PL229067B1 - Circuit of the DC/DC/AC converter - Google Patents
Circuit of the DC/DC/AC converterInfo
- 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
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)
Abstract
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
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.The subject of the invention is a DC / DC / AC converter system converting energy from renewable energy sources (RES), in particular from photovoltaic panels with parasitic capacities, to a single-phase power grid.
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.With the help of photovoltaic (PV) panels, the energy of light radiation can be converted into electricity. In this aspect, PV can be thought of as a current-limited unregulated DC source. PV energy can be used directly for one's own needs, without processing (e.g. directly on a heater), it can be stored by charging batteries or given to the power grid. PV has a large surface area, which in some cases can lead to a build-up of capacitance between the PV panels and the ground. This capacity, of the order of 150-750 pF for a power of 3 kW, does not seem to be large. However, if one takes into account the phenomena that occur in electrical energy conversion devices, the existence of this capacity causes a closed path for the flow of current at certain frequencies, and thus, a potential risk of human shock or damage to property (which may even lead to fire and spark damage). fire). A block diagram of a classic DC / DC / AC converter known from the state of the art, converting energy from Renewable Energy Sources (RES), is shown in 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.The existence of the leakage capacity gives rise to at least two paths between which the so-called residual current (leakage current; ilckg) can flow. The cause of this current is noise on the DC bus. Ideally, when the DClink voltage is constant, no current will flow (the PV capacitance is taken as an open circuit). However, when the voltage fluctuates across the DClink, the capacitance is the reactance, meaning that it allows the AC to flow. In such a system, there are disturbances resulting from several factors. First of all, the DClink shows ripple caused by cooperation with a single-phase network, amounting to about 100 Hz. Due to the switching of transistors in DC / DC and DC / AC blocks, high-frequency disturbances are generated. While the high-frequency components (greater than 50 kHz) will be eliminated by the EMC filter (ElectroMagnetic Compatibility), there remains the problem of components that result directly from switching and mains ripple.
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.Currently, there are two trends in solving this problem: with the use of a transformer and without a transformer. The transformer (low or high frequency) enables the leakage current path in the converter to be interrupted. However, it is burdened with quite high losses and relatively low efficiencies (in the range of 90-94%). Nowadays, any additional loss of efficiency in voltage / current conversion is not advisable. Transformerless solutions are nowadays preferred because they are characterized by relatively high efficiency (96-98%) and lower cost compared to transformers. These solutions can be divided into two groups: active and passive.
W europejskich patentach EP1626494B1 oraz EP2290797B1 przedstawiono aktywne sposoby niwelowania prądu upływu w tego typu systemach, realizowane przez układ o „topologii H5.The European patents EP1626494B1 and EP2290797B1 present active methods of eliminating the leakage current in such systems, implemented by a system with "H5 topology."
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).Generally presented methods of reducing the leakage current consist in disconnecting the DC bus at the moments of switching the transistors, which reduces the oscillations introduced on the DC bus. In each case, a low-pass filter appears in the form of inductances L1 and L2, thanks to which it is possible to control the current delivered to the network. This topology of course also requires the use of an EMC filter. Moreover, the use of active components carries the risk of their damage, e.g. as a result of aging. In addition, the cost of the control (additional PWM signal) and the control system (additional driver with voltage source for an isolated MOSFET transistor) increases.
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).Alternatively, passive leakage current elimination systems are used. These are systems based on LC and LCL filters. Compared to active leakage current reduction methods, they require more passive elements as well as an additional EMC filter. Current control in such a system is more demanding because couplings of two variables (e.g. current and output voltage) are needed. Additionally, resonance-induced overvoltages can occur on the elements in LC and LCL filters. This resonance may occur for specific conditions in the network (e.g. cooperation with a thyristor converter, motors, other unpredictable loads).
Problemem technicznym stawianym przed niniejszym wynalazkiem jest zapewnienie takiego układu przekształtnika DC/DC/AC, który będzie zapewniał lepszą eliminację prądu upływu w układzie,The technical problem faced by the present invention is to provide a DC / DC / AC converter system that will provide better elimination of leakage current in the system,
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.The PL 229 067 B1 will be characterized by a limited number of components, without active elements, which will have a positive effect on the economic effect, will have favorable disturbance characteristics, and will be a durable, reliable and stable solution. Unexpectedly, the technical problems mentioned above were solved by the present invention.
