T. 329, №3 , 2018 г.

Вольтодобовочный резонансный LCL-T преобразователь для автономных систем электропитания на возобновляемых источниках энергии

Актуальность. Проблеме автономного электропитания нефтегазового оборудования на возобновляемых источниках энергии оказывается все большее внимание ввиду экологической чистоты этого вида энергии. Требования, предъявляемые системой электропитания к преобразователю энергии солнечной батареи, заключаются в первую очередь в высоком КПД и широком диапазоне изменения нагрузки, меняющейся вплоть до холостого хода. Последнее требование является серьезной проблемой, учитывая, что солнечная батарея по своей природе является источником постоянного тока. При применении непосредственных преобразователей изменение нагрузки вызывает существенные затруднения и приводит к глубокому регулированию, необходимости формирования быстродействующих контуров обратной связи. В работе рассмотрены топологии резонансного преобразователя энергии солнечной батареи на основе LCL-T контура, обеспечивающего не только мягкое переключение транзисторов, но и параметрическую стабилизацию выходного напряжения в полном диапазоне изменения нагрузки за счет преобразования импеданса нагрузки. Цель работы: анализ энергетических характеристик вольтодобавочного резонансного LCL-T преобразователя энергии солнечной батареи и оценка его КПД. Методы исследования основаны на общих положениях теории электрических цепей, теории алгебраических уравнений, вычислительных методах и использовании современных инструментальных систем и методов математического моделирования. Результаты. Показано, что при питании от источника тока для реализации параметрической стабилизации выходного напряжения резонансным LCL-T преобразователем необходим активный выпрямитель, обеспечивающий рекуперацию энергии выходного фильтра в резонансный контур. При этом статические потери в преобразователе существенны, так как ток инвертора определяется током солнечной батареи. Построение резонансного преобразователя по вольтодобавочной топологии позволяет разделить ток солнечной батареи между мостовыми преобразователями и существенно уменьшить статические потери, что, учитывая одновременную реализацию мягкого переключения транзисторов, позволяет получить высокий КПД преобразования, свыше 98 % в номинальном режиме. Исследованы