L-invertituri għandhom rwol kruċjali fis-sistemi tal-ġenerazzjoni tal-enerġija fotovoltajka, billi jikkonvertu l-kurrent dirett (DC) iġġenerat minn pannelli fotovoltajċi f'kurrent alternanti (AC) adattat għall-konnessjoni tal-grilja jew l-użu tat-tagħbija. L-iżvilupp tat-teknoloġija tal-inverter ilu jevolvi kontinwament biex jissodisfa r-rekwiżiti ta 'effiċjenza ogħla, kwalità aħjar tal-enerġija u spiża aktar baxxa. It-teknoloġija tal-inverter ta' tliet livelli - hija waħda mill-avvanzi importanti f'dan il-qasam.
Il-kunċett tal-livell fl-inverters jirreferi għal-livell tal-vultaġġ użat għat-trażmissjoni tas-sinjali jew il-konverżjoni tal-enerġija. Inverter ta' żewġ - livelli għandu biss żewġ livelli ta' vultaġġ, għoli u baxx, li huwa sempliċi fid-disinn u adattat għal applikazzjonijiet ta' spiża baxxa -. Madankollu, tliet invertituri ta' livell - jintroduċu punt ta' vultaġġ tan-nofs -, li jipprovdu tliet livelli ta' vultaġġ, li jippermetti kontroll tal-vultaġġ aħjar u għandu diversi vantaġġi sinifikanti fil-livell tas-sistema1.
1.It-tifsira ta' teknoloġija ta' tliet-livelli
Fis-snin tmenin, l-istudjuż Ġappuniż Nabae ippropona ċirkwit inverter ta' tliet-livelli bbażat fuq l-ikklampjar tad-dijodu. L-istruttura topoloġika tipika tagħha tidher fil-figura li ġejja. Kull driegħ tal-pont taċ-ċirkwit kollu tal-inverter huwa magħmul minn 4 Transisters Bipolari Insulated Gate (IGBTs) u 6 dajowds.
Għalkemm iċ-ċirkwit ta 'tliet-livelli huwa relattivament aktar kumpless fit-topoloġija, meta mqabbel maċ-ċirkwit inverter tradizzjonali ta' żewġ-livelli li jista 'biss joħroġ livelli għoljin u baxxi, dan iċ-ċirkwit inverter ġdid jista' joħroġ livelli għoljin u baxxi permezz tal-dawran-on tat-tubi ta 'fuq u t'isfel, u joħroġ livell żero permezz tal-effett tal-ikklampjar tad-dijodu intermedju ta' tliet livelli, totali. Għalhekk, huwa msejjaħ ċirkwit inverter ta' tliet-livelli.
Ħu l-bidla potenzjali fil-punt tan-nofs tad-driegħ tal-pont tal-inverter tal-Fażi A fil-figura li ġejja bħala eżempju biex tiddeskrivi fil-qosor it-tifsira speċifika tat-tliet livelli.
- Meta ż-żewġ IGBTs fuq id-driegħ tal-pont tal-fażi A- ikunu qed iwettqu, il-potenzjal fil-punt A huwa l-istess bħal dak tax-xarabank pożittiv, li huwa U/2. Il-vultaġġ tal-pjattaforma tal-istress li jġorr kull IGBT huwa U/2, kif muri fil-Loop 1.
- Meta ż-żewġ IGBTs tad-driegħ tal-pont t'isfel tad-driegħ tal-pont tal-fażi A-qed imexxu, il-potenzjal fil-punt A huwa l-istess bħall-potenzjal tax-xarabank negattiv, li huwa -U/2, u l-vultaġġ tal-pjattaforma tal-istress imġarrab minn kull IGBT huwa U/2, kif muri fil-linja 2.
