先进的数位隔离技术提高太阳能逆变器的可靠性.PDF

先進的數位隔離技術提高太陽能逆變器的可靠性 一百多年來火力發電設備已被證明是穩定和可靠的能量來源，但這些設備龐大且複雜，並 且建構成本日益高漲。同時，以最小的碳排放和環境影響標準來運行這些設備也面臨著極 大的挑戰和成本壓力。相較之下，現代太陽光電 （PV ）發電系統成為火力發電廠的合理 替代方案，其可以提供更低的長期運行成本、模組化的可擴展性、更高效，同時碳排放比 集中式發電設備低很多。 PV 發電系統由多個部分組成，例如把光能轉換成電能的太陽光電面板、機械、電氣連接 器、配件，以及把太陽能產生的電輸送到電網過程中必不可少的太陽能逆變器等。 什麼是PV太陽能逆變器？ PV面板把太陽光轉換成直流電，而為了使線路損耗最小化，並將電能傳輸至更遠距離， 直流電必須轉換成高壓交流電。PV太陽能逆變器可以實現上述直流電到交流電的轉換， 是所有PV發電系統中最重要的部分。然而，這僅僅是PV逆變器的重要功能之一。 PV逆變器還具有電網斷開能力，防止PV發電系統給未連接的公共服務系統提供電源；也 就是說，如果在電網斷開期間，逆變器維持線上狀態，或者在為不可靠的連接提供電源 時，會引起PV發電系統饋電當地公共服務系統中的變壓器，並在公共服務系統電線上產 生幾千伏電壓，將危及公共服務設備操作工人的安全。安全標準規範IEEE1547和UL1741 規定：當交流電壓或頻率超過規範限度時，與電網連接的逆變器必須斷開，或者當電網不 再存在時，必須完全關閉。當重新連接後，逆變器不能立即傳輸電源，需要等到逆變器檢 測到額定公共服務系統電壓和頻率超過五分鐘。當然，逆變器的職責不僅如此。 逆變器也用於補償影響電能輸出的環境因素。例如，PV面板的輸出電壓和電流對於溫度 和電池單位面積上光照強度（又稱為 「輻射照度」）的變化是高度敏感的。電池的輸出電 壓與電池溫度成反比關係，而電池電流與輻射照度成正比關係。這些與其他關鍵參數的變 Silicon Laboratories, Inc. Rev 1.0 1 化導致最佳逆變電壓/電流工作點顯著移動。變頻器通過採用閉環控制以維持在所謂的最 大功率點（MPP ）來解決上述問題，因為在這個點上電壓和電流的乘積最大。除此之 外，逆變器還支援服務操作中手動和自動輸入/ 輸出斷開、電磁干擾/ 射頻干擾 （EMI/RFI ）傳導和輻射抑制、接地故障中斷、PC相容的通訊介面…等 。逆變器被封裝在 一個堅固耐用的盒子中，能夠在室外全功率運行25年以上。這真是不小的壯舉！ 詳細介紹 如圖1所示 ，單相PV逆變器採用一個數位電源控制器和一對高壓側/低壓側（high-side/low- side ）閘道驅動器來驅動脈寬調變 （PWM ）的全橋轉換器。全橋拓撲通常用於逆變器應用 中，因為他是任何開關模式拓撲結構中承載能力最高的。參考圖1A ，PWM電壓開關作用 在全橋輸出上產生一個獨立的（儘管有些雜訊）60Hz電流波形。高頻雜訊部分被濾波， 並產生合適的低振幅60Hz正弦波，如圖1B所示。濾波後的波形通過輸出變壓器傳輸，此 變壓器有三項功能：1 ）進一步平滑交流波形；2 ）調變電壓振幅以滿足特定電網需求； 3 ）對逆變器的直流輸入和高壓交流電網進行電氣隔離。 Grid Feedback Galvanic Isolation Full Bridge Voltage B High-Side/ Inductive Digital Low-Side Filter