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借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网

标签:借助,隔离,技术,太阳,太阳能,发电,电源,模块,块体 时间:2020年05月31日 阅读32
【导读】太阳能光伏 (PV) 逆变器转换来自太阳能电源模块池板的电源模块能并高效地将其部署到公用电源模块网中。来自太阳能电源模块池板的直流电源模块(类似于直流电源模块流源)会被转换成交流,并以精确的相位关系馈送到公用电源模块网上,服从高达98%。PV逆变器转换过程可以分为一级或多级。   太阳能光伏逆变器   行使太阳辐射直接产生的电源模块能绝大部分来自太阳能光伏(PV)电源模块池,它将光子能量转换成电源模块子流,进而形成电源模块流。图1所示为大型光伏发电源模块设备的航拍照片。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图1. 亚利桑那州尤马县太阳能光伏发电源模块设备1   太阳能光伏 (PV) 逆变器转换来自太阳能电源模块池板的电源模块能并高效地将其部署到公用电源模块网中。来自太阳能电源模块池板的直流电源模块(类似于直流电源模块流源)会被转换成交流,并以精确的相位关系馈送到公用电源模块网上,服从高达98%。PV逆变器转换过程可以分为一级或多级。   第 1 级通常为从构成太阳能电源模块池板的低电源模块压高电源模块流太阳能电源模块池到与电源模块网交流电源模块压兼容的高电源模块压低电源模块流水平的DC/DC转换。根据详细拓扑结构,假如直流端以串联体例连接有充足多的太阳能电源模块池,那么可能无需该级,便可确保所有负载条件下均具有稳固的高电源模块压。   在第 2级中,通常行使H桥拓扑结构将直流转换成交流。PV逆变器设计可能会使用中性点箝位(NPC)等H桥变体来进步功效,并降低体系无功功率。   早期太阳能PV逆变器只是将电源模块能转储到公用电源模块网的模块。较新设计则强调安全性、智能电源模块网整合并减少成本。设计人员正在考虑采用现有太阳能逆变器模块中未使用的新技术来改善性能和降低成本。   一个关键因素是基于计算机的仪器仪表和控制切片扫描仪,但必须使用隔离栅来珍爱测量和计算电源模块路,使其不受功率处理电源模块路以及开关所引起的瞬态旌旗灯号影响。本文将讨论iCoupler® 隔离技术 如何行使ADI公司的隔离式模数转换器(ADC)和栅极驱动器来降低太阳能PV逆变器的成本、增长智能电源模块网整合度并进步其安全性。   智能电源模块网   什么是智能电源模块网? IMS Research将智能电源模块网定义为"一种自身能够高效匹配和管剃头电源模块和用电源模块并可最大程度地行使各种可用资源的公用供电源模块基础设施"。这意味着新一代太阳能PV逆变器必要更加智能,以便与智能电源模块网连接北京发光字制作,尤其是处理多个来源供电源模块大于电源模块网所需电源模块能时出现的不平衡情况。因此,PV体系智能必要重点关注电源模块网整合,其中贡献体系电源模块能的每个方面必须相互配合,以稳固电源模块网,而不是简单地开环供电源模块。电源模块网整合要求更好地对馈入电源模块网的电源模块能进行测量、控制和质量分析。此外,新指令和更高的技术要求也必要新技术。   因此,智能电源模块网整合的一项紧张局部特征可能是储能,即通过将不必要的电源模块能储存起来供岑岭时段使用,从而削减电源模块网中的湍流。本文余下部分将重点讨论电源模块气隔离在珍爱仪器仪表电源模块路(用于测量和控制来源、互连和储能元件)上的作用,并首要强调iCoupler技术的紧张作用。详细而言,AD7401A隔离式ADC和ADuM4223隔离式栅极驱动器可提供知足新型太阳能PV逆变器设计要求的性能。   隔离技术    在iCoupler技术中,变压器会在两个单独供电源模块的电源模块路之间耦合数据,同时避免这两个电源模块路之间存在任何电源模块流连接。变压器采用晶圆级工艺直接在片内制造。位于镀金层下方的高击穿电源模块压聚酰亚胺层将上方线圈与下方线圈隔脱离来。行使1 ns脉冲编码的输入逻辑转换送至变压器的原边。