อินเวอร์เตอร์อยู่ในกลุ่มตัวแปลงแบบคงที่จำนวนมาก ซึ่งรวมถึงหลายตัวในปัจจุบัน-อุปกรณ์ต่างๆ สามารถทำได้-แปลง-พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าในอินพุต เช่น แรงดันไฟฟ้าและความถี่ เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่สอดคล้องกับข้อกำหนดของโหลด

โดยทั่วไปแล้ว อินเวอร์เตอร์เป็นอุปกรณ์ที่สามารถแปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้ และพบได้ทั่วไปในการใช้งานระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรมและระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าสถาปัตยกรรมและการออกแบบอินเวอร์เตอร์ประเภทต่างๆ เปลี่ยนแปลงไปตามการใช้งานแต่ละอย่าง แม้ว่าจุดประสงค์หลักจะเหมือนกันก็ตาม (การแปลง DC เป็น AC)

1.อินเวอร์เตอร์แบบสแตนด์อโลนและแบบเชื่อมต่อกริด

อินเวอร์เตอร์ที่ใช้ในแอปพลิเคชั่นไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ในอดีตแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

-อินเวอร์เตอร์แบบสแตนด์อโลน

-อินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับกริด

อินเวอร์เตอร์แบบสแตนด์อโลนมีไว้สำหรับการใช้งานที่โรงไฟฟ้า PV ไม่ได้เชื่อมต่อกับเครือข่ายการกระจายพลังงานหลักอินเวอร์เตอร์สามารถจ่ายพลังงานไฟฟ้าให้กับโหลดที่เชื่อมต่อ ทำให้มั่นใจในความเสถียรของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าหลัก (แรงดันไฟฟ้าและความถี่)ซึ่งจะช่วยรักษาให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า จึงสามารถทนต่อสถานการณ์การบรรทุกเกินพิกัดชั่วคราวได้ในสถานการณ์เช่นนี้ อินเวอร์เตอร์จะเชื่อมต่อกับระบบจัดเก็บแบตเตอรี่เพื่อให้แน่ใจว่ามีการจ่ายพลังงานที่สม่ำเสมอ

ในทางกลับกัน อินเวอร์เตอร์ที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายสามารถซิงโครไนซ์กับโครงข่ายไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่ได้ เนื่องจากในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าและความถี่เป็น-บังคับ-โดยกริดหลักอินเวอร์เตอร์เหล่านี้จะต้องสามารถตัดการเชื่อมต่อได้หากกริดหลักล้มเหลวเพื่อหลีกเลี่ยงการจ่ายไฟย้อนกลับของกริดหลักที่เป็นไปได้ ซึ่งอาจก่อให้เกิดอันตรายร้ายแรงได้

รูปที่ 1 - ตัวอย่างของระบบสแตนด์อโลนและระบบเชื่อมต่อกริดขอบคุณภาพจาก Biblus

2. บทบาทของตัวเก็บประจุบัสคืออะไร

วัตถุประสงค์ของอินเวอร์เตอร์คือการแปลงแรงดันไฟฟ้ารูปคลื่น DC ให้เป็นสัญญาณ AC เพื่อส่งกำลังเข้าไปในโหลด (เช่น โครงข่ายไฟฟ้า) ที่ความถี่ที่กำหนดและมีมุมเฟสเล็ก ๆ (φ γ0)วงจรแบบง่ายสำหรับการปรับความกว้างพัลส์-ความกว้าง (PWM) แบบยูนิโพลาร์เฟสเดียวจะแสดงในรูป2 (รูปแบบทั่วไปเดียวกันสามารถขยายเป็นระบบสามเฟสได้)ในแผนผังนี้ ระบบ PV ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงที่มีการเหนี่ยวนำแหล่งจ่ายบางส่วน ถูกสร้างเป็นสัญญาณ AC ผ่านสวิตช์ IGBT สี่ตัวขนานกับไดโอดอิสระสวิตช์เหล่านี้ถูกควบคุมที่เกตผ่านสัญญาณ PWM ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นเอาท์พุตของไอซีที่เปรียบเทียบคลื่นพาหะ (โดยปกติจะเป็นคลื่นไซน์ของความถี่เอาท์พุตที่ต้องการ) และคลื่นอ้างอิงที่ความถี่ที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (โดยทั่วไปจะเป็นคลื่นสามเหลี่ยม ที่ 5-20kHz)เอาต์พุตของ IGBT มีรูปร่างเป็นสัญญาณ AC เหมาะสำหรับการใช้งานหรือการฉีดกริดผ่านการประยุกต์ใช้โทโพโลยีต่างๆ ของตัวกรอง LC

รับใบเสนอราคา

รูปที่ 2: การปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เฟสเดียวการตั้งค่าอินเวอร์เตอร์สวิตช์ IGBT พร้อมด้วยตัวกรองเอาต์พุต LC จะจัดรูปแบบสัญญาณอินพุต DC ให้เป็นสัญญาณ AC ที่ใช้งานได้สิ่งนี้ทำให้เกิดกแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมที่เป็นอันตรายข้ามขั้ว PVรถบัสตัวเก็บประจุจะมีขนาดเพื่อลดการกระเพื่อมนี้

