RU169129U1 - POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS - Google Patents

POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS Download PDF

Info

Publication number
RU169129U1
RU169129U1 RU2016123599U RU2016123599U RU169129U1 RU 169129 U1 RU169129 U1 RU 169129U1 RU 2016123599 U RU2016123599 U RU 2016123599U RU 2016123599 U RU2016123599 U RU 2016123599U RU 169129 U1 RU169129 U1 RU 169129U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fem
power
efficiency
converters
increasing
Prior art date
Application number
RU2016123599U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Алексеевич Крюков
Иван Владимирович Бровкин
Григорий Викторович Цепилов
Original Assignee
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна") filed Critical Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московской области "Университет "Дубна" (Государственный университет "Дубна")
Priority to RU2016123599U priority Critical patent/RU169129U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU169129U1 publication Critical patent/RU169129U1/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H02J5/00—Circuit arrangements for transfer of electric power between ac networks and dc networks
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/40—Fuel cell technologies in production processes

Abstract

Заявленное техническое решение относится к отрасли преобразования солнечной энергии и направлено на повышение эффективности работы фотоэлектрических станций.Технической задачей полезной модели является повышение эффективности преобразования электрической энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими станциями в электроэнергию промышленной частоты, увеличение вырабатываемой ФЭС мощности и повышение эффективности расходования дорогостоящих ресурсов.Данная задача решается за счет использования для отбора мощности от ФЭМ параллельно скоммутированных повышающих преобразователей, увеличивающих вырабатываемое ФЭМ постоянное напряжение до значений 600-700 В, которые имеют эффективность не менее 96% и выполнены по резонансной схеме, с реализацией за счет цифрового управления алгоритма слежения за точкой максимальной мощности ФЭМ, алгоритмов самодиагностики, контроля состояния ФЭМ и с возможностью включения ФЭС в информационную сеть для мониторинга параметров ФЭМ и преобразователей. Для преобразования постоянного напряжения, вырабатываемого ФЭП, в электроэнергию промышленной частоты используется мощный инвертор промышленного класса с возможностью внешнего управления.The claimed technical solution relates to the solar energy conversion industry and is aimed at increasing the efficiency of photovoltaic stations. The technical task of the utility model is to increase the efficiency of converting electric energy generated by photovoltaic stations into industrial frequency electricity, increasing the power generated by photovoltaic power plants and increasing the efficiency of spending expensive resources. solved by using parallel for power take-off from FEM but commutated step-up converters that increase the generated FEM DC voltage to values of 600-700 V, which have an efficiency of at least 96% and are made according to the resonant circuit, with digital control algorithm for tracking the point of maximum power of the FEM, self-diagnosis algorithms, monitoring the state of the FEM and with the possibility of including FES in the information network for monitoring the parameters of the FEM and converters. A powerful industrial-grade inverter with the possibility of external control is used to convert the constant voltage generated by the photovoltaic cell into electric power of industrial frequency.

Description

Заявленное техническое решение относится к отрасли преобразования солнечной энергии и направлено на повышение эффективности преобразования электрической энергии, вырабатываемойThe claimed technical solution relates to the solar energy conversion industry and is aimed at increasing the efficiency of the conversion of electric energy generated

фотоэлектрическими станциями (ФЭС) в электроэнергию промышленной частоты, увеличении вырабатываемой ФЭС мощности и повышении эффективности расходования дорогостоящих ресурсов.photovoltaic stations (FES) into industrial frequency electricity, increasing the power generated by FES and increasing the efficiency of spending expensive resources.

Использование высокоэффективной системы отбора мощности (СОМ) является необходимым условием для обеспечения выработки максимальной электрической мощности фотоэлектрической станции, помимо использования высокоэффективных фотоэлектрических модулей (ФЭМ). Важнейшим элементом оптимизации конструктивного решения СОМ, позволяющим повысить эффективность ФЭС и по совокупности энергетических и экономических показателей достичь ее конкурентоспособности на внутреннем и мировом рынке является минимизация потерь постоянного напряжения, вырабатываемого в процессе эксплуатации ФЭМ, для его дальнейшей высокоэффективной передачи и преобразования в электроэнергию промышленной частоты.The use of a highly efficient power take-off system (COM) is a prerequisite for ensuring the generation of maximum electric power from a photovoltaic station, in addition to the use of highly efficient photovoltaic modules (FEM). The most important element in optimizing the design solution of the COM, which allows increasing the efficiency of the photovoltaic system and, by the combination of energy and economic indicators, to achieve its competitiveness in the domestic and world markets, is to minimize the loss of constant voltage generated during the operation of the FEM for its further highly efficient transmission and conversion into industrial frequency electricity.

