간단히 말해서 PV 인버터의 작동 프로세스는 세 가지 핵심 단계로 나눌 수 있습니다.전력 수집 및 최적화, DC-AC 변환, 그리고그리드-연결됨/꺼짐-그리드 적응. 기본원리, 핵심모듈, 핵심기술 관점에서 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.
I. 핵심 업무 목표
PV 모듈의 출력 특성은 조명과 온도에 매우 민감하여 출력 전압과 전류 사이에 비선형 관계가 나타납니다. 더욱이, 직접 생성된 DC 전력은 주 전력망에 직접 연결되거나 기존 AC 부하를 구동할 수 없습니다. 따라서 인버터는 두 가지 핵심 목표를 달성해야 합니다.
전력 출력 극대화: MPPT 기술을 통해 PV 모듈의 최대 전력 출력 지점을 실시간으로 추적하여 발전 효율을 최대한 향상시킵니다.
파형 및 동기화: DC 전력을 그리드 표준(전력망과 일관된 전압, 주파수 및 위상 포함)을 충족하는 정현파 AC 전력으로 변환하여 그리드-연결 안전 또는 오프 그리드 부하의 안정적인 작동-을 보장합니다.
II. 태양광 인버터의 기본 작업 프로세스
가장 일반적인 것을 복용그리드-연결형 PV 인버터예를 들어 전체 작업 프로세스는 네 단계로 나눌 수 있습니다.
1단계: DC 입력 및 필터링(DC-측 처리)
직렬/병렬로 연결된- PV 모듈의 DC 전원 출력은 조도 변화 및 모듈 특성 차이로 인해 발생하는 전압 리플 및 전류 변동으로 인해 절대적으로 안정적이지 않습니다.
인버터는 먼저 다음을 통해 DC 전원에 연결됩니다.DC 퓨즈(과전류 보호용) 및DC 서지 피뢰기(서지 보호용).
그러면 다음으로 구성된 필터 회로가 나타난다.DC 필터 커패시터/인덕터DC 전압의 변동을 완화하여 후속 변환 단계에 안정적인 DC 입력을 제공하는 데 사용됩니다.
2단계: 최대 전력점 추적(MPPT)
이는 인버터가 발전 효율을 향상시키는 핵심 링크입니다. 핵심 원리는 PV 모듈의 출력 전압과 전류를 실시간으로 감지하는 것입니다.제어 알고리즘, 현재 출력 전력을 계산하고 인버터의 DC 입력 전압을 동적으로 조정하여 PV 모듈이 항상 최대 전력 출력 지점에서 작동하도록 유지합니다.
일반적인 MPPT 알고리즘: 섭동 및 관찰(P&O), 증분 컨덕턴스(INC). 그중 증분 컨덕턴스 방법은 정밀도가 더 높으며 조명 변화가 빠른 시나리오에 적합합니다.
구현 방법: DC 전압을 조정합니다.DC-DC 변환기(예: 부스트 승압-회로). PV 모듈의 출력 전압이 낮으면 부스트 회로는 이를 반전에 적합한 DC 버스 전압(예: 380V AC 출력에 해당하는 380V DC 버스)으로 승압합니다.
3단계: DC-AC 변환(코어 반전 단계)
이는 인버터의 핵심 기능으로, 본질적으로 안정적인 DC 전력을 고주파-주파수 on-off 동작을 통해 정현파와 유사한 AC 전력으로 변환하는 역할을 합니다.전력 전자 스위칭 장치. 다양한 토폴로지 구조에 따라 주로 다음과 같이 나뉩니다.단-상 인버터(민간 저전력 애플리케이션용-) 및3상-상 인버터(산업 및 상업용 고전력 애플리케이션용) 일관된 핵심 원칙:
스위칭 장치: 절연 게이트 양극 트랜지스터(IGBT) 또는 금속-산화물-반도체 전계-효과 트랜지스터(MOSFET)가 채택되었으며 이는 전력 변환을 위한 "전자 스위치"이며 마이크로초 내에 온{3}}제어를 완료할 수 있습니다.
인버터 브리지 토폴로지: 가장 일반적으로 사용되는 것은풀-브리지 인버터 회로(단상용 스위칭 장치 4개-, 3상용 스위칭 장치 6개-). 단-위상 풀-브리지 회로를 예로 들면 다음과 같습니다.
컨트롤러 출력펄스 폭 변조(PWM) 신호4개의 IGBT의 켜짐-꺼짐 순서와 듀티 사이클을 제어합니다.
펄스 폭을 조정함으로써 스위칭 장치에서 출력되는 "사각파 펄스열"이 필터링되어 사인파에 가까운 AC 전력을 형성합니다.