- Meta t-tieni IGBT fuq id-driegħ tal-pont tal-fażi A-u d-dijodu tal-ikklampjar tal-bypass ikunu qed imexxu, il-pont tal-inverter tal-fażi A- ikun fi stat A freewheeling, u l-potenzjal fil-punt A huwa l-istess bħal dak fil-punt tan-nofs tax-xarabank, li huwa 0, kif muri fil-linja 3.
Mit-tliet ċirkwiti konduttivi tal-fażi A deskritti hawn fuq, jista 'jkun magħruf li l-potenzjal fil-punt A jista' jippreżenta tliet livelli: U/2, 0, u -U/2, għalhekk jissejjaħ stat ta' tliet-livelli.2.
2.Tliet - Topoloġiji ta' Livell Komuni
2.1NPC1 Topoloġija
It-topoloġija NPC1 (Neutral - Point - Clamped) hija waħda mill-aktar topoloġiji klassiċi ta' tliet - livelli. Jottimizza d-distribuzzjoni tat-telf u jtejjeb l-EMI billi jottimizza l-mogħdija attwali u l-mekkaniżmu ta 'konverżjoni tal-livell żero -.
Taħt kundizzjonijiet tal-inverter, it-telf ta 'NPC1 huwa prinċipalment ikkonċentrat fit-tubi T1/T4, inkluż telf ta' konduzzjoni u telf ta 'swiċċjar. T2/T3 huwa fl-istat normalment miftuħ, u t-telf huwa prinċipalment telf ta 'konduzzjoni. D5/D6 imexxi matul il-kommutazzjoni, u t-telf tiegħu jinkludi telf ta 'konduzzjoni u telf ta' rkupru b'lura.
Taħt kundizzjonijiet ta 'rettifika, it-telf huwa prinċipalment ikkonċentrat f'tubi D1/D4 u tubi T2/T3. It-tubi D1/D4 għandhom telf ta 'konduzzjoni u telf ta' rkupru b'lura, filwaqt li tubi T2/T3 jiġġeneraw telf ta 'konduzzjoni u telf ta' swiċċjar waqt il-kommutazzjoni. B'kuntrast, tubi D2/D3 u D5/D6 għandhom biss telf ta 'konduzzjoni.
2.2 Topoloġija NPC2
It-topoloġija NPC2 hija titjib ibbażat fuq it-topoloġija NPC1. F'NPC2, par ta 'IGBTs b'emitturi jew kolletturi komuni u dajowds paralleli kontra - huma wżati biex jissostitwixxu d-dijodi tal-ikklampjar f'NPC1, u jnaqqsu n-numru ta 'dijodi bi tnejn. Fl-NPC2, it-tubi T1/T4 iġorru l-vultaġġ sħiħ tax-xarabank, u t-tubi T2/T3 iġorru nofs il-vultaġġ tax-xarabank.
Fil-kondizzjoni tal-inverter, fin-nofs ċiklu pożittiv -, T2 jibqa 'normalment miftuħ, u T1 u D3 jibdlu; fin-nofs ċiklu negattiv -, T3 jibqa' normalment miftuħ, u T4 u D2 jibdlu.
Fil-kundizzjoni ta 'rettifika, il-proċess ta' kommutazzjoni huwa wkoll simili għal dak ta 'NPC1, iżda minħabba l-istruttura differenti tal-parti tal-ikklampjar, id-distribuzzjoni tat-telf hija differenti minn dik ta' NPC1. Ġeneralment, fil-medda ta 'frekwenza ta' swiċċjar medja - u baxxa - -, it-telf totali tat-topoloġija NPC2 huwa inqas minn dak tat-topoloġija NPC1.
2.3ANPC Topoloġija
It-topoloġija ANPC (Active Newtral - Point - Clamped) hija ffurmata billi tissostitwixxi d-dijodi tal-ikklampjar f'NPC1 b'IGBTs u diodes paralleli kontra -. Tespandi żewġ mogħdijiet ta' kommutazzjoni tal-livell żero -, u permezz tal-għażla u l-kontroll tal-mogħdijiet tal-kommutazzjoni tal-livell żero -, tista 'tinkiseb distribuzzjoni ta' telf aktar bilanċjata u inductance ta 'loop ta' kommutazzjoni iżgħar.3.