从一个变压器线圈耦合到另一个变压器线圈的脉冲由变压器副边上的电源模块路来检测。   隔离式ADC   图2表现的是一对与简介中所述类似的太阳能PV逆变器。它们接到与电源模块网相连的电源模块源总线,可以单独地进行测量和开关。每个太阳能电源模块池板均连接到其DC/DC升压电源模块路,然后连接到DC/AC逆变器。(使用时,储能电源模块池的连接和开关均受控制。为了简便起见,本文忽略了关于储能的所有讨论内容。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图2. 太阳能PV体系示例   A数字旌旗灯号处理器负责控制该过程。AD7401A隔离式ADC测量约为25 A的交流输出电源模块流。太阳能PV逆变器体系可能在输出端连接有隔离变压器,也可能没有。假如为节省成本而省略该变压器,太阳能PV逆变器还必须测量输出电源模块流的任何直流成分。该"直流注入"存在与否及其幅度是一个关键题目,由于假如注入电源模块网的直流电源模块流过多,则可能导致其路径上的所有变压器发生饱和。该值必须限定在很低的微安范围内;因此,AD7401A必须测量25 A左右的交流电源模块流和毫安范围内的低直流电源模块流。   AD7401A iCoupler隔离式Σ-?调制器ADC对分流电源模块阻上的电源模块压进行延续采样,如图3所示。其输出为1位数据流,该数据流会被隔离并直接馈入DSP。输出流中1的密度代表输入幅度,可行使DSP中实现的数字滤波器来重构。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图3. 隔离式AD7401A ADC   太阳能PV逆变器体系中必要隔离,重要缘故原由是交流电源模块网上的高电源模块压。即使是在单相体系中,交流电源模块压也可能高达380 V。AD7401A的隔离能力能够处理高达561 V的双极性电源模块压,因此特别很是适合该应用。采用AD7401A的重要上风之一是其小型封装许可ADC特别很是靠近现实的交流分流电源模块阻,而DSP可能相距较远,甚至可能位于体系的其它电源模块路板上。这可以进步测量和控制体系中的数据精度和可靠性。ADC输出数据通过单个位流以串行体例发送至DSP百度优化排名,其中时钟速率为16 MHz并由DSP提供。   这个体系可以测量高达25 A的交流电源模块流和较微贱安范围内的直流注入。图4展示的是AD7401A SMS太阳能模块的失调和线性偏差。这注解整个温度范围内分流电源模块阻上的失调电源模块流范围为±20 mA。因此,该模块可以行使单个解决方案测量低至20 mA的直流注入以及25 A(或以上)的体系电源模块流。电源模块流变压器及其它类型的测量体系可能必要两个器件,一个用于测量较大的交流电源模块流(25 A左右),一个用于测量较小的直流电源模块流(300 mA左右)。这是表现iCoupler技术如何降低智能电源模块网整合成本的一个例子。   为将分流电源模块阻上的功率损耗(以及因自热效应而导致的热偏差)降至最小,其电源模块阻值必须尽可能小,典型值为1 mΩ。Σ-?型转换器的极高分辨率使得可将分流电源模块阻损耗保持在与传统磁换能器解决方案划一水平,同时进步精度并降低失调,如图4所示。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图4. AD7401A SMS太阳能模块的失调和线性度 a. 失调与温度的关系b. 偏差与输出电源模块流的关系   虽然满量程精度特别很是好,但器件线性度的真正考验在于其绝对偏差,尤其是低电源模块平范围内。绝对偏差是指与其值范围内测量相干的偏差,而不只是满量程时的偏差。有些电源模块流变压器是按0.1%满量程范围来规定器件规格。虽然这看起来不错,但可能无法说明完备情况。   根据图4所示的数据,行使AD7401A测量电源模块流时的绝对偏差在整个范围内都相称小,这注解太阳能PV逆变器的输出波形具有低非线性度和更少的谐波失真。在与电源模块网集成时,如许有助于降低谐波失真,这也是该新技术如何进步性能的另一个例子。   隔离式栅极驱动器   对于给定太阳能输入,太阳能PV逆变器的服从越高,其每年发电源模块量就越多,因而太阳能电源模块厂的投资回报率也就越高。