Из предыдущих разработок известно изобретение (патент США US 2007/0252716 А1, от 01.11.2007 г.), представляющее собой СОМ, состоящую из подключаемого к ФЭМ инвертора, оснащенного электронным блоком управления, обеспечивающим диагностику модуля инвертора, и возможность подключения к шине данных для удаленного мониторинга статуса солнечного инвертора на коммуникационную шину, и управления его работой. Это позволяет объединять несколько отдельных гелиоустановок в единую сеть для обеспечения эффективной работы и оперативного устранения возникающих неисправностей.From previous developments, the invention is known (US patent US 2007/0252716 A1, dated 01.11.2007), which is a COM consisting of an inverter connected to the FEM, equipped with an electronic control unit for diagnosing the inverter module, and the ability to connect to the data bus for remote monitoring of the status of the solar inverter on the communication bus, and control of its operation. This allows you to combine several separate solar installations into a single network to ensure efficient operation and prompt elimination of malfunctions.

Недостатком такого решения является отсутствие реализации алгоритма слежения за рабочей точкой ФЭМ (так называемого МРРТ-алгоритма), что существенно снижает общую эффективность работы ФЭМ и необходимость дополнительной синхронизации по фазе переменного тока, вырабатываемого несколькими инверторами, соединенными в единую сеть. Рассинхронизация по фазе переменного тока при подаче его в общую энергосистему может привести к серьезным повреждениям как генерирующего, так и сетевого оборудования. Установка дополнительного синхронизирующего оборудования также приводит к потерям электроэнергии и росту стоимости системы в целом.The disadvantage of this solution is the lack of the implementation of an algorithm for tracking the working point of the FEM (the so-called MRPT algorithm), which significantly reduces the overall efficiency of the FEM and the need for additional synchronization in the phase of the alternating current generated by several inverters connected to a single network. An out-of-phase phase synchronization of an alternating current during its supply to the general power system can lead to serious damage to both generating and network equipment. The installation of additional synchronization equipment also leads to energy losses and an increase in the cost of the system as a whole.

Известна также конструкция (патент США US 8853888 В2, от 07.10.2014 г.) представляющая собой элемент СОМ, а именно повышающий преобразователь постоянного тока с множеством входов, который способен на диверсификацию мощности между различными источниками энергии с различными вольт-амперными характеристиками. Такой преобразователь подключается на выход ФЭМ и обеспечивает на входе инвертора напряжение на уровне 600-700 В, что позволяет существенно снизить потери в проводниках при передаче энергии от ФЭМ к инвертору.There is also known a design (US patent US 8853888 B2, dated 07.10.2014) which is a COM element, namely a step-up DC-DC converter with many inputs, which is capable of diversifying power between different energy sources with different current-voltage characteristics. Such a converter is connected to the FEM output and provides a voltage of 600-700 V at the inverter input, which can significantly reduce losses in the conductors during energy transfer from the FEM to the inverter.

Недостатком такого решения является отсутствие электронного управления, что снижает эффективность преобразователя и не позволяет объединить несколько подобных преобразователей в единую сеть для осуществления удаленного управления. Также к недостаткам можно отнести необходимость использования дополнительного контроллера для реализации МРРТ-алгоритма.The disadvantage of this solution is the lack of electronic control, which reduces the efficiency of the converter and does not allow combining several of these converters into a single network for remote control. The disadvantages include the need to use an additional controller to implement the MRPT algorithm.

Также известно решение (патент США US 8138638 В2, от 20.03.2012 г.), в котором в состав СОМ включен высокоэффективный повышающий преобразователь бестрансформаторной конструкции, работающий в резонансном режиме, и подключаемый на выход ФЭМ, что обеспечивает на входе инвертора напряжение 600-700 В и минимизацию потерь на передачу электроэнергии внутри СОМ. Особенностью указанного преобразователя является бестрансформаторное схемотехническое решение, обеспечивающее при минимальных массогабаритных параметрах высокую эффективность преобразования.A solution is also known (US patent US 8138638 B2, dated March 20, 2012), in which the high-efficiency boost converter of a transformerless design operating in resonant mode and connected to the output of the FEM is included in the COM, which provides a voltage of 600-700 at the inverter input B and minimization of losses on electric power transmission inside the COM. A feature of this converter is a transformerless circuitry solution that provides high conversion efficiency with minimal weight and size parameters.