การทำงานของ IGBT จะทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมไปยังขั้วต่อของอาร์เรย์ PVการกระเพื่อมนี้ส่งผลเสียต่อการทำงานของระบบ PV เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดที่ใช้กับขั้วต่อควรอยู่ที่จุดกำลังสูงสุด (MPP) ของเส้นโค้ง IV เพื่อดึงพลังงานออกมามากที่สุดแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมบนขั้ว PV จะสั่นกำลังที่ดึงออกมาจากระบบ ส่งผลให้

กำลังขับเฉลี่ยที่ต่ำกว่า (รูปที่ 3)ตัวเก็บประจุจะถูกเพิ่มเข้าไปในบัสเพื่อทำให้แรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมเรียบขึ้น

รูปที่ 3: ระลอกแรงดันไฟฟ้าที่นำไปใช้กับขั้วต่อ PV โดยโครงร่างอินเวอร์เตอร์ PWM จะเลื่อนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ออกจากจุดกำลังสูงสุด (MPP) ของอาร์เรย์ PVสิ่งนี้แนะนำการกระเพื่อมในเอาท์พุตกำลังของอาเรย์เพื่อให้กำลังเอาท์พุตเฉลี่ยต่ำกว่า MPP ที่ระบุ

แอมพลิจูด (จุดสูงสุดถึงจุดสูงสุด) ของแรงดันไฟฟ้ากระเพื่อมถูกกำหนดโดยความถี่สวิตชิ่ง แรงดันไฟฟ้า PV ความจุบัส และการเหนี่ยวนำตัวกรองตาม:

ที่ไหน:

VPV คือแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงของแผงโซลาร์เซลล์

Cbus คือความจุของตัวเก็บประจุบัส

L คือการเหนี่ยวนำของตัวเหนี่ยวนำตัวกรอง

fPWM คือความถี่สวิตชิ่ง

สมการ (1) ใช้กับตัวเก็บประจุในอุดมคติที่ป้องกันไม่ให้ประจุไหลผ่านตัวเก็บประจุระหว่างการชาร์จ จากนั้นคายประจุพลังงานที่อยู่ในสนามไฟฟ้าโดยไม่มีความต้านทานในความเป็นจริง ไม่มีตัวเก็บประจุใดที่เหมาะสมที่สุด (รูปที่ 4) แต่ประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่างนอกจากความจุในอุดมคติแล้ว อิเล็กทริกยังไม่สามารถต้านทานได้อย่างสมบูรณ์ และกระแสรั่วไหลเล็กน้อยจะไหลจากขั้วบวกไปยังแคโทดไปตามความต้านทานไฟไนต์สับต์ (Rsh) โดยจะข้ามความจุไดอิเล็กทริก (C)เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวเก็บประจุ พิน ฟอยล์ และไดอิเล็กทริกไม่สามารถนำไฟฟ้าได้อย่างสมบูรณ์ และมีความต้านทานอนุกรม (ESR) อนุกรมกับความจุไฟฟ้าในที่สุด ตัวเก็บประจุจะกักเก็บพลังงานบางส่วนไว้ในสนามแม่เหล็ก ดังนั้นจึงมีการเหนี่ยวนำอนุกรมที่เทียบเท่า (ESL) ในอนุกรมที่มีความจุและ ESR

รูปที่ 4: วงจรสมมูลของตัวเก็บประจุทั่วไปคาปาซิเตอร์ก็คือประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไม่เหมาะจำนวนมาก รวมถึงความจุไดอิเล็กทริก (C) ความต้านทานแบบแบ่งแบบไม่สิ้นสุดผ่านอิเล็กทริกที่เลี่ยงผ่านตัวเก็บประจุ ความต้านทานแบบอนุกรม (ESR) และตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรม (ESL)

แม้แต่ในส่วนประกอบที่ดูเรียบง่ายเหมือนตัวเก็บประจุ ยังมีองค์ประกอบหลายอย่างที่อาจเสียหายหรือเสื่อมสภาพได้องค์ประกอบแต่ละอย่างเหล่านี้อาจส่งผลต่อพฤติกรรมของอินเวอร์เตอร์ทั้งด้านไฟฟ้ากระแสสลับและกระแสตรงเพื่อตรวจสอบการเสื่อมสภาพของผลกระทบของส่วนประกอบตัวเก็บประจุที่ไม่เหมาะที่มีต่อแรงดันไฟฟ้าที่กระเพื่อมผ่านขั้วต่อ PV จึงจำลองอินเวอร์เตอร์ H-bridge แบบ Unipolar แบบ PWM (รูปที่ 2) โดยใช้ SPICEตัวเก็บประจุตัวกรองและตัวเหนี่ยวนำจะอยู่ที่ 250µF และ 20mH ตามลำดับแบบจำลอง SPICE สำหรับ IGBT ได้มาจากการทำงานของ Petrie และคณะ สัญญาณ PWM ซึ่งควบคุมสวิตช์ IGBT ถูกกำหนดโดยวงจรเปรียบเทียบและวงจรเปรียบเทียบการกลับด้านสำหรับสวิตช์ IGBT ฝั่งสูงและต่ำตามลำดับอินพุตสำหรับตัวควบคุม PWM คือคลื่นพาหะไซน์ 9.5V, 60Hz และคลื่นสามเหลี่ยม 10V, 10kHz