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.The subject of the invention is a DC / DC / AC converter system converting energy from Renewable Energy Sources, in particular from photovoltaic panels, containing an input filter connected to a voltage converter, which in turn is connected to the charge storage system, and then the system is connected to a bridge transistor, further a low-pass filter, an output filter and a mains connection, characterized in that the low-pass filter is a magnetically coupled inductor. Preferably, the circuit further comprises a control circuit operatively connected to the input filter, voltage converter, transistor bridge and output filter. Functional connection of the control system with other elements of the converter system means collecting measurement data from meters included in the blocks of the output and input filter, controlling the operation of the voltage converter and the transistor bridge. Even more preferably, the control system is a DSP processor, an ARM core processor, an FPGA chip with appropriate peripherals. In a preferred embodiment of the invention, the input filter and / or the output filters are an EMC filter. In another preferred embodiment of the invention, the voltage converter is a boost, soft switching boost or interleaved boost converter. In a further preferred embodiment of the invention, the charge storage system is an electrical component selected from the group consisting of: a capacitor, a supercapacitor, a battery, a flow battery, a resonant circuit, or a charge storage system is a magnetic energy storage superconductor system. Preferably, the transistor bridge is a bridge selected from the topology including: H-bridge, Half-bridge, 3-phase bridge, multilevel matrix converter, multilevel dclink converter. Equally preferably, the mains connection is a single-phase mains connection with an alternating voltage of 230 V and a frequency of 50 Hz. By introducing modifications in the coupled coil from single-phase to three-phase, it is possible to use this system in a three-phase network for higher rated power of the device.
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.The DC / DC / AC converter system according to the invention converts energy from renewable energy sources, in particular in the form of photovoltaic panels, taking into account the leakage capacity and resistance through which leakage current can flow, which negatively affects the efficiency of transfer of the collected energy to a single-phase or three-phase connection network. In this system, the leakage current was significantly reduced, increasing the current efficiency of the entire photovoltaic system. What's more, the use of a magnetically coupled inductor allowed not only to eliminate leakage current, but also ensured a reduced number of DC / DC / AC converter components, which in turn is a solution with higher durability and reliability and a lower overall cost compared to the solutions known from state of the art. Moreover, the use of a magnetically coupled induction coil did not introduce additional disturbances to the system, and the closing of the system in the housing limited the negative impact of the magnetic field generated by the coil on emission disturbances.
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.Exemplary implementation of the invention is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a simplified model of a DC / DC / AC converter known from the prior art, Fig. 2 shows a block diagram of a DC / DC / AC converter circuit according to the invention, Fig. 3 shows a noise waveform in 4 shows the leakage current waveform of the prior art circuit for the first case of PV panels, FIG. 5 shows the leakage current waveform of the prior art circuit for the second case of PV panels, FIG. 6 shows the leakage current waveform of the circuit according to the invention for the first case of photovoltaic panels, while Fig. 7 shows the leakage current waveform in the system according to the invention for the second case of photovoltaic panels.
P r z y k ł a dP r z k ł a d
Schemat blokowy układu przekształtnika DC/DC/AC według wynalazku przedstawiono na fig. 2, na którym kolejne odnośniki numeryczne oznaczają:A block diagram of a DC / DC / AC converter system according to the invention is shown in Fig. 2, in which the following reference numerals represent:
- Odnawialne Źródło Energii, np. panele fotowoltaiczne, o nieregulowanym napięciu DC, z zakresu 25-400 V,- Renewable Energy Source, e.g. photovoltaic panels, with unregulated DC voltage, in the range of 25-400 V,
- Filtr wejściowy EMC,- EMC input filter,
- Klasyczna przetwornica typu boost, regulująca na stałym poziomie napięcie z OZE 1 do- Classic boost converter that regulates the voltage from RES 1 to a constant level
DC-Link 4,DC-Link 4,
- DC-Link, duży kondensator/superkondensator/akumulator magazynujący ładunek,- DC-Link, large capacitor / supercapacitor / charge storage battery,
- Mostek tranzystorowy na przykład w postaci H-bridge,- Transistor bridge, for example in the form of H-bridge,
PL 229 067 B1PL 229 067 B1
- Filtr dolnoprzepustowy realizowany za pomocą dużej cewki sprzężonej magnetycznie,- Low-pass filter implemented by a large magnetically coupled coil,
- Filtr wyjściowy EMC,- EMC output filter,
- Jednofazowe przyłącze sieciowe 230 Vac, 50 Hz,- Single-phase mains connection 230 Vac, 50 Hz,
- Uproszczony model pojemności paneli fotowoltaicznych,- Simplified model of the capacity of photovoltaic panels,
- Procesor DSP z peryferiami, nadzorujący pracę przekształtnika (realizacja pomiarów, moduł- DSP processor with peripherals, supervising the converter operation (measurements, module
MPPT, moduł PLL, sterowanie, komunikacja, archiwizacja danych).MPPT, PLL module, control, communication, data archiving).
