현재 중국의 태양광 발전 시스템은 주로 직류(DC) 시스템으로, 태양 전지에서 생산된 전기 에너지를 충전하고, 전지가 부하에 직접 전력을 공급합니다. 예를 들어, 중국 북서부의 가정용 태양광 조명 시스템과 전력망에서 멀리 떨어진 마이크로파 발전소의 전력 공급 시스템은 모두 직류 시스템입니다. 이러한 시스템은 구조가 간단하고 비용이 저렴합니다. 그러나 부하의 직류 전압(예: 12V, 24V, 48V 등)이 다양하기 때문에 시스템의 표준화 및 호환성 확보가 어렵습니다. 특히 민간 전력의 경우, 대부분의 교류(AC) 부하가 직류(DC)와 함께 사용되기 때문입니다. 태양광 발전이 상용화되기 위해서는 전력을 공급하는 것이 어렵습니다. 또한, 태양광 발전은 결국 계통 연계형으로 운영될 것이며, 이는 성숙한 시장 모델을 채택해야 합니다. 미래에는 교류(AC) 태양광 발전 시스템이 태양광 발전의 주류가 될 것입니다.
태양광 발전 시스템의 인버터 전원 공급에 대한 요구 사항
교류 전력 출력을 사용하는 태양광 발전 시스템은 태양광 어레이, 충방전 컨트롤러, 배터리, 인버터(계통 연계형 발전 시스템은 일반적으로 배터리를 절약할 수 있음)의 네 부분으로 구성되며, 인버터가 핵심 구성 요소입니다. 태양광 발전은 인버터에 대한 요구 사항이 더 높습니다.
1. 높은 효율이 요구됩니다. 현재 태양 전지 가격이 높기 때문에 태양 전지 활용을 극대화하고 시스템 효율을 향상시키기 위해서는 인버터의 효율을 높이는 것이 필수적입니다.
2. 높은 신뢰성이 요구됩니다. 현재 태양광 발전 시스템은 주로 원격 지역에서 사용되고 있으며, 많은 발전소가 무인으로 유지 보수되고 있습니다. 따라서 인버터는 합리적인 회로 구조와 엄격한 부품 선정을 요구하며, 입력 DC 극성 연결 보호, AC 출력 단락 보호, 과열 보호, 과부하 보호 등 다양한 보호 기능을 갖춰야 합니다.
3. DC 입력 전압은 폭넓은 적응성을 가져야 합니다. 배터리의 단자 전압은 부하와 일광 강도에 따라 변하기 때문에, 배터리는 배터리 전압에 중요한 영향을 미치지만, 배터리 잔량과 내부 저항의 변화에 따라 전압이 변동합니다. 특히 배터리가 노후화되면 단자 전압이 크게 변동합니다. 예를 들어, 12V 배터리의 단자 전압은 10V에서 16V까지 변동할 수 있습니다. 따라서 인버터는 더 큰 DC 입력 전압 범위에서 정상 작동을 보장하고 AC 출력 전압의 안정성을 확보해야 합니다.
4. 중대용량 태양광 발전 시스템에서 인버터 전원 공급 장치의 출력은 왜곡이 적은 사인파여야 합니다. 중대용량 시스템에서 구형파 전력을 사용할 경우 출력에 더 많은 고조파 성분이 포함되고, 고조파가 높을수록 추가 손실이 발생하기 때문입니다. 많은 태양광 발전 시스템에는 통신 또는 계측 장비가 탑재되어 있으며, 이러한 장비는 전력망의 품질에 대한 요구 사항이 더 높습니다. 중대용량 태양광 발전 시스템이 계통에 연결될 경우, 공공 전력망과의 전력 오염을 방지하기 위해 인버터도 사인파 전류를 출력해야 합니다.
인버터는 직류를 교류로 변환합니다. 직류 전압이 낮으면 교류 변압기를 통해 승압하여 표준 교류 전압과 주파수를 얻습니다. 대용량 인버터의 경우, 높은 DC 버스 전압으로 인해 일반적으로 AC 출력 전압을 220V로 승압하기 위한 변압기가 필요하지 않습니다. 중소용량 인버터의 경우, DC 전압이 12V와 같이 비교적 낮습니다. 24V의 경우 승압 회로를 설계해야 합니다. 중소용량 인버터에는 일반적으로 푸시풀 인버터 회로, 풀 브리지 인버터 회로, 고주파 부스트 인버터 회로가 포함됩니다. 푸시풀 회로는 부스트 변압기의 중성 플러그를 양극 전원 공급 장치에 연결하고, 두 개의 전력관을 번갈아 작동시켜 AC 전원을 출력합니다. 전력 트랜지스터가 공통 접지에 연결되어 구동 및 제어 회로가 간단하며, 변압기가 일정한 누설 인덕턴스를 가지고 있어 단락 전류를 제한하여 회로의 신뢰성을 향상시킵니다. 단점은 변압기 활용도가 낮고 유도 부하를 구동하는 능력이 좋지 않다는 것입니다.
