Маляренко Євген Анатолійович. Режими роботи і характеристики напівпровідникових перетворювачів в послідовних фотоенергетичних системах

brief description

Маляренко Євген Анатолійович. Режими роботи і характеристики напівпровідникових перетворювачів в послідовних фотоенергетичних системах.- Дисертація канд. техн. наук: 05.09.12, Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т". - Харків, 2015.- 160 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 5
РАЗДЕЛ 1. ФОТОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ЕЕ РАЗВИТИЯ 13
1.1 Основные схемотехнические решения современных
фотоэнергетических систем 13
1.2 Полупроводниковые преобразователи в современных
фотоэнергетических системах 22
1.3 Интеграция объектов солнечной энергетики
в низковольтные электрические сети 34
Выбор направления исследований и постановка задач 38
РАЗДЕЛ 2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ ФОТОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА С СОГЛАСУЮЩИМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ 41
2.1 Общая структура ПФЭС при интеграции с уличным
светодиодным освещением 41
2.2 Фотогенератор с согласующим преобразователем как
объект управления 45
2.3 Косвенное измерение мощности фотогенератора 54
2.4 Управление согласующими преобразователями при
последовательном соединении 60
2.5 Влияние пульсаций входного напряжения согласующих
преобразователей на режимы работы фотогенератора 65
2.6 Интеграция ПФЭС в низковольтную трехфазную сеть 70
Выводы по разделу 74
РАЗДЕЛ 3. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА РАБОТУ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ФОТОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 75
3.1 Модель солнечной панели с согласующим преобразователем .. 75
3.2 Модель ПФЭС с использованием согласующих
преобразователей 83
3.3 Влияние внешних и внутренних факторов на работу ПФЭС .... 86
3.4 Режимы работы сетевого преобразователя при интеграции
ПФЭС в низковольтную трехфазную сеть 99
3.5 Методика расчета и согласования параметров ПФЭС 108
Выводы по разделу 113
РАЗДЕЛ 4 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ ФОТОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ 115
4.1 Система управления согласующими преобразователями при
косвенном определении точки максимальной мощности 115
4.2 Система управления сетевым инвертором тока
при изменении интенсивности солнечного излучения 117
4.3 Экспериментальный прототип сетевого инвертора тока 127
Выводы по разделу 135
ВЫВОДЫ 136
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 138
ПРИЛОЖЕНИЕ А 151
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 155
ПРИЛОЖЕНИЕ В 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Д

bibliography

ВЫВОДЫ
В диссертационной работе решена научно-практическая задача создания ПФЕС и исследования режимов работы и характеристик полупроводниковых преобразователей в распределенных
фотоэнергетических системах, интегрированных в структуру уличного освещения. Проведенные исследования позволяют сделать следующие основные выводы:
1. Создана, теоретически обоснована и исследована новая структура ПФЭС с использованием индивидуальных понижающих согласующих преобразователей без гальванической изоляции и инвертора тока для подключения к трехфазной промышленной сети. При этом низковольтная промышленная сеть выступает в качестве основного накопителя и источника электрической энергии.
2. С помощью созданных имитационных моделей отдельных узлов и общей структуры ПФЭС исследованы и проанализированы режимы работы полупроводниковых преобразователей в системе, а также разработана методика расчета и согласования основных параметров ПФЭС, при этом доказана возможность реализации концепции внешнего светодиодного освещения с нулевым потреблением электрической энергии на протяжении календарного года для большей части территории Украины.
3. Выполненный анализ работы ПФЭС под влиянием внешних и внутренних факторов, таких как неравномерное распределение солнечного излучения, несимметрии напряжений трехфазной сети и пульсации входного напряжения согласующих преобразователей. Неравномерность солнечного излучения по солнечным панелям не влияет на общую мощность системы, которая зависит только от суммарной мгновенной интенсивности солнечного излучения при использовании индивидуальных согласующих преобразователей. Несимметрия фазных напряжений трехфазной сети в 16% приводит к появлению пульсаций мощности в звене постоянного тока инвертора в 5% и повышению коэффициент нелинейных искажений сетевых токов до 10,3%. Пульсации входного напряжения согласующего преобразователя приводят к потерям энергии за счет отклонения от точки максимальной мощности фотогенератора.
4. Общая структура системы управления ПФЭС включает в себя независимые СУ индивидуальных согласующих преобразователей и СУ сетевым инвертором тока. Система управления инвертора тока реализует метод коррекции пульсаций мощности в звене постоянного тока под влиянием несимметрии напряжений трехфазной сети, который позволил снизить пульсации мощности на 50%, а коэффициент нелинейных искажений сетевых токов на 60%. Разработан метод управления согласующими преобразователями при обеспечении работы в точке максимальной мощности солнечных панелей по выходным напряжениях для последовательного соединения, который позволил исключить датчики выходных напряжений и токов солнечных панелей, а соответственно упростить систему управления.
5. Проведены экспериментальные испытания разработанного опытного образца трехфазного инвертора тока и показано, что данный преобразователь может быть использован как преобразователь для подключения ПФЭС к низковольтным промышленных сетей, который реализует двунаправленную передачу электрической энергии при обеспечении электромагнитной совместимости.
6. Результаты исследований внедрены при разработке блока питания лазера на алюмоиттриевом гранате в ООО «АЛЬТ ЛАЗЕР», г. Харьков и в учебный процесс в НТУ «ХПИ».