上的信號的嚴格要求。

今年8月30日,西京電氣總公司的一位神秘專(zhuān)家將現身西安·2013電力電子與電源管理技術(shù)研討會(huì ),介紹發(fā)電設備和控制系統以及技術(shù)規范。趕快點(diǎn)擊報名搶占有限席位!http://zzmyjiv.cn/seminar/87/agenda

我們以一款典型的太陽(yáng)能逆變器SMA"陽(yáng)光男孩"(Sunny Boy) 為例看到其中設計中的主要組件和元器件選擇,包括從Vishay 的EMI抑制電容器到TI的TMS320F2812 DSP。該設計特別強調隔離和保護,明智地采用了諸如Avago的HCPL-316J和 HCPL-312J這類(lèi)光隔離MOSFET柵極驅動(dòng)器。

光伏功率系統包括多個(gè)組成部分,例如,負責將太陽(yáng)光轉化為電能的光伏面板,機械和電氣連接及裝配,以及太陽(yáng)能逆變器。太陽(yáng)能逆變器是將太陽(yáng)能產(chǎn)生的電能傳送給電網(wǎng)的關(guān)鍵。圖1所示是一個(gè)基本的、但非常完整的光伏系統框圖。
圖1:完整的光伏系統框圖(TI提供)
圖1:完整的光伏系統框圖
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太陽(yáng)能光伏逆變器是什么?

逆變器的主要功能是將光伏面板或電池存儲的來(lái)自太陽(yáng)光的可變直流電壓轉換為供電器設備使用的、特定的交流電壓和頻率,并可以回輸給電網(wǎng)。當然,這個(gè)交流輸出因不同地區而各異,在北美是60Hz/115VAC,而在歐洲的大部分地區則是50Hz/230VAC

總部位于德國的艾思瑪太陽(yáng)能技術(shù)股份公司(SMA Solar Technology AG)開(kāi)發(fā)出“陽(yáng)光男孩”(Sunny Boy)系列太陽(yáng)能逆變器。圖2所示的逆變器主板被用于“陽(yáng)光男孩”3000TL, 4000TL 和 5000TL的無(wú)變壓器版本,分別適用于3kW、4kW 和4.6kW交流輸出電力系統(@230V, 50Hz)。

該逆變器主板采用多串(multi-string)技術(shù),由于帶有兩個(gè)獨立的DC轉換器,因而使得高度復雜的發(fā)生器配置變得易于實(shí)現。輸入部分如圖2左下象限所示。兩路DC輸入均采用Vishay 的EMI抑制電容器#339MKP作為濾波器的一部分,這個(gè)濾波器還包括繞在一個(gè)共用磁芯上的DC共模濾波器電感和一個(gè)15μF升壓轉換器平滑電容器#MKPC4AE系列,如圖2左下象限所示。

還是在直流輸入側,采用兩個(gè)繼電器用于監測純IT AC系統中符合IEC 61557-8標準的絕緣電阻。見(jiàn)圖2左上象限。需要測量的是系統線(xiàn)和系統地之間的絕緣電阻。當下降到可調的閾值以下時(shí),輸出繼電器就會(huì )切換到故障狀態(tài)。借助這些繼電器,一個(gè)疊加的直流測量信號可被用于執行測量功能。通過(guò)來(lái)自疊加的直流測量電壓及其合成電流,可以計算出被測系統絕緣電阻的阻值。請注意圖2中的霍爾效應電流傳感器。

這個(gè)SMA逆變器主板上最令人印象深刻的特色之一就是采用了極高質(zhì)量的有源和無(wú)源元件,從而增強了該逆變器設計的可靠性和性能。

圖2: SMA的“陽(yáng)光男孩”系列太陽(yáng)能逆變器主板
圖2: SMA的“陽(yáng)光男孩”系列太陽(yáng)能逆變器主板
下頁(yè)內容:最大功率點(diǎn)(MPP)
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最大功率點(diǎn)(MPP)