Недостатком такого решения является необходимость использования дополнительного контроллера для реализации МРРТ алгоритма съема мощности с ФЭМ, что, как уже указывалось, снижает эффективность системы в целом, усложняет и увеличивает стоимость конструкции ФЭС. Особенности схемотехнического решения, хотя и обеспечивают высокую эффективность работы из-за отсутствия микроконтроллерного управления, усложняют объединение нескольких приборов в единую информационно-управляющую сеть.The disadvantage of this solution is the need to use an additional controller to implement the MRI algorithm of power removal with FEM, which, as already mentioned, reduces the efficiency of the system as a whole, complicates and increases the cost of the design of the PVS. The features of the circuitry solution, although they provide high work efficiency due to the lack of microcontroller control, complicate the integration of several devices into a single information-control network.

Также ранее было разработано конструктивное решение (европейский патент ЕР 2899880 А1, от 29.07.2015 г.), представляющее собой максимально упрощенный вариант СОМ, в котором в модуль солнечной батареи интегрирован инвертор (так называемый микроинвертор), который непосредственно осуществляет преобразование постоянного тока в переменный и обеспечивает на выходе ФЭМ ток промышленной частоты. Такое расположение инвертора минимизирует потери электроэнергии в проводниках внутри СОМ и облегчает реализацию алгоритма МРРТ, а также обеспечивает компактность и малую массу ФЭС, что облегчает установку солнечных батарей на крышах домов.Also, a constructive solution was previously developed (European patent EP 2899880 A1, dated July 29, 2015), which is the most simplified version of COM, in which an inverter (the so-called micro-inverter) is integrated into the solar module, which directly converts DC to AC and provides the output of the FEM current of industrial frequency. This arrangement of the inverter minimizes the loss of electricity in the conductors inside the COM and facilitates the implementation of the MRPT algorithm, as well as provides compactness and small mass of photovoltaic systems, which facilitates the installation of solar panels on the roofs of houses.

Недостатком указанного решения является сравнительно невысокая эффективность микроинвертора, не превышающая обычно 93-94%, в то время как эффективность мощных инверторов промышленного класса, применяемых в составе СОМ традиционной конструкции может достигать 98%. Также при использовании в составе ФЭС более чем одного генерирующего ФЭМ может возникать проблема согласования фаз переменного тока, вырабатываемого несколькими микроинверторами. Прототипом, наиболее близким к предлагаемой конструкции можно считать (патент США US 2014/0084695 А1, от 27.03.2014 г.) конструкцию СОМ, основанную на массиве последовательно соединенных микроинверторов, соединенных общей шиной переменного тока для соединения микроинверторов последовательно, и управляемых внешним контроллером, обеспечивающим контроль рабочих параметров микроинверторов и согласование фаз вырабатываемого ими переменного тока для его передачи в общественную энергосеть. Недостатком прототипа является усложненное схемотехническое решение СОМ, в котором в силу использования микроинверторов необходимо использовать внешний управляющий прибор для согласования фаз переменного тока, а также невысокую эффективность микроинверторов (93-94%) в сравнении с инверторами промышленного класса. Также последовательное соединение микроинверторов не позволяет отключить поврежденный или вышедший из строя ФЭМ или микроинвертор без существенного вмешательства в электросхему ФЭС, что усложняет реализацию внешнего удаленного управления.The disadvantage of this solution is the relatively low efficiency of the micro-inverter, usually not exceeding 93-94%, while the efficiency of powerful industrial-grade inverters used as part of a traditional design COM can reach 98%. Also, when using more than one generating FEM as part of an FES, a problem of matching the phases of the alternating current generated by several microinverters may arise. The prototype closest to the proposed design can be considered (US patent US 2014/0084695 A1, dated 03/27/2014) a COM design based on an array of microinverters connected in series, connected by a common AC bus to connect microinverters in series, and controlled by an external controller, providing control over the operating parameters of microinvertors and matching phases of the alternating current generated by them for its transmission to the public grid. The disadvantage of the prototype is the complicated circuitry solution of the COM, in which, due to the use of microinverters, it is necessary to use an external control device for matching the phases of alternating current, as well as the low efficiency of microinverters (93-94%) in comparison with industrial inverters. Also, the serial connection of microinverters does not allow disconnecting a damaged or malfunctioning FEM or microinverter without significant interference in the FES electrical circuit, which complicates the implementation of external remote control.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении эффективности преобразования электрической энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими станциями в электроэнергию промышленной частоты, увеличении вырабатываемой ФЭС мощности и повышении эффективности расходования дорогостоящих ресурсов.The problem to which the claimed technical solution is directed is to increase the efficiency of converting electrical energy generated by photovoltaic stations into industrial frequency electricity, increasing the power generated by the photovoltaic power station and increasing the efficiency of spending expensive resources.