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.Renewable Energy Source 1 is generating an unregulated DC voltage. This voltage is converted by the converter 3 and stabilized on the DC-Link 4 line. Using the properties of the low-pass filter 6, the transistor bridge 5 generates voltage pulses forcing the current flow. The filter 6 allows the current to be shaped using appropriate control algorithms. The current generated in this way is transferred to the single-phase mains connection 8. The entire operation of the DC / DC / AC converter is supervised by the DSP processor 10, which collects current / voltage measurements, calculates the maximum operating point and controls the converter 3 and bridge 5 in such a way that the energy 8 from RES 1 transferred to the grid was maximum and met all the required standards imposed by the energy sector. The EMC input filter 2 and the EMC output filters 7 filter out line high frequency noise to meet the required EMC standards.
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.Particularly noteworthy is the capacity of photovoltaic panels 9. Photovoltaic panels occupy a large area. This surface causes a capacitance to ground, which in transformerless solutions creates a new path for high-frequency current, which is disadvantageous and poses a danger to personnel working in the vicinity of the panels and the converter. This capacity is estimated at 150-750 pF for single-phase installations up to a power of 3 kW and strongly depends on the weather conditions. The capacity of photovoltaic panels 9 can be represented by a series combination of capacitance and resistance, e.g. Cleak = 330 pF for the first case of photovoltaic panels, characterized by a system of 10-12 series connected mono- or polycrystalline silicon panels with a power of 200-250 W and a voltage of 25-35 V each, Cleak = 660 pF, Rleak = 1 Ω, for the second case of photovoltaic panels, characterized by a system of 20-24 serially connected mono- or polycrystalline silicon panels with a power of 200-250 W and a voltage of 25-35 V each.
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).It should be noted that the low-pass filter 6, in the form of a magnetically coupled coil with a high leakage inductance (e.g. 2.5 mH), has two functions. The first is the introduction of the inductance described above as a low-pass filter for shaping the current fed to the mains connection 8. It arises from the phenomenon of the leakage inductance, which is usually treated as a parasitic phenomenon. The second function is to use a magnetic coupling to eliminate currents wishing to flow through the capacitance of the photovoltaic panels 9. Since the leakage current always flows through only one winding of the low-pass filter 6, the magnetic coupling introduces a significant inductance into its path, creating a low-pass filter with a very early cut-off frequency. effectively eliminating it. This solution works regardless of the method of controlling the transistor bridge 5 (unipolar or bipolar).
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.In the DC / DC / AC converter system according to the invention, the system noise and leakage current waveforms were measured for two different cases of photovoltaic panels, which were characterized by a Cleak leakage capacity of 330 pF and 660 pF, respectively, and a Rleak leakage resistance of 1 Ω for both cases. The waveforms were generated by observing the current flowing in the Cleak and Rleak branch with the A622 current probe (measurement on one turn, unless otherwise stated) and recorded on a Tektronix TBS 1102B oscilloscope. The obtained results were compared with analogous measurements in the system known from the state of the art, shown in 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 stanuFig. 3 shows the noise characteristics of the non-operating circuit to show the amount of noise in the circuit itself relating to the background. The noise characteristics will make it possible to compare the leakage current waveform in the system known from the state of the art with the system according to the invention. Comparing the leakage current waveforms from Fig. 4 (system known from the prior art) and Fig. 6 (system according to the invention), obtained for the first case of a system of photovoltaic panels, characterized by a leakage capacity Cleak = 330 pF, connected in series with the leakage resistance Rleak = 1 Ω, there is a significant improvement in the elimination of leakage current by using the DC / DC / AC converter according to the present invention. In the system known from the state of the art, the peak-peak amplitude of the leakage current reaches approx. 800 mA, while in the system according to the invention, a reduction of this waveform to the system noise value was observed. Similarly, comparing the leakage current waveforms from Fig. 5 (the system known from the state
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.PL 229 067 B1) and Fig. 7 (system according to the invention), obtained for the second case of a system of photovoltaic panels, characterized by a leakage capacity Cieak = 660 pF, connected in series with the leakage resistance Rieak = 1 Ω, a significant improvement in the elimination of leakage current is visible using the DC / DC / AC converter according to the present invention, which confirms the beneficial operation of this system. Likewise, in the system of the prior art the peak-peak amplitude of the leakage current is in excess of 1500 mA, while in the system according to the invention the leakage current is reduced again below the noise value so that only the background waveform is visible.
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.Due to the elimination of active elements, the DC / DC / AC converter is a solution with higher durability and reliability, and a total lower cost compared to the solutions known from the state of the art, ensuring the elimination of leakage current at a similar level. Moreover, after closing the converter system in the housing, the magnetic field generated by the coil does not escape, which limits the negative impact on the generation of emission disturbances.