3.Metodi ta 'Kontroll ta' Tliet - Invertituri ta 'Livell
3.1 Kontroll tal-Voltage
3.1.1DC - Kontroll tal-Vultaġġ tal-Ġenb
F'sistema ta 'ġenerazzjoni ta' enerġija fotovoltajka, huwa meħtieġ li tinżamm l-istabbiltà tal-vultaġġ tal-ġenb DC - tal-inverter. Il-vultaġġ tal-ġenb DC - huwa pprovdut prinċipalment mill-pannelli fotovoltajċi. Minħabba l-influwenza ta 'fatturi bħall-intensità tad-dawl u t-temperatura, il-vultaġġ tal-ħruġ tal-pannelli fotovoltajċi se jvarja. Għalhekk, hija meħtieġa strateġija ta 'kontroll tal-vultaġġ tal-ġenb DC -. Metodi użati komunement jinkludu l-użu ta 'konvertitur boost jew konvertitur boost buck - quddiem l-inverter biex jaġġusta l-vultaġġ tal-ġenb DC - għal valur stabbli. Pereżempju, meta l-vultaġġ tal-ħruġ tal-pannelli fotovoltajċi huwa aktar baxx mill-valur meħtieġ, il-konvertitur boost jista 'jżid il-vultaġġ; meta jkun ogħla, il-buck - boost converter jista 'jaġġusta l-vultaġġ għal-livell xieraq.
3.1.2Kontroll tal-Potenzjal tal-Punt ta' Nofs -
Fi tliet inverters tal-livell -, il-fluttwazzjoni potenzjali tal-punt tan-nofs - hija problema komuni, speċjalment fit-topoloġiji tat-tip NPC -. Il-fluttwazzjoni potenzjali tal-punt tan-nofs - se taffettwa l-kwalità tal-forma tal-mewġ tal-vultaġġ tal-ħruġ u l-affidabbiltà tal-apparat. Hemm ħafna metodi biex tikkontrolla l-potenzjal tal-punt ta' nofs -. Metodu wieħed huwa li żżid komponent tal-modalità - komuni mas-sinjal tal-modulazzjoni. Pereżempju, fil-metodu ta 'modulazzjoni tal-wisa' tal-polz - sinusojdali (SPWM), ċertu vultaġġ tal-modalità - komuni huwa miżjud mal-vultaġġ ta 'referenza biex jaġġusta l-ħin tal-iċċarġjar u l-ħatt tal-kapaċitatur tal-punt tan-nofs -, sabiex tinżamm l-istabbiltà tal-potenzjal tal-punt tan-nofs -. Metodu ieħor huwa li tuża sistema ta' kontroll ta' feedback biex tiskopri l-potenzjal tal-punt tan-nofs - u taġġusta l-istati tal-iswiċċjar tal-inverter skont id-devjazzjoni biex jinkiseb bilanċ potenzjali tal-punt tan-nofs -4.
3.2 Kontroll tal-kurrent
3.2.1Grid - Kontroll tal-Kurrent Konness
Għall-grilja - inverters fotovoltajċi konnessi, huwa meħtieġ li jiġi żgurat li l-kurrent tal-ħruġ ikun fl-istess frekwenza u fażi bħall-vultaġġ tal-grilja. Dan jinkiseb permezz ta' strateġija ta' kontroll kurrenti konnessa mal-grilja -. Metodu komuni huwa li tuża fażi - locked loop (PLL) biex tissinkronizza l-kurrent tal-ħruġ mal-vultaġġ tal-grilja. Il-PLL jista 'jsegwi malajr u b'mod preċiż il-frekwenza u l-fażi tal-vultaġġ tal-grilja. Ibbażat fuq l-output tal-PLL, kontrollur kurrenti huwa ddisinjat, bħal kontrollur proporzjonali - integrali (PI) jew kontrollur proporzjonali - reżonanti (PR). Il-kontrollur tal-kurrent jaġġusta l-vultaġġ tal-ħruġ tal-inverter skont id-devjazzjoni bejn il-kurrent ta 'referenza u l-kurrent attwali tal-ħruġ biex jiżgura li l-kurrent tal-ħruġ jissodisfa r-rekwiżiti tal-konnessjoni tal-grilja -.