Данная задача решается за счет использования для отбора мощности от ФЭМ параллельно скоммутированных повышающих преобразователей (ПП), увеличивающих вырабатываемое ФЭМ постоянное напряжение до значений 600-700 В, которые имеют эффективность не менее 96% и выполнены по резонансной схеме с реализацией за счет цифрового управления алгоритмов самодиагностики, контроля состояния ФЭМ и алгоритма слежения за точкой максимальной мощности ФЭМ, с возможностью включения ФЭС в информационную сеть для мониторинга параметров ФЭМ и преобразователей, а также для преобразования постоянного напряжения вырабатываемого ФЭП в электроэнергию промышленной частоты используется мощный инвертор промышленного класса с возможностью внешнего управления.This problem is solved by using parallel-switched step-up converters (PP) for power take-off from the FEM, increasing the DC voltage generated by the FEM to values of 600-700 V, which have an efficiency of at least 96% and are made according to the resonant circuit with the implementation of digital control algorithms self-diagnostics, monitoring the state of the FEM and the tracking algorithm for the point of maximum power of the FEM, with the possibility of including the FES in the information network to monitor the parameters of the FEM and converters, and Also, a powerful industrial-grade inverter with the possibility of external control is used to convert the constant voltage of the generated photomultiplier to industrial frequency electricity.

Предложенная система отбора мощности фотоэлектрической станции имеет следующие отличительные особенности:The proposed photovoltaic power take-off system has the following distinctive features:

- для отбора мощности от ФЭМ используются скоммутированные параллельно повышающие преобразователи, увеличивающие вырабатываемое ФЭМ постоянное напряжение до значений 600-700 В и снижающие потери на передачу электроэнергии между элементами СОМ в 9,7 раза;- to take power from the FEM, parallel-boosted converters are used to increase the DC voltage generated by the FEM to 600-700 V and reduce losses on the transmission of electricity between COM elements by 9.7 times;

- повышающие преобразователи выполнены по резонансной схеме с цифровым управлением и имеют эффективность не менее 96%;- step-up converters are made according to the resonant circuit with digital control and have an efficiency of at least 96%;

- в повышающих преобразователях реализован алгоритм слежения за точкой максимальной мощности ФЭМ под управлением микроконтроллера, что увеличивает эффективность отбора мощности ФЭМ на 25% и объединение в информационную сеть для мониторинга параметров ФЭМ и самодиагностики;- step-up converters implement an algorithm for tracking the point of maximum power of the FEM under the control of the microcontroller, which increases the efficiency of power take-off of the FEM by 25% and integration into an information network for monitoring the parameters of the FEM and self-diagnosis;

- для преобразования постоянного напряжения, вырабатываемого ФЭМ в электроэнергию промышленной частоты массив последовательно соединенных микроинверторов заменен на мощный инвертор промышленного класса с возможностью внешнего управления.- to convert the DC voltage generated by the FEM to industrial frequency electricity, the array of microinverters connected in series has been replaced by a powerful industrial class inverter with the possibility of external control.

Использование в составе СОМ повышающего преобразователя, обеспечивающего повышение постоянного напряжения, вырабатываемого в процессе эксплуатации ФЭМ, для его дальнейшей высокоэффективной передачи и преобразования представляется перспективным путем повышения эффективности системы отбора мощности. При этом, поскольку в зависимости от дневного изменения солнечного излучения изменяется и вырабатываемая ФЭМ электрическая мощность, то конструктивное решение повышающего преобразователя и СОМ должно разрабатываться с учетом всего диапазона преобразуемой электрической мощности.The use of a boost converter as part of the COM, which provides an increase in the DC voltage generated during the operation of the FEM, for its further highly efficient transmission and conversion seems to be a promising way to increase the efficiency of the power take-off system. Moreover, since the electric power generated by the FEM changes depending on the daily change in solar radiation, the design solution of the boost converter and COM must be developed taking into account the entire range of the converted electric power.