Claims (8)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL412104A PL229067B1 (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Circuit of the DC/DC/AC converter |
| EP16732784.0A EP3286826A1 (en) | 2015-04-24 | 2016-04-21 | Dc/dc/ac converter system |
| PCT/PL2016/050014 WO2016171575A1 (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 (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Circuit of the DC/DC/AC converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL412104A1 PL412104A1 (en) | 2016-11-07 |
| PL229067B1 true PL229067B1 (en) | 2018-06-29 |
Family
ID=56264017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL412104A PL229067B1 (en) | 2015-04-24 | 2015-04-24 | Circuit of the DC/DC/AC converter |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3286826A1 (en) |
| PL (1) | PL229067B1 (en) |
| WO (1) | WO2016171575A1 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107894544B (en) * | 2017-11-16 | 2019-11-26 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | A kind of localization method of region direct-current ground potential fluctuation sources |
| CN111654183B (en) * | 2020-06-12 | 2021-10-29 | 深圳英飞源技术有限公司 | DC-DC conversion device and control method thereof |
| CN111900754B (en) * | 2020-07-20 | 2022-02-08 | 广州智光电气技术有限公司 | Parallel energy storage system converter control method and device and parallel energy storage system |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004030912B3 (en) | 2004-06-25 | 2006-01-19 | Sma Technologie Ag | Method for converting a direct electrical voltage of a DC voltage source, in particular a photovoltaic DC voltage source into an AC voltage |
| KR101357445B1 (en) * | 2010-01-13 | 2014-02-03 | 가부시끼가이샤 도시바 | Grid-tie inverter |
| AU2011313939B2 (en) * | 2010-10-12 | 2015-04-09 | American Superconductor Corporation | Centralized power conditioning |
| WO2013035801A1 (en) * | 2011-09-09 | 2013-03-14 | 三洋電機株式会社 | Charge storage system, charging/discharging circuit, and utility interconnection device |
-
2015
- 2015-04-24 PL PL412104A patent/PL229067B1/en unknown
-
2016
- 2016-04-21 WO PCT/PL2016/050014 patent/WO2016171575A1/en active Application Filing
- 2016-04-21 EP EP16732784.0A patent/EP3286826A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016171575A1 (en) | 2016-10-27 |
| EP3286826A1 (en) | 2018-02-28 |
| PL412104A1 (en) | 2016-11-07 |
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 | |
| Chen et al. | Low-frequency common-mode voltage control for systems interconnected with power converters | |
| CN102025145B (en) | Bidirectional chopper-based direct current active power filter and control method thereof | |
| CN104953605A (en) | Interphase unbalance management circuit, system and method for three-phase network | |
| CN103915856B (en) | A kind of base station is grid-connected-charging photovoltaic micro-inverter system and control method thereof | |
| CN204967652U (en) | Subway energy feedback device | |
| US20120163044A1 (en) | Multilevel power converter or inverter arrangement using h bridges | |
| US9209626B2 (en) | Parallelable three-phase photovoltaic power converter | |
| CN102005772B (en) | Network combination inversion system and control method thereof | |
| Madhusoodhanan et al. | Three-phase 4.16 kV medium voltage grid tied AC-DC converter based on 15 kV/40 a SiC IGBTs | |
| CN103441504A (en) | Series compensation low-voltage ride-through device with self-charging function and control method thereof | |
| PL229067B1 (en) | Circuit of the DC/DC/AC converter | |
| Fan et al. | Application of superconducting-magnetic-energy-storage-based current-source active power filter in photovoltaics for harmonic mitigation | |
| CN107026475B (en) | A kind of distributed solar electricity generation system enters network control method | |
| CN106416031A (en) | Transient current protection device for electrical energy conversion systems connected to the power grid | |
| CN205141694U (en) | Circuit is administered to alternate disequilibrium of three -phase grid | |
| CN103986362A (en) | Z-source inverter circuit | |
| CN116345940A (en) | Inverter and control method thereof | |
| Kannan et al. | Power quality improvement using UPQC for grid interconnected renewable energy sources | |
| Lampiao et al. | Control of an autonomous hybrid microgrid as energy source for a small rural village | |
| CN209344804U (en) | Photovoltaic combining inverter | |
| CN109274281A (en) | The inhibition system and suppressing method of photovoltaic combining inverter low frequency input pulsating current | |
| CN102157954B (en) | Photovoltaic inverter | |
| CN102768319B (en) | Device for testing reliabilities of photovoltaic grid-connected inverters |