AC 필터링: 반전 후 AC 전원에는 고주파-주파수 고조파가 포함되어 있으며 이를 필터링하여 필터링해야 합니다.LC 필터 회로순수한 정현파 AC 전력을 얻기 위해 AC 필터 인덕터와 커패시터로 구성됩니다.
4단계: 그리드-연결됨/꺼짐-그리드 적응 및 보호(AC{3}}측 처리)
1. 그리드-연결형 인버터: 동기화 및 그리드 연결
인버터가 그리드-연결 발전에 사용되는 경우 출력 AC 전력이 다음과 같은지 확인해야 합니다.동일한 주파수, 위상 및 전압에서메인 그리드로:
실시간-을 통해 전력망의 전압 주파수 및 위상을 감지합니다.위상-잠금 루프(PLL) 기술, 인버터에 의해 출력되는 AC 전원의 위상과 주파수를 조정하고 전력망과 정확한 동기화를 달성합니다.
다음을 통해 전력망에 연결합니다.AC 접촉기, 다음을 통해{0}}그리드 연결 안전을 보장합니다.단독 운전 보호, 과전압/저전압 보호, 과전류 보호, 주파수 보호등(예: 전력망에 전력이 공급되지 않는 경우 "고립 효과"로 인해 유지 관리 인력이 위험에 빠지는 것을 방지하기 위해 인버터의 작동을 즉시 중지해야 합니다).
2. 오프-그리드 인버터: 직접 전원 공급 장치
인버터가 오프{0}그리드 시스템(예: 원격지의 태양광 전원 공급 장치)에서 사용되는 경우 필터링된 정현파 AC 전력은 부하(예: 가전 제품, 산업 장비)에 직접 공급됩니다. 한편, 에너지 저장 배터리와 결합하여 안정적인 전압 조절을 달성할 수 있습니다.
III. 태양광 인버터의 주요 유형 및 토폴로지 차이
다양한 유형의 인버터는 반전 단계의 토폴로지에 약간의 차이가 있으며 다양한 시나리오에 적합합니다.
중앙 인버터(고{0}}산업/상업용 및 태양광 발전소용):
입양하다전력 주파수 변압기/고{0}}주파수 변압기토폴로지. 일부 변압기가 없는(-절연되지 않은) 유형은 커패시터를 통해 절연을 달성하며 전력은 수 메가와트에 이릅니다. 이는 높은 통합성과 편리한 작동 및 유지 관리가 특징입니다.
스트링 인버터(가정용 및 분산형 태양광 시스템용 중소형 전력):
각 PV 스트링에는 독립적인 MPPT 컨트롤러가 장착되어 있으며 반전 스테이지는 풀{0}브리지 토폴로지를 채택합니다. 이는 각 스트링의 최대 전력점을 독립적으로 추적하여 서로 다른 스트링 간의 조명 차이(예: 음영)에 적응할 수 있습니다.
마이크로인버터(가정용 태양광 시스템용 저전력-):
하나의 모듈에 대응하는 하나의 마이크로인버터를 사용하여 PV 모듈 뒷면에 직접 설치하여 "모듈-레벨 반전"을 구현합니다. MPPT 정밀도가 가장 높으며 복잡한 조명 환경에 적합합니다.
IV. 주요 기술 지표 및 성능 영향
반전 효율: 고품질-인버터는 98% 이상의 최대 효율(유럽 효율)을 달성할 수 있으며, 이는 주로 스위칭 장치의 전도 손실과 MPPT의 추적 정밀도에 따라 달라집니다.
총 고조파 왜곡(THD): 그리드-연결형 인버터에는 5% 이하의 THD가 필요합니다. THD가 낮을수록 출력 사인파가 더 순수해지고 전력망에 대한 간섭이 작아집니다.
MPPT 효율성: 일반적으로 99% 이상이 요구되며, 이는 태양광 발전 시스템의 전체 발전량에 직접적인 영향을 미칩니다.
요약
PV 인버터의 핵심은전력 전자 스위칭 장치를 핵심으로 고주파 변조를 통한 전력 형태 변환 실현-, 제어 알고리즘을 통해 전력 최적화 및 그리드 적응을 달성합니다. 작동 원리의 핵심은 다음과 같습니다.DC{0}}DC 컨버터를 통한 전력 최적화 실현, PWM-변조 인버터 브리지를 통한 DC{1}}AC 변환 달성, 위상 고정 루프 및 보호 회로를 통한 안전한 그리드 연결 보장. 이 프로세스는 전력 전자 기술의 빠른 스위칭 특성을 활용할 뿐만 아니라 제어 이론의 정밀한 조절을 결합하여 태양광 발전 시스템에서 전력을 효과적으로 활용하기 위한 핵심 연결 고리 역할을 합니다.