По результатам компьютерного моделирования и макетирования показано, что наилучшими схемотехническим решениями являются мостовой резонансный преобразователь и трехкаскадный параллельно-последовательный преобразователь, содержащий два резонансных преобразователя и понижающе-повышающий преобразователь. Данные схемотехнические решения обеспечивают наивысший КПД во всем диапазоне рабочих входных параметров, а также простоту реализации системы управления транзисторами, включая возможность применения специализированных интегральных микросхем. Высокое значение КПД сводит к минимуму трудности реализации охлаждения преобразователя. Выбор максимальной входной мощности и входного напряжения преобразователя, соответствующих параметрам одного ФЭМ является оптимальным, так как позволяет применять специализированные интегральные микросхемы и дешевые транзисторы, используемые в автомобильной и компьютерной технике, а также позволяет организовать простую систему охлаждения силовых компонентов. Другим положительным свойством работы преобразователя на один ФЭМ является более полное использование мощности светового потока и возможность удаленного мониторинга состояния каждого ФЭМ.According to the results of computer modeling and prototyping, it was shown that the best circuitry solutions are a bridge resonant converter and a three-stage parallel-serial converter containing two resonant converters and a step-up converter. These circuitry solutions provide the highest efficiency in the entire range of working input parameters, as well as the ease of implementation of the transistor control system, including the possibility of using specialized integrated circuits. A high efficiency value minimizes the difficulty of implementing cooling of the converter. The choice of the maximum input power and input voltage of the converter corresponding to the parameters of one FEM is optimal, as it allows the use of specialized integrated circuits and cheap transistors used in automotive and computer technology, and also allows you to organize a simple cooling system for power components. Another positive feature of the operation of the converter for one FEM is a more complete use of the power of the light flux and the ability to remotely monitor the status of each FEM.

Учитывая широкий диапазон коэффициента передачи повышающего преобразователя в рабочих диапазонах входных и выходных напряжений, большее число активных и пассивных компонентов при реализации трехкаскадного параллельно-последовательного преобразователя, выбор схемотехнического решения регулируемого мостового резонансного преобразователя является оптимальным по соотношению стоимости реализации, числа компонентов и технических характеристик преобразователя.Given the wide range of the gain of the boost converter in the operating ranges of input and output voltages, the greater the number of active and passive components when implementing a three-stage parallel-serial converter, the choice of circuitry for an adjustable bridge resonant converter is optimal in terms of the ratio of the cost of implementation, the number of components and technical characteristics of the converter.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена функциональная электрическая схема предлагаемого технического решения.The essence of the utility model is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a functional electrical diagram of the proposed technical solution.

Согласно функциональной схеме (фиг. 1) предложенное решение повышающего преобразователя реализуется следующим образом. Напряжение с фотоэлектрического модуля 1 поступает на вход повышающего преобразователя 2. Формирование параметров преобразователя и переключение транзисторов осуществляется посредством цифрового микроконтроллера 3 (МК). Сигнал управления на затворы транзисторов 4, 5, 6, 7 (VT1-VT4) поступают из микроконтроллера 3 через драйверы 8, 9, 10, 11 (Др.1-Др.4). Транзисторы в пределах каждого плеча моста переключаются синхронно. Питание драйверов и микроконтроллера осуществляется через стабилизированный понижающий преобразователь постоянного напряжения собственных нужд 12 (DC-DC). Микроконтроллер 3 измеряет выходной ток ФЭМ посредством шунта 13 (R3) и усилителя 14, выходное напряжение ФЭМ через делитель на резисторах 14, 15 (R1-R2). Микроконтроллер 3 на выходах Г1 и Г2 формирует два противофазных меандра для переключения транзисторов с необходимой частотой и время задержки между переключениями диагоналей моста («мертвое» время). Напряжение средней точки полумоста транзисторов 4, 5 (VT1 и VT2) используется при определении адаптивного «мертвого» времени (минимального достаточного) для максимальной эффективности преобразователя. Через делитель на резисторах 17, 18 (R4) и (R5) это напряжение поступает на компаратор микроконтроллера. Дополнительная обмотка 19 (N1) трансформатора 21 (Т), подключенная к выпрямительному мосту 20 (VD1) с RC фильтром 27 (С2) 26 (R6), служит для контроля выходного напряжения преобразователя и, совместно с сигналом напряжения средней точки полумоста, участвует в алгоритме детектирования приближения к емкостному характеру тока резонансной LLC цепи, образованной дросселем 21 (L1), конденсатором 22 (С1) и обмоткой трансформатора N3. Детектирование приближения к емкостному характеру тока резонансной цепи крайне необходимо при запуске преобразователя, а также при относительно резких изменениях величины напряжения на выходе преобразователя - сети постоянного тока 600 В - 700 В.According to the functional diagram (Fig. 1), the proposed solution of the boost converter is implemented as follows. The voltage from the photovoltaic module 1 is supplied to the input of the boost converter 2. The formation of the parameters of the converter and the switching of transistors is carried out by means of a digital microcontroller 3 (MK). The control signal to the gates of transistors 4, 5, 6, 7 (VT1-VT4) comes from the microcontroller 3 through drivers 8, 9, 10, 11 (Other 1-Other 4). Transistors within each arm of the bridge are switched synchronously. The drivers and the microcontroller are powered via a stabilized auxiliary voltage converter 12 for auxiliary needs 12 (DC-DC). The microcontroller 3 measures the output current of the FEM by means of a shunt 13 (R3) and an amplifier 14, the output voltage of the FEM through a divider on resistors 14, 15 (R1-R2). The microcontroller 3 at the outputs G1 and G2 forms two antiphase meanders for switching transistors with the required frequency and the delay time between switching diagonals of the bridge ("dead" time). The midpoint voltage of the half-bridge of transistors 4, 5 (VT1 and VT2) is used to determine the adaptive dead time (minimum sufficient) for maximum converter efficiency. Through a divider on resistors 17, 18 (R4) and (R5), this voltage is supplied to the comparator of the microcontroller. An additional winding 19 (N1) of the transformer 21 (T) connected to the rectifier bridge 20 (VD1) with an RC filter 27 (C2) 26 (R6) serves to control the output voltage of the converter and, together with the voltage signal of the midpoint of the half-bridge, participates in an algorithm for detecting an approach to the capacitive nature of the current of the resonant LLC circuit formed by the inductor 21 (L1), the capacitor 22 (C1) and the transformer winding N3. Detection of the proximity to the capacitive nature of the resonant circuit current is extremely necessary when starting the converter, as well as with relatively sharp changes in the voltage at the output of the converter - DC network 600 V - 700 V.