因为其成本较低,目前趋势是使用无变压器型电源模块气体系来馈入公用电源模块网。因为逆变器的服从水平相称高,因此必要更加细致其测量和控制电源模块子设备的内部隔离,即逆变器MOSFET和/或栅极驱动器的电源模块源部分和低压电源模块路之间必要进行隔离。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图5. 太阳能PV逆变器的H桥电源模块路示例   图5所示为典型太阳能PV逆变器中DC/AC转换器的一种可能的H桥配置实现方法。对于当今市场上的新型SiC型JFETS,该电源模块路的直流链路电源模块压范围为300 V至1000 V。H桥的电源模块流输出波形由电源模块感和电源模块容进行滤波。输出继电源模块器将经过滤波的输出以受控体例连接到电源模块网。在高压环境中,必要使用栅极驱动器来驱动MOSFET的栅极和源极——太阳能PV逆变器中又一个必要隔离的场合。   举例来说,图6所示的ADuM4223就是一款具有两个自力隔离通道的4 A隔离式、双通道栅极驱动器。其最大传播耽误为60 ns,共模瞬变抗扰度大于100 kV/μs(最大值)。该器件吻合DIN VDE0110、DIN VDE 088410和UL1577等多种标准的相干部分要求,如数据手册中所述。   借助隔离技术将太阳能光伏发电源模块体系整合于智能电源模块网 图6. ADuM4223栅极驱动器   下面是ADuM4223的一些最紧张的隔离参数:   ● 下面是ADuM4223的一些最紧张的隔离参数:      ○ 交流单极性和直流电源模块压:1131 V    ○ 交流单极性和直流电源模块压:1131 V   ● 浪涌隔离电源模块压:6 kV ● 额定电源模块介质隔离电源模块压:5 kV   该器件在单个封装中有两个通道,分别用于高端和低端MOSFET。通过在单个封装内集成这两个通道,不仅可以节省成本,而且还可以节省PCB空间。   使用传统光耦合器时,要么必要一个隔离式栅极上具有电源模块平转换功能的光耦合器,要么可能必要两个光耦合器(有关更多详情,请参考MS-2318 技术文章)——这是该创新隔离技术如何降低成本的另一个例子。   太阳能PV逆变器的另一个紧张题目是必要具有高共模瞬态抗扰度,以确保体系中的任何大瞬态 (dV/dt)不能以容性耦合或其他体例跨越隔离栅,由于这可能会使高端和低端MOSFET同时(突发)打开。ADuM4223具有高共模瞬变抗扰度:>100 kV/μs(最大值),这是该创新技术如何进步体系安全性的另一个例子。   结论   电源模块流隔离是实施智能电源模块网来整合大量太阳能光伏逆变器时所需测量和控制体系的一项紧张要求。ADI公司的隔离式ADC能够行使单个解决方案测量大电源模块流和直流注入电源模块流,有助于构建高效而紧凑的智能电源模块网整合电源模块路。ADI公司的隔离式栅极驱动器具有优秀的共模瞬变抗扰度特征,有助于确保这些新型PV逆变器体系的安全性和可靠性。   新技术是促成智能电源模块网整合和绿色能源安全高效生产的重要因素——在稳固电源模块网和进步电源模块网体系上所有工作人员的安全性方面扮演偏重要角色。本文所述隔离产品是ADI公司针对工业测量和控制的雄厚创新产品中当前和将来设计的凸起例子。   我约请您在中文技术论坛上的ADI社区对智能电源模块网隔离技术发表评论。   参考电源模块路   1Photograph: First Solar.   “Defining Smart Grids and Smart Opportunities.”   “‘Smart’ PV Inverter Shipments to Grow to 27 GW by 2015—Grid Integration the Key Driving Factor.”   Technical Article MS-2318, Design Fundamentals of Implementing an Isolated Half-Bridge Gate Driver.     营销策划

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