Моделирование нагрузки для тестирования PV-инверторов

PV-инверторы в составе фотоэлектрических систем (ФЭС) редко работают с максимальной эффективностью ввиду меняющихся условий солнечной радиации. Поэтому рядом международных комиссий [1, 2] рекомендуется при расчетах ФЭС руководствоваться не пиковым КПД, а усредненной (взвешенной) эффективностью инвертора, определяемой как взвешенное среднее от результатов измерения КПД при разных уровнях мощности. Помимо определения усредненного КПД, актуальны задачи измерения коэффициента мощности, эффективности трекинга точки максимальной мощности (MPPT) и других параметров при различной мощности инвертора [3]. Определение этих параметров возможно при наличии в составе измерительной установки симулятора DC и AC-нагрузки.

Актуальными являются задачи создания резисторной системы моделирования DC-нагрузки мощностью от 25 до 500 Вт для определения параметров преобразовательных устройств силовой электроники при различных уровнях мощности, а также определения взвешенного КПД инвертора, характеризующего эффективность работы инвертора в составе ФЭС при различных условиях солнечной радиации.

Созданная экспериментальная установка позволила симулировать нагрузку на стороне переменного напряжения инвертора путем изменения общего сопротивления в диапазоне (2000 – 100)Ом, что отвечает соответственно нагрузке (5 – 100)% от номинальной мощности инвертора 500 Вт [4]. На основании полученных данных были выделены характерные точки мощности, с помощью которых вычислена взвешенная эффективность инвертора согласно рекомендациям Еврокомиссии [1] и Калифорнийской энергетической комиссии [2].

Формула Еврокомиссии для эффективности инвертора ориентирована на применение для радиационных условий центральной Европы (наибольший вес имеет мощность на уровне 50% от номинальной), а формула Калифорнийской энергетической комиссии ориентирована на условия более солнечного юга США (наибольший вес для мощности 75%). Согласно этим методикам были получены следующие значения усредненного КПД учебного инвертора Leoton: для выходной мощности с учетом только первой гармоники = 68.8% , = 66.2%; для полной мощности (с учетом мощности искажения) = 83.4%, = 80.1%.
Выводы: Оценка эффективности PV-инвертора только по значению его пикового КПД не может однозначно характеризовать данный тип преобразователя, который эксплуатируется в условиях меняющейся радиации и нагрузки. Поэтому рекомендуется оценивать эффективность инвертора во всем рабочем диапазоне мощностей [4], руководствуясь усредненными показателями эффективности, аналогичными приведенным выше (формулы (1), (2)). Для корректного определения весовых коэффициентов при усреднении необходимы дополнительные исследования, учитывающие климатические условия в которых эксплуатируется ФЭС.

Литература.
1. C. Deline, S. MacAlpine. Use Conditions and Efficiency Measurements of DC Power Optimizers for Photovoltaic Systems // Preprint NREL/CP-5200-59214 October 2013, 7p.
2. Planning and Installing Photovoltaic Systems: A Guide for Installers, Architects and Engineers // Deutsche Gesellschaft für Sonnenenergie (DGS). - 2-nd Ed., London-Sterling, VA. - 2012. - 384 p.
3. International guidelines for the certification of photovoltaic system components and grid-connected systems, International energy agency – photovoltaic power systems programme // IEA PVPS T5-06: 2002. – 61 p.
4. Гаєвський О.Ю. , Делєв Д.С., Чорномурко М.О.Точне обчислення ефективності DC-AC перетворення інверторами з врахуванням нелінійних спотворень вихідної потужності // Міжнародна науково-технічна конференція молодих учених, аспірантів та студентів «Сучасні проблеми електроенерготехніки та автоматики». – Київ. – 2016.

Источник: Д. Делев, М. Черномурко, А. Лепех, А. Гаевский