Резонансная индуктивность включает в себя индуктивность дросселя 21 (L1) и индуктивность рассеяния трансформатора 23 (Т1). Выходное напряжение с трансформатора поступает на выпрямитель, образованный диодным мостом 24 (VD2) и конденсатором 25 (С3). Выходное напряжение выпрямителя является выходным напряжением повышающего преобразователя.The resonant inductance includes the inductance of the inductor 21 (L1) and the leakage inductance of the transformer 23 (T1). The output voltage from the transformer is supplied to the rectifier formed by the diode bridge 24 (VD2) and the capacitor 25 (C3). The output voltage of the rectifier is the output voltage of the boost converter.

Выходы всех повышающих преобразователей ПП1, ПП2, … ППn соединены параллельно и подключены к инвертору 28, преобразующему постоянное напряжение в электроэнергию промышленной частоты.The outputs of all step-up converters PP 1 , PP 2 , ... PPn are connected in parallel and connected to an inverter 28, which converts a constant voltage into electricity of industrial frequency.

Отслеживание точки максимальной мощности ФЭМ (МРРТ) осуществляется микроконтроллером по алгоритму «Возмущение и наблюдение». Микроконтроллер вычисляет входную мощность преобразователя, далее на небольшую величину изменяет входное сопротивление изменением частоты коммутации транзисторов, вследствие чего изменяется входное напряжение и вычисляет мощность. Если мощность увеличивается - контроллер продолжает изменять напряжение в этом же направлении, пока мощность не перестанет увеличиваться. Цифровое управление преобразователем позволяет осуществлять алгоритм отслеживания точки максимальной мощности «Возмущение и наблюдение», формирование адаптивного «мертвого» времени, детектирование тока емкостного характера в нагрузке моста. С помощью микроконтроллера становится возможной реализация информационной проводной или беспроводной сети, например, RS-485 или ZigBee, для мониторинга параметров ФЭМ и преобразователей, предоставления оперативной информации о неисправностях и т.д.Tracking the point of maximum power of the FEM (MRI) is carried out by the microcontroller according to the algorithm of "Disturbance and observation." The microcontroller calculates the input power of the converter, then changes the input resistance by a small amount by changing the switching frequency of the transistors, as a result of which the input voltage changes and calculates the power. If the power increases, the controller continues to change the voltage in the same direction until the power stops increasing. Digital control of the converter allows the algorithm for tracking the point of maximum power “Perturbation and observation”, the formation of adaptive “dead” time, the detection of capacitive current in the bridge load. Using a microcontroller, it becomes possible to implement an information wired or wireless network, for example, RS-485 or ZigBee, for monitoring the parameters of the PEM and converters, providing operational information about malfunctions, etc.

Применение регулируемого мостового резонансного повышающего преобразователя позволяет добиться высоких значений эффективности преобразования до 96%. Высокое значение эффективности достигается за счет применения цифрового управления повышающим преобразователем и открывает широкие возможности для создания алгоритмов управления, обеспечивающих надежность и эффективность преобразования, быстрое и точное нахождение точки максимальной мощности.The use of an adjustable bridge resonant boost converter allows to achieve high values of conversion efficiency up to 96%. The high value of efficiency is achieved through the use of digital control of the step-up converter and opens up wide possibilities for creating control algorithms that ensure the reliability and efficiency of the conversion, and quickly and accurately find the point of maximum power.