在這個(gè)信號鏈上遇到的第一個(gè)直流功能是最大功率點(diǎn)(MPP)。

該逆變器致力于對影響電力輸出的環(huán)境條件進(jìn)行補償。例如,光伏面板的輸出電壓和電流對溫度變化和每個(gè)電池單元面積上的光強(參見(jiàn)“輻照度”)極為敏感。電池輸出電壓與電池溫度成反比,電池電流與輻照度成正比。這種變化以及其他關(guān)鍵參數導致最佳逆變器電壓/電流工作點(diǎn)大幅移動(dòng)。逆變器通過(guò)采用閉環(huán)控制來(lái)保持工作在最大功率點(diǎn)(此處電壓與電流之積為最大值),從而解決了上述問(wèn)題。SMA采用OptiTrac Global Peak最大功率點(diǎn)跟蹤器。利用這個(gè)附加的功能,即使光伏電站受到部分遮蔽,這個(gè)已被驗證的工作跟蹤器管理系統OptiTrac也能夠發(fā)現并采用最佳工作點(diǎn),實(shí)現好的輸出產(chǎn)率。TI DSP控制器是最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)的大腦。

判定MPP的最常用的方法是在每個(gè)MPPT周期,用控制器干擾面板的工作電壓并觀(guān)察輸出。這種方法是在MPP附近一個(gè)大范圍內持續振蕩,以避免由于云層遮擋或其他條件引起的功率曲線(xiàn)發(fā)生局部的誤導性變化。這種擾動(dòng)觀(guān)測法要在每個(gè)周期中均保持振蕩遠離MPP,其效率就很低。增量電感法是一種替代方法,可以解決功率曲線(xiàn)導數為零的問(wèn)題,即定義為峰值的問(wèn)題,然后穩定為分解的電壓電平。不過(guò),盡管這種方法避免了振蕩導致的低效率問(wèn)題,但又會(huì )產(chǎn)生其它的低效問(wèn)題,因為它會(huì )穩定在一個(gè)局部峰值而非MPP處。將上述兩種方法進(jìn)行綜合,既可以保持增量電感法的電平,又能在更大范圍內定期掃描,以避免選中局部峰值。這種方法效率最高,但對控制器的性能要求也非常高。

圖3顯示MPP的判定如何隨不同條件而變化。
圖3:在各種天氣、時(shí)間和面板熱量條件下的MPP。(TI提供)
圖3:在各種天氣、時(shí)間和面板熱量條件下的MPP。(TI提供)

電容器通常用于儲存那些必須被存儲并被逆變器提取的能量。這個(gè)電容器通常位于PV總線(xiàn)上,并且必須足夠大以控制總線(xiàn)紋波電壓。否則,該紋波可能有損MPPT的精確度。

電解電容非常適合控制紋波,因為它們具有較低的等效串聯(lián)電阻(ESR)和較高的電容容量。沿著(zhù)圖2中PCB上邊緣的是平滑電容器組。

升壓型DC-DC步進(jìn)轉換器

下一個(gè)器件是步進(jìn)DC-DC轉換器,它負責將直流輸入升壓到開(kāi)關(guān)MOSFET橋,以便逆變器能夠高效地產(chǎn)生230V, 50Hz交流正弦波傳輸給電網(wǎng)。這個(gè)DC-DC升壓轉換器連同H5開(kāi)關(guān)橋包含在單獨的電源模塊中,該電源模塊附在逆變器主板的背面,可以很好地散熱到底座。這個(gè)模塊在最終裝配時(shí)將被安裝在圖2主板上部的中間部分。

圖4顯示了典型的無(wú)變壓器配置系統中的基本的DC/AC轉換電路或逆變器。其中: ? •  DC/DC轉換提升或降低輸入的PV電壓,調整其輸出以達到DC/AC轉換級中的最大效率; ? •  電容器提供進(jìn)一步的電壓緩沖; ? •  H4橋中的IGBT或MOSFET利用20kHz范圍內的開(kāi)關(guān)頻率產(chǎn)生交流電壓; ? •  線(xiàn)圈使交流電壓平滑切換為正弦信號,用于產(chǎn)生電網(wǎng)頻率的交流輸出。