3.2.2 Kontroll Armoniku tal-Kurrent tal-Ħruġ
Minbarra li tiżgura l-istess frekwenza u fażi bħall-vultaġġ tal-grilja, huwa wkoll meħtieġ li jiġi kkontrollat il-kontenut armoniku tal-kurrent tal-ħruġ. Kif imsemmi hawn fuq, tliet invertituri tal-livell - għandhom kontenut armoniku tal-kurrent tal-ħruġ aktar baxx minn żewġ invertituri tal-livell -, iżda f'xi xenarji ta 'applikazzjoni ta' preċiżjoni għolja -, għadu meħtieġ aktar kontroll armoniku. Dan jista 'jinkiseb billi tiġi ottimizzata l-istrateġija tal-modulazzjoni. Pereżempju, l-użu ta 'spazju - vector polz - modulazzjoni tal-wisa' (SVPWM) minflok SPWM tradizzjonali jista 'jnaqqas il-kontenut armoniku tal-kurrent tal-ħruġ. Barra minn hekk, xi algoritmi ta 'kontroll avvanzati, bħall-kontroll ta' l-għalf armoniku - 'il quddiem u l-kontroll ta' kumpens armoniku multi -, jistgħu jintużaw ukoll biex inaqqsu aktar il-kontenut armoniku tal-kurrent tal-ħruġ5.
4.Vantaġġi ta 'Tliet Invertituri ta' - Livell Imqabbla ma 'Żewġ Invertituri ta' - Livell
4.1 Forma tal-mewġ tal-ħruġ tal-vultaġġ
L-output tal-forma tal-mewġ tal-vultaġġ miċ-ċirkwit tal-inverter b'żewġ-livelli:
L-output tal-forma tal-mewġ tal-vultaġġ minn ċirkwit inverter ta' tliet-livelli:
Il-prinċipju bażiku ta' inverter ta' tliet-livelli huwa li tuża livelli multipli biex tissintetizza mewġa ta' pass biex tqarreb vultaġġ tal-ħruġ sinusojdali. Minħabba li għandu livell ta 'output addizzjonali meta mqabbel ma' inverter b'żewġ-livelli, il-mewġa PWM li toħroġ hija eqreb għal forma ta 'mewġ sinusojdali. Iż-żewġ ċifri ta' hawn fuq huma paragun tal-ħruġ tal-formoli tal-mewġ PWM minn invertituri ta' żewġ-livelli u tliet-livelli. Jista' jiġi distint b'mod intuwittiv li l-output tal-forma tal-mewġ PWM mill-inverter ta' tliet-livelli huwa eqreb lejn sine u għandu inqas kontenut ta' tmewwiġ6.
4.2 Telf tal-Qlib
F'ċirkwit inverter ta' tliet-livelli, il-vultaġġ DC bus U huwa kondiviż minn żewġ IGBTs. Il-vultaġġ li jinġarr minn kull IGBT fuq id-driegħ tal-pont huwa nofs il-vultaġġ tad-dħul fuq in-naħa DC, U/2. F'ċirkwit ta 'inverter ta' żewġ-livelli, IGBT wieħed biss iġorr il-vultaġġ DC bus, u l-vultaġġ imġarrab minn kull IGBT fuq id-driegħ tal-pont huwa direttament il-vultaġġ tad-dħul fuq in-naħa DC, jiġifieri, U. Għalhekk, f'ċirkwit ta 'inverter ta' tliet-livelli, l-IGBT iġorr nofs il-vultaġġ taż-żewġ -livell tal-konduzzjoni fil-bidu ta' -itfi {7}1. Dan jiddetermina li t-telf tal-iswiċċjar tat-tliet-livell IGBT huwa ħafna iżgħar minn dak taż-żewġ-livell wieħed7.