Использование в составе в СОМ разработанных повышающих преобразователей позволит снизить протекающие в большей части СОМ токи, и, соответственно, пропорционально квадрату тока существенно снизить потери мощности при ее передаче между элементами СОМ. В случае построения СОМ с применением повышающих преобразователей, система включает в себя следующие участки, на которых будут наблюдаться потери в СОМ:The use of developed boosting converters in the COM will reduce currents flowing in most of the COM, and, accordingly, in proportion to the square of the current, significantly reduce the power loss during its transmission between the COM elements. In the case of building a COM with the use of step-up converters, the system includes the following sections, on which losses in the COM will be observed:

- участок проводного соединения ФЭМ и повышающего преобразователя (Рпот. ФЭМ-DC);- plot of the wire connection of the FEM and boost converter (R pot. FEM-DC );

- непосредственно повышающий преобразователь (Рпот. DC);- direct boost converter (R pot. DC );

- участок проводного соединения повышающего преобразователя и инвертора (Рпот. DC-Инв);- plot wire connection boost converter and inverter (R pot. DC-Inv );

- инвертор (Рпот. инв).- inverter (R pot. inv ).

На фиг. 2 приведены зависимости рассчитанной величины потерь мощности с использованием повышающих преобразователей (сплошная линия) по сравнению с ФЭС без повышающих преобразователей (пунктирная линия). На фиг. 3 приведены зависимости рассчитанной величины КПД СОМ ФЭС с использованием повышающих преобразователей (сплошная линия) по сравнению с ФЭС без повышающих преобразователей (пунктирная линия).In FIG. Figure 2 shows the dependences of the calculated value of power losses with the use of step-up converters (solid line) in comparison with the FES without step-up converters (dashed line). In FIG. Figure 3 shows the dependences of the calculated value of the efficiency of the SOM FES with the use of step-up converters (solid line) compared to the FES without step-up converters (dashed line).

Потери в повышающем преобразователе рассчитывались исходя из рассчитанного КПД такого прибора, составляющего 96%. Показано, что потери на участках СОМ возрастают с ростом тока ФЭМ, однако величины потерь значительно меньше в связи с меньшими значениями токов на участке после повышающего преобразователя.Losses in the boost converter were calculated based on the calculated efficiency of such a device, which is 96%. It is shown that losses in the COM sections increase with an increase in the FEM current, however, the losses are much smaller due to lower currents in the section after the boost converter.

По результатам проведенных расчетов СОМ можно сделать вывод, что использование в такой системе повышающих преобразователей позволяет значительно снизить потери мощности в СОМ и, следовательно, повысить КПД системы. Указанное приведет к дополнительному росту полезной мощности, отдаваемой потребителю через инвертор. Стоит также отметить, что КПД остается почти неизменным при широком диапазоне освещенности ФЭМ, которая будет изменяться в зависимости от погодных и сезонных условий.According to the results of the COM calculations, it can be concluded that the use of step-up converters in such a system can significantly reduce power losses in the COM and, therefore, increase the efficiency of the system. The above will lead to an additional increase in the net power given to the consumer through the inverter. It is also worth noting that the efficiency remains almost unchanged with a wide range of FEM illumination, which will vary depending on weather and seasonal conditions.

Работоспособность предлагаемого конструктивного решения системы отбора мощности на основе повышающих преобразователей проверена в серии экспериментов. Также проведенный расчет системы отбора мощности фотоэлектрической станции с применением разработанных повышающих преобразователей показал, что КПД такой системы в широком диапазоне освещенности ФЭМ находится на уровне 92%, что значительно больше, чем для классических систем отбора мощности, эффективность которых находится на уровне 70%.The performance of the proposed design solution for the power take-off system based on boost converters was tested in a series of experiments. Also, the calculation of the power take-off system of the photovoltaic station using the developed boost converters showed that the efficiency of such a system in a wide range of FEM illumination is at the level of 92%, which is much higher than for classical power take-off systems, the efficiency of which is at the level of 70%.

Таким образом, использование заявленной полезной модели позволяет повысить эффективность работы фотоэлектрической станции, увеличивая вырабатываемую ею мощность и повышая эффективность расходования дорогостоящих ресурсов.Thus, the use of the claimed utility model makes it possible to increase the efficiency of a photovoltaic station, increasing the power it produces and increasing the efficiency of spending expensive resources.