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無(wú)變壓器逆變器技術(shù)

早在光伏市場(chǎng)發(fā)展之前,無(wú)變壓器開(kāi)關(guān)技術(shù)的理念就已存在了。設備工程師知道,一對場(chǎng)效應管在完全開(kāi)啟或關(guān)閉的狀態(tài)下工作效率最高,因為這時(shí)沒(méi)有電流經(jīng)過(guò)它們,而且它們也不產(chǎn)生功率損耗。因此,放大一個(gè)理想方波的理論效率可達100%。信號被一個(gè)更高頻率的方波調制,其結果就是脈寬調制(PWM),這個(gè)電路被稱(chēng)為D類(lèi)電路。用這種方式,就可能實(shí)現DC-DC轉換,或DC到AC的高效切換。對于太陽(yáng)能逆變器而言,由于MOSFET和IGBT器件的成本高昂,所以這種技術(shù)在以往并不適用。不過(guò),隨著(zhù)這些器件成本不斷降低并且速度更快,相比于模擬切換到大量的銅鐵器件,該技術(shù)更具成本效益。這種技術(shù)也可用于制造電動(dòng)汽車(chē)。

在歐洲,無(wú)變壓器逆變器至今已經(jīng)應用了幾年,SMA公司在2010年8月獲得UL認證在美國銷(xiāo)售此類(lèi)產(chǎn)品。這個(gè)認證適用于SMA的無(wú)變壓器逆變器Sunny Boy 8000TL-US, Sunny Boy 9000TL-US 和Sunny Boy 10000TL-US ,并保證符合針對光伏和電池供電逆變器的UL 1741標準,該標準首次涵蓋了無(wú)變壓器逆變器的規范要求。與采用電隔離的器件相比,無(wú)變壓器逆變器要簡(jiǎn)潔得多;而且,憑借先進(jìn)的開(kāi)關(guān)電路,無(wú)變壓器逆變器能提供比傳統逆變器更寬的工作電壓范圍。
 圖4: 無(wú)變壓器DC/AC轉換電路—逆變器。(TI提供)
圖4: 無(wú)變壓器DC/AC轉換電路—逆變器。(TI提供)

沒(méi)有電隔離的負面結果是可能導致接地故障,損壞逆變器并引發(fā)電火花。在有變壓器的情況下,如果次級電路發(fā)生短路,那么所有電流都將流經(jīng)初級電路,一旦變壓器過(guò)熱,就將被熱切斷阻止(希望如此)。在無(wú)變壓器情況下,如果沒(méi)有保護電路或保護電路失效,未能探測到接地故障或跳閘,大功率MOSFET或IGBT將立刻以一種災難性的方式失效。幸運的是,這類(lèi)事件的發(fā)生非常罕見(jiàn),而且所有這種逆變器都要遵循UL 1741要求,具備接地故障保護功能。無(wú)論如何,都要保持具備這種功能,以確保在調整合路器及隔離熔斷器大小時(shí)將未探測到接地故障時(shí)的反饋電流考慮進(jìn)去。

如果能夠執行準確簡(jiǎn)單的計算,無(wú)變壓器逆變器就幾乎沒(méi)有缺點(diǎn),而且具有眾多優(yōu)點(diǎn)。

不過(guò),光伏逆變器還有很多其他的關(guān)鍵功能。

光伏逆變器還提供電網(wǎng)切斷功能,以防光伏系統給已經(jīng)切斷的設施供電;也就是說(shuō),在電網(wǎng)切斷期間或者通過(guò)一個(gè)不可靠的連接傳輸電力時(shí),逆變器保持在線(xiàn),這會(huì )導致光伏系統回輸給本地設備變壓器,在設備端產(chǎn)生數千伏電壓,并危及作業(yè)人員。安全標準規范IEEE 1547和 UL 1741要求,交流線(xiàn)電壓或頻率不在規定限制內時(shí),所有的并網(wǎng)逆變器必須切斷,或者,在電網(wǎng)不再存在時(shí)完全關(guān)斷。在重新連接時(shí),要等到逆變器探測到額定設備電壓和頻率超過(guò)5分鐘的時(shí)間,逆變器才能傳輸電力。如圖2右上象限所示,使用了4個(gè)額定值為22A、250VAC的LF-G繼電器。