4.3 Frekwenza Għolja
L-IGBTs ta' vultaġġ-għoli huma affettwati mil-livell tal-vultaġġ tal-applikazzjoni, li jiddetermina li l-frekwenza tal-iswiċċjar u l-veloċità tal-iswiċċjar tagħhom huma ħafna iżgħar minn dawk tal-IGBTs ta'-vultaġġ baxx. Madankollu, is-sistema ta' tliet-livelli tippermetti l-applikazzjoni ta'-frekwenza għolja ta' IGBTs ta'-vultaġġ baxx. Meta mqabbel mal-filtri tal-qawwa attiva, il-livell tal-frekwenza tal-bidla tirrifletti direttament mhux biss il-veloċità tal-kumpens iżda wkoll il-wisa 'tal-firxa tal-frekwenza tal-kumpens li tista' tinkiseb. Iktar ma tkun għolja l-medda ta 'frekwenza fejn tinsab il-frekwenza tal-iswiċċjar, Iktar ma tkun wiesgħa l-medda ta' frekwenza tal-filtrazzjoni li filtru jista 'jagħżel biex jimplimenta, iktar għandu jkun dejjaq; bil-maqlub, iktar ma għandu jkun dejjaq8.
4.4 Tqabbil Kwantitattiv
L-evoluzzjoni tal-linja tal-prodotti ta 'SMA hija prova tajba.
- Prodott tat-teknoloġija b'żewġ-livelli: Sunny Tripower Series.
- Prodott tat-teknoloġija ta' tliet-livelli: Serje Sunny Highpower.
Mid-dejta fiż-żewġ graffs t'hawn fuq, jista 'jinkiseb li l-effiċjenza massima tal-prodotti tal-inverter fotovoltajċi tat-teknoloġija ta' żewġ-livell hija 98.1%, u l-effiċjenza fl-Ewropa hija 97.8%. L-effiċjenza massima tal-prodotti tal-inverter fotovoltajċi tat-teknoloġija ta' tliet-livelli tista' tilħaq 99.1%, filwaqt li fl-Ewropa tista' tkun 98.8%. Billi tqabbel it-tnejn, jista' jinstab li l-effiċjenza tal-prodotti tat-teknoloġija ta' tliet-livelli żdiedet b'1%9.
5.Xejriet ta' Żvilupp futuri
5.1 Integrazzjoni ma 'Materjali Semikondutturi Ġodda
Bl-iżvilupp tat-teknoloġija tas-semikondutturi, materjali semikondutturi ġodda bħal karbur tas-silikon (SiC) u nitrur tal-gallju (GaN) qed jiġu applikati gradwalment għall-inverters. Dawn il-materjali għandhom mobilità ogħla ta 'l-elettroni, vultaġġ ta' tqassim ogħla, u inqas - reżistenza minn materjali tas-silikon tradizzjonali. L-integrazzjoni tat-teknoloġija ta 'inverter ta' tliet - livell b'materjali semikondutturi ġodda tista 'ttejjeb aktar il-prestazzjoni tal-inverters. Pereżempju, l-użu ta 'SiC MOSFETs fi tliet invertituri ta' livell - jista 'jnaqqas it-telf tal-iswiċċjar u t-telf tal-konduzzjoni tal-apparati, ittejjeb l-effiċjenza tal-inverter, u żżid il-frekwenza tal-iswiċċjar, li twassal biex tkompli tnaqqas id-daqs u l-piż tal-inverter u ttejjeb id-densità tal-qawwa tagħha.