Claims (3)

1. Система отбора мощности фотоэлектрической станции, состоящая из элементов, осуществляющих отбор мощности от ФЭМ, и элемента для преобразования постоянного тока, вырабатываемого ФЭМ, в электроэнергию промышленной частоты, отличающаяся тем, что отбор мощности от ФЭМ осуществляется повышающими преобразователями, скоммутированными параллельно, а для преобразования постоянного напряжения, вырабатываемого ФЭМ, в электроэнергию промышленной частоты, используется мощный инвертор промышленного класса с возможностью внешнего управления.1. The power take-off system of a photovoltaic station, consisting of elements that carry out power take-off from the FEM, and an element for converting direct current generated by the FEM into power frequency electricity, characterized in that the power take-off from the FEM is carried out by boost converters, connected in parallel, and for Converting the DC voltage generated by the FEM into electric power of industrial frequency, a powerful industrial-grade inverter with the possibility of external control is used. 2. Система отбора мощности фотоэлектрической станции по п. 1, отличающаяся тем, что повышающие преобразователи выполнены по резонансной схеме с цифровым управлением и объединены в информационную сеть для мониторинга параметров ФЭМ и самодиагностики.2. The power take-off system of a photovoltaic station according to claim 1, characterized in that the boost converters are made according to a resonant circuit with digital control and are integrated into an information network for monitoring the parameters of the FEM and self-diagnosis. 3. Система отбора мощности фотоэлектрической станции по п. 1, отличающаяся тем, что в повышающих преобразователях реализован алгоритм слежения за точкой максимальной мощности ФЭМ под управлением микроконтроллера.3. The power take-off system of the photovoltaic station according to claim 1, characterized in that the step-up converters have an algorithm for tracking the point of maximum power of the FEM under the control of the microcontroller.
RU2016123599U 2016-06-14 2016-06-14 POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS RU169129U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123599U RU169129U1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123599U RU169129U1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU169129U1 true RU169129U1 (en) 2017-03-06

Family

ID=58450220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123599U RU169129U1 (en) 2016-06-14 2016-06-14 POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU169129U1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8138638B2 (en) * 2008-07-09 2012-03-20 Sma Solar Technology Ag DC/DC converter
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
US20140084695A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Enphase Energy, Inc. Serially connected micro-inverter system having concertina output voltage control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503120C2 (en) * 2007-07-27 2013-12-27 Американ Пауэр Конвершн Корпорейшн Device on solar batteries
US8138638B2 (en) * 2008-07-09 2012-03-20 Sma Solar Technology Ag DC/DC converter
US20140084695A1 (en) * 2012-09-21 2014-03-27 Enphase Energy, Inc. Serially connected micro-inverter system having concertina output voltage control

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sahoo et al. Review and comparative study of single-stage inverters for a PV system
US9859814B2 (en) Method and apparatus for independent control of multiple power converter sources
US9948204B2 (en) Method and apparatus for controlling resonant converter output power
US9866144B2 (en) Three port converter with dual independent maximum power point tracking and dual operating modes
US9444355B2 (en) Method and apparatus for determining a bridge mode for power conversion
US10707775B2 (en) Method and apparatus for multi phase shift power converter control
US20130214607A1 (en) Electromagnetic interference cancelling during power conversion
US20140333141A1 (en) Photovoltaic (pv)-based ac module and solar systems therefrom
WO2014192014A2 (en) Method and system for a low cost bi-directional grid tied photovoltaic (pv) micro inverter
Liivik et al. Low-cost photovoltaic microinverter with ultra-wide MPPT voltage range
US10079557B2 (en) Efficient resonant topology for DC-AC inversion with minimal use of high frequency switches
Harb et al. Three-port micro-inverter with power decoupling capability for photovoltaic (PV) system applications
Roy et al. GaN based transformer-less microinverter with extended-duty-ratio boost and doubly grounded voltage swing inverter
RU169129U1 (en) POWER SELECTION SYSTEM FOR A PHOTO-ELECTRIC STATION BASED ON INCREASING CONVERTERS
KR20160047131A (en) Three-phase inverter and power converting apparatus in generation system
Paul et al. Modeling and analysis of PV micro-inverter
Zengin et al. Evaluation of two-stage soft-switched flyback micro-inverter for photovoltaic applications
Zakerian et al. Parallel operation of extended boost quasi z-source inverters for photovoltaic system applications
Adhikari Design of solar photovoltaic energy generation system for off-grid applications
Kaushik et al. Wireless power transmission incorporating solar energy as source for motoring applications
Andrade et al. Boost-zeta high step-up PV module integrated converter
UA137519U (en) POWER SELECTION SYSTEM BASED ON INCREASING CONVERTERS FOR PHOTOELECTRIC POWER PLANT
Das et al. Novel pv fed three phase single power stage system for stand-alone applications
Azizi et al. Dual-input single-output DC-DC-AC converter
Hassan et al. Single-Stage Grid-Connected Flyback Microinverter Operating in DCM for Photovoltaic AC Modules

Legal Events

Date Code Title Description
PC91 Official registration of the transfer of exclusive right (utility model)

Effective date: 20180206