但這還不是逆變器的最后職責。除了上述任務(wù)之外,逆變器在工作期間還支持手動(dòng)和自動(dòng)的輸入/輸出切斷,EMI/RFI傳導和輻射干擾抑制、接地故障中斷、PC兼容通信接口(“陽(yáng)光男孩”系列具有藍牙功能),以及其他更多功能。該逆變器被安裝在一個(gè)堅固的封箱中,以期在戶(hù)外滿(mǎn)功率工作25年以上!

像SMA主板這樣的典型單相光伏逆變器使用了一顆數字功率控制器、DSP,以及一對高邊/低邊柵極驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)全橋PWM轉換器。該逆變器和許多性能優(yōu)良的逆變器應用都采用全H橋拓撲,因為它具有任何開(kāi)關(guān)模式拓撲的最高功率承載能力。SMA采用H5技術(shù),在輸出電容器和H橋之間的第5個(gè)功率半導體器件阻止了電荷的激勵振蕩損耗,并再次顯著(zhù)降低了功率損耗。與經(jīng)典的逆變橋電路(H4拓撲) 相比,H5獲得了明顯改進(jìn),其最大轉換效率達98%。為防止光伏發(fā)電機的電力波動(dòng),在逆變器的空運行期間,該架構將直流側與交流側斷開(kāi)。

與圖4中的H4橋相比,圖5所示的H5拓撲僅需多一個(gè)開(kāi)關(guān)器件。開(kāi)關(guān)器件T5、T2和T4工作在20kHz左右的高頻,T1和T3工作在電網(wǎng)頻率50 Hz。在空運行期間,T5是開(kāi)路的,以斷開(kāi)直流和交流側。正向電流空運行路徑通過(guò)T1、T3的反向二極管,反向電流通過(guò)T3和T1的二極管形成環(huán)路。

圖5: SMA的H5橋拓撲
圖5: SMA的H5橋拓撲

PWM電壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作在全橋輸出端形成了離散嘈雜的50Hz電流波形。高頻噪聲成分被濾除并產(chǎn)生一個(gè)中等低幅度的50Hz正弦波。H橋采用不對稱(chēng)單極性調制方法工作。不對稱(chēng)H橋的高邊應由取決于主線(xiàn)路極性的50Hz半波驅動(dòng);而對應的低邊則經(jīng)PWM調制形成正弦波。圖2所示逆變器主板的右側是帶有EMI抑制電容器的交流輸出濾波部分。包含大電感量的輸出正弦波濾波器也將被固定在主板上的這個(gè)區域,以實(shí)現交流濾波器。

光伏逆變器設計時(shí)會(huì )面臨許多設計折中,如果做出錯誤的折中就會(huì )令設計人員焦頭爛額。例如,光伏系統要能可靠工作并滿(mǎn)額輸出至少25年,而且價(jià)格要有競爭力,這就迫使設計人員做出成本/可靠性折中。光伏系統需要高效率的逆變器,因為更高效率的逆變器產(chǎn)生的熱量少,并比低效率的同類(lèi)器件壽命更長(cháng),同時(shí)它們能為光伏系統制造商和用戶(hù)節省資金。SMA在這方面已經(jīng)做了出色的工作。

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控制架構

逆變器的“大腦”是它的控制器,通常是一顆數字功率控制器(DPC),或本例中的數字信號處理器(DSP)?;贒SP的控制器,例如在本設計中采用的TI TMS320F2812,提供太陽(yáng)能逆變器實(shí)時(shí)信號處理所需的高級運算性能和可編程的靈活性。高度集成的數字信號控制器幫助逆變器制造商推出更有效率、更具成本效益的產(chǎn)品,能夠滿(mǎn)足未來(lái)幾年快速增長(cháng)的太陽(yáng)能應用需求。