5.2 Intelliġenza u Diġitalizzazzjoni
fil-futur, tliet invertituri ta' livell - se jkunu aktar intelliġenti u diġitalizzati. Bl-iżvilupp tat-teknoloġija tal-mikroelettronika u t-teknoloġija tal-kontroll diġitali, l-invertituri jistgħu jkunu mgħammra b'kontrolluri u sensuri diġitali aktar avvanzati. Dawn il-kontrolluri diġitali jistgħu jimplimentaw algoritmi ta 'kontroll aktar kumplessi, bħal kontroll adattiv, kontroll ta' tbassir, u dijanjosi ta 'ħsarat - u kontroll ta' tiswija awto -. Is-sensuri jistgħu jimmonitorjaw l-istatus operattiv tal-inverter f'ħin reali -, bħat-temperatura, il-vultaġġ, il-kurrent, u l-istat tas-saħħa tal-apparat. Permezz ta 'algoritmi intelliġenti u monitoraġġ tal-ħin reali -, l-inverter jista' jaġġusta l-parametri operattivi tiegħu skont is-sitwazzjoni attwali, itejjeb l-effiċjenza u l-affidabbiltà tas-sistema, u jirrealizza monitoraġġ mill-bogħod u ġestjoni intelliġenti.
5.3 Vultaġġ - Ogħla u Applikazzjonijiet ta' Enerġija - Ogħla
Hekk kif l-iskala tal-ġenerazzjoni tal-enerġija fotovoltajka tkompli tespandi, id-domanda għal invertituri ta' enerġija - ogħla u - ogħla qed tiżdied ukoll. It-teknoloġija inverter ta' tliet - livell għandha l-potenzjal li tissodisfa din id-domanda. Bl-ottimizzazzjoni tat-topoloġija u l-istrateġija ta 'kontroll ta' tliet invertituri ta' livell -, u bl-użu ta 'apparati b'rata għolja ta' - vultaġġ -, il-vultaġġ tal-ħruġ u l-qawwa ta 'tliet invertituri ta' livell - jistgħu jiżdiedu aktar. Dan huwa ta' sinifikat kbir għal impjanti tal-enerġija fotovoltajka fuq skala kbira - u sistemi ta' ġenerazzjoni fotovoltajka konnessi ta' - vultaġġ - ta 'trasmissjoni - linja -, li jistgħu jnaqqsu n-numru ta' inverters meħtieġa, jissimplifikaw l-istruttura tas-sistema, u jnaqqsu l-ispiża ġenerali tas-sistema10.
- Yu, Chengzhuo, 2023, Kontroll ta 'inverter PWM ta' 3 livelli għal sistemi ta 'ġenerazzjoni fotovoltajka konnessi ma' grid-.
- Zhihu, Spjegazzjoni tas-superjorità tat-teknoloġija ta' tliet-livelli.
- Mhux-netwerk, prinċipju ta' ċirkwit ta' tliet-livelli u analiżi tat-topoloġija taċ-ċirkwit komuni.
- Dilettanti tal-elettronika, skema ta' disinn ta' inverter konnessi ta' grid fotovoltajka ta' tliet-tip T-livelli-.
- Tang, Yao, 2023, Disinn u kontroll ta 'inverter tat-tip T-T-interleaved ta' tliet livelli għal applikazzjoni ta 'qawwa għolja.
- Entużjast elettroniku, Paragun tal-vantaġġi ta' sistemi ta' tliet-livelli u żewġ-livelli.
- CSDN, Id-differenza bejn żewġ-livelli u tliet-livelli.
- Baidu Wenku, Tqabbil bejn żewġ-livelli u tliet-livelli.
- SMA, Data tal-prodott mill-websajt uffiċjali ta' SMA.
- Qitian Power, inverter parallel ta' topoloġija ta' tliet-livelli.