풀 브리지 인버터 회로는 푸시풀 회로의 단점을 극복합니다. 전력 트랜지스터가 출력 펄스 폭을 조절하고, 이에 따라 출력 AC 전압의 실효값이 변합니다. 이 회로는 프리휠링 루프를 가지므로 유도성 부하에서도 출력 전압 파형이 왜곡되지 않습니다. 이 회로의 단점은 상단 및 하단 브리지 암의 전력 트랜지스터가 접지를 공유하지 않아 전용 구동 회로 또는 절연 전원 공급 장치를 사용해야 한다는 것입니다. 또한, 상단 및 하단 브리지 암의 공통 도통을 방지하기 위해 회로를 껐다 켜도록 설계해야 합니다. 즉, 데드 타임을 설정해야 하며, 회로 구조가 더 복잡해집니다.
푸시풀 회로와 풀브리지 회로의 출력에는 승압 변압기를 추가해야 합니다. 승압 변압기는 크기가 크고 효율이 낮으며 가격이 비싸기 때문에 전력 전자 및 마이크로 전자 기술의 발전으로 고주파 승압 변환 기술을 사용하여 역방향을 구현하고 고전력 밀도 인버터를 구현할 수 있습니다. 이 인버터 회로의 전단 부스트 회로는 푸시풀 구조를 채택했지만 작동 주파수는 20KHz 이상입니다. 부스트 변압기는 고주파 자성 코어 재료를 채택하여 크기가 작고 무게가 가볍습니다. 고주파 반전 후 고주파 변압기를 통해 고주파 교류로 변환한 다음 고주파 정류 필터 회로를 통해 고전압 직류(일반적으로 300V 이상)를 얻은 다음 전력 주파수 인버터 회로를 통해 반전합니다.
이 회로 구조를 사용하면 인버터의 전력이 크게 향상되고, 인버터의 무부하 손실이 그에 따라 감소하며 효율이 향상됩니다. 하지만 이 회로의 단점은 회로가 복잡하고 위의 두 회로보다 신뢰성이 낮다는 것입니다.
인버터 회로의 제어 회로
위에서 언급한 인버터의 주요 회로는 모두 제어 회로를 통해 구현되어야 합니다. 일반적으로 구형파와 정약파의 두 가지 제어 방식이 있습니다. 구형파 출력을 갖는 인버터 전원 공급 회로는 간단하고 비용이 저렴하지만 효율이 낮고 고조파 성분이 많습니다. 인버터의 발전 추세는 사인파 출력입니다. 마이크로 전자 기술의 발전과 함께 PWM 기능을 갖춘 마이크로프로세서도 등장했습니다. 따라서 사인파 출력을 위한 인버터 기술이 성숙되었습니다.
1. 현재 구형파 출력 인버터는 대부분 SG3525, TL494 등과 같은 펄스 폭 변조(PWM) 집적 회로를 사용합니다. 실무에서는 SG3525 집적 회로와 전력 FET를 스위칭 전력 부품으로 사용하면 비교적 높은 성능과 저렴한 인버터를 구현할 수 있음이 입증되었습니다. SG3525는 전력 FET를 직접 구동할 수 있고, 내부 레퍼런스 소스와 연산 증폭기, 저전압 보호 기능을 갖추고 있어 주변 회로가 매우 간단합니다.
2. 사인파 출력 인버터 제어 집적 회로. 사인파 출력 인버터 제어 회로는 인텔(INTEL)과 모토로라(Motorola)에서 생산한 80C 196 MC, 마이크로칩(MI-CRO CHIP)에서 생산한 MP 16, PI C 16 C 73 등의 마이크로프로세서로 제어할 수 있습니다. 이러한 단일 칩 컴퓨터는 여러 개의 PWM 발생기를 내장하고 있으며, 상단 및 상단 브리지 암을 설정할 수 있습니다. 데드타임 동안 인텔(INTEL)의 80C 196 MC를 사용하여 사인파 출력 회로를 구현하고, 80C 196 MC를 통해 사인파 신호 생성을 완료하며, AC 출력 전압을 감지하여 전압 안정화를 달성합니다.
인버터 주회로의 전력소자 선정
주요 전원 구성 요소의 선택인버터매우 중요합니다. 현재 가장 많이 사용되는 전력 부품에는 Darlington 전력 트랜지스터(BJT), 전력 전계 효과 트랜지스터(MOS-FET), 절연 게이트 트랜지스터(IGB) 등이 있습니다. T) 및 턴오프 사이리스터(GTO) 등이 있으며, 소용량 저전압 시스템에서 가장 많이 사용되는 소자는 MOS FET입니다. MOS FET는 온 상태 전압 강하가 낮고 스위칭 주파수가 더 높기 때문입니다. IG BT의 스위칭 주파수는 일반적으로 고전압 및 대용량 시스템에서 사용됩니다. 이는 MOS FET의 온 상태 저항이 전압이 증가함에 따라 증가하고 IG BT가 중용량 시스템에서 더 큰 이점을 차지하기 때문입니다. 반면 초대용량(100kVA 이상) 시스템에서는 일반적으로 GTO가 전력 부품으로 사용됩니다.
게시 시간: 2021년 10월 21일