逆變器的控制處理器必須應對大量的實(shí)時(shí)處理挑戰,以便有效執行高效DC/AC轉換和電路保護所需的精確算法。盡管MPPT和電池充電控制僅需要近實(shí)時(shí)響應,但也涉及高級處理算法。結合了高性能DSP和集成控制外圍電路的數字信號處理器,為太陽(yáng)能逆變器中的DC/AC轉換橋、MPPT和保護電路的實(shí)時(shí)控制提供絕佳的解決方案。

DSP控制器本身就支持實(shí)時(shí)控制算法中的快速數學(xué)計算。諸如模數轉換器(ADC)和脈寬調制 (PWM)等集成外設能夠直接感測輸入并控制功率IGBT或MOSFET,從而節省系統空間和費用。片上閃存有助于編程和數據采集,通信端口可實(shí)現電表和其他逆變器等設備的聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)化設計。太陽(yáng)能逆變器中DSP控制器的高效率已經(jīng)被設計所證明,能將轉換效率損失削減了50%以上,同時(shí)顯著(zhù)降低了成本。

通常,為了實(shí)現非阻塞(直通)代碼的最高執行效率,控制器固件是以狀態(tài)機格式實(shí)現的,可以防止執行不慎進(jìn)入一個(gè)死循環(huán)。固件執行是分級的,相比于低階的功能,一般更頻繁服務(wù)于最高優(yōu)先級的功能。在光伏逆變器中,隔離反饋回路補償和電源開(kāi)關(guān)調制通常是最高優(yōu)先級,接下來(lái)是關(guān)鍵的保護功能以支持安全標準,最后是效率控制或最大功率點(diǎn)(MPP)。剩余的固件任務(wù)大多與當前工作點(diǎn)的優(yōu)化運行、監測系統操作和支持系統通信相關(guān)。

集成功能保持了系統運作的成本效益。TI的TMS320F2812控制器內有一個(gè)超快速的12位ADC,能夠支持多達16個(gè)輸入通道,用于執行電流和電壓感應以實(shí)現規則的正弦波。為安全起見(jiàn),這顆ADC還能提供殘余電流保護裝置(RCD)中的電流感測。

12個(gè)單獨控制的增強型PWM (EPWM)通道為換流器橋和電池充電電路中的高速切換提供可變占空比。每個(gè)EPWM都有自己的定時(shí)器和相位寄存器,可對相位延遲進(jìn)行編程,并且所有的EPWM都能被同步,以相同頻率驅動(dòng)多級電路。多個(gè)定時(shí)器給出多個(gè)頻率,并且快速中斷管理能支持額外的控制任務(wù)。多標準通信端口,包括CAN總線(xiàn),可提供簡(jiǎn)單的接口給其他組件和系統。

隔離
 圖6: 可替代能源系統需要在高壓功率電路以及控制器管理功率流之間設置隔離連接(紅色)。(Avago提供)
圖6: 可替代能源系統需要在高壓功率電路以及控制器管理功率流之間設置隔離連接(紅色)。(Avago提供)

在SMA逆變器主板的正中心,我們發(fā)現5個(gè)Avago的隔離柵極驅動(dòng)器。見(jiàn)圖2。

在電網(wǎng)為50Hz頻率時(shí),控制T1和T3切換的兩個(gè)隔離MOSFET驅動(dòng)器是Avago的HCPL-316J,帶有集成(VCE)去飽和探測和故障狀態(tài)反饋的2.5安培柵極驅動(dòng)光耦??刂芓2、T4和T5在更高頻率切換的其他三個(gè)隔離MOSFET驅動(dòng)器是Avago的HCPL-312J, 2.5安培輸出電流MOSFET柵極驅動(dòng)光耦。H5配置如圖5所示。

尤其在無(wú)變壓器逆變器設計中,光耦提供強化的隔離性能,并在出現故障情況時(shí)提供故障安全保護。

下頁(yè)內容:光伏逆變器中的無(wú)功功率控制
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為何光伏逆變器中的無(wú)功功率控制很重要?

帶有無(wú)功功率控制的“陽(yáng)光男孩”3000TL/4000TL/5000TL逆變器目前已經(jīng)面市。

無(wú)功功率通常發(fā)生在經(jīng)由交變電流傳送能量的任何時(shí)候。對于更大型和更小型的系統,對太陽(yáng)能工程師和光伏系統操作人員而言,無(wú)功功率的重要性正在增加。最重要的現實(shí)是:無(wú)功功率完全沒(méi)有問(wèn)題。實(shí)際上,它還是一些問(wèn)題的解決方案。

從2010年7月1日開(kāi)始,在德國以中壓饋入電網(wǎng)的光伏系統必須為電網(wǎng)提供無(wú)功功率。這已經(jīng)在德國聯(lián)邦能源與水利協(xié)會(huì )(BDEW)2008年版的中壓設備接入規范中提及。對于低壓電網(wǎng),更為嚴苛的要求正在討論中。

無(wú)功功率是如何發(fā)展而來(lái)的?

對于直流電,這個(gè)方程式很簡(jiǎn)單:功率是電壓和電流之積。不過(guò),對于交流電,事情就有些復雜了,因為電流和電壓的強度及方向都會(huì )定期變化。見(jiàn)圖7。

圖7:除了接收到的PV有功功率之外,所需的無(wú)功功率也在逆變器中產(chǎn)生。這兩者的幾何和就是視在功率;它對逆變器設計具有決定性的意義。(SMA提供)
圖7:除了接收到的PV有功功率之外,所需的無(wú)功功率也在逆變器中產(chǎn)生。這兩者的幾何和就是視在功率;它對逆變器設計具有決定性的意義。(SMA提供)

在市電電網(wǎng)中,兩者都有一個(gè)帶50或60Hz頻率的正弦軌跡。一旦電流和電壓“同相”,例如以相同的步調移動(dòng),這兩個(gè)振蕩因子之積就也將是一個(gè)帶正平均值的振蕩輸出---純有功功率(圖8a)。

圖8a: 當沒(méi)有發(fā)生相移時(shí),電流i和電壓u之積是一個(gè)振蕩的、但始終正向的輸出---純有功功率(SMA提供)
圖8a: 當沒(méi)有發(fā)生相移時(shí),電流i和電壓u之積是一個(gè)振蕩的、但始終正向的輸出---純有功功率(SMA提供)

不過(guò),一旦電流和電壓的正弦軌跡發(fā)生偏移彼此相反,它們之積將是一個(gè)正向和反向信號交變出現的輸出。在極端情況下,電流和電壓在一個(gè)四分之一周期發(fā)生相移:當電壓為零時(shí),電流總是到達其最大強度—反之亦然。其結果是產(chǎn)生純無(wú)功功率,正向和反向信號完全相互抵消(圖8b)。

圖8b: 在電流i和電壓u之間的90o相移處,產(chǎn)生一個(gè)帶零平均值的交變呈現的正向和反向輸出---純無(wú)功功率 (SMA提供)
圖8b: 在電流i和電壓u之間的90o相移處,產(chǎn)生一個(gè)帶零平均值的交變呈現的正向和反向輸出---純無(wú)功功率 (SMA提供)

下頁(yè)內容:電網(wǎng)中的無(wú)功功率的影響
[page] 這個(gè)相移通常發(fā)生在兩個(gè)方向。當線(xiàn)圈和電容器位于交流電路時(shí),就會(huì )產(chǎn)生相移—通常是這種情況:所有的引擎和變壓器都有線(xiàn)圈(用于電感偏移);電容器(用于電容偏移)也很常見(jiàn)。

多芯電纜的作用類(lèi)似于電容器,高壓架空電纜可被看作是極長(cháng)的線(xiàn)圈。因此,在交流電網(wǎng)中,某種程度的相位偏移(例如無(wú)功功率)是不可避免的。相移的測量參數是偏移因子cos(φ),其值在0和1之間。它可被用于很容易地轉換成輸出值。無(wú)功功率的單位被稱(chēng)為乏(VAR),而不是瓦(見(jiàn)公式1)
公式1:利用直角三角形的勾股定理計算無(wú)功功率。(SMA提供)
公式1:利用直角三角形的勾股定理計算無(wú)功功率。(SMA提供)

電網(wǎng)中的無(wú)功功率的影響是什么?

實(shí)際上,只有有功功率才是可用的功率。它能給機器供電、使燈泡發(fā)光或開(kāi)動(dòng)電熱器。無(wú)功功率則不同:它不能被使用,因而不能給任何電子設備供電。它只是在電網(wǎng)中簡(jiǎn)單地來(lái)回移動(dòng),扮演額外負載的角色。此外,所有的電纜、開(kāi)關(guān)、變壓器,以及其他部分也需要考慮無(wú)功功率。

這意味著(zhù),它們需要被設計為視在功率,即有功功率和無(wú)功功率的幾何之和。能量傳導過(guò)程中的電阻損耗發(fā)生在視在功率的基礎上;因此額外的無(wú)功功率會(huì )導致更大的傳導損耗。

展望未來(lái)

光伏系統是發(fā)電領(lǐng)域相對比較新的技術(shù)。像其他新興技術(shù)一樣,光伏系統也將隨著(zhù)技術(shù)不斷成熟而快速變化。因此,光伏系統無(wú)疑將持續變革,以滿(mǎn)足更高容量、更低成本和更高可靠性的市場(chǎng)需求。屆時(shí)光伏逆變器將擴展功能,設計人員將需要更多集成的、針對特定應用的元件級部件。正如這些所展示的,光伏系統將廣泛普及并最終成為一種可行的主流設施,顯著(zhù)降低我們對礦物燃料的依賴(lài)。

作者簡(jiǎn)介:Steve Taranovich是一位特約編輯,在電子產(chǎn)業(yè)擁有40年工作經(jīng)驗。Steve擁有紐約理工大學(xué)(布魯克林)電子工程碩士學(xué)位, 以及紐約大學(xué)(布朗克斯) 電子工程學(xué)士學(xué)位。他還是長(cháng)島IEEE教育活動(dòng)委員會(huì )主席。他在模擬和嵌入式處理教育領(lǐng)域擁有豐富的專(zhuān)業(yè)知識,有關(guān)模擬設計的經(jīng)驗來(lái)自于他在德州儀器的工作經(jīng)歷。Steve在電子領(lǐng)域的第一段工作經(jīng)歷是擔任了16年的電路設計工程師。然后他進(jìn)入Burr-Brown公司任職首批現場(chǎng)應用工程師,并成為該公司首批全球客戶(hù)經(jīng)理,飛赴歐洲、印度和中國。全球旅行經(jīng)歷使Steve建立了持久的友誼,并品嘗到一些非常獨特的異國風(fēng)味,例如短吻鱷、響尾蛇、野豬和鴕鳥(niǎo),還有牛百葉。(如果你不是意大利人或中國人,你知道這是什么嗎!)

參考文獻:
1 源自SMA Solar Technology網(wǎng)站: http://www.sma.de/en/products/knowledge-base/sma-shifts-the-phase.html
2 德州儀器應用報告#SLVA446–2010年11月, “Introduction to Photovoltaic Systems Maximum Power Point Tracking”
3德州儀器應用報告#SPRAAE3–2006年5月, “TMS320C2000™ DSP Controllers: A Perfect Fit for Solar Power Inverters”
4 安華高“Integrate Protection with Isolation In Home Renewable Energy Systems” 白皮書(shū)
5 “Analysis and Modeling of Transformerless Photovoltaic Inverter Systems”, 作者:Tamás Kerekes, 奧爾堡大學(xué)能源技術(shù)學(xué)院,丹麥, 2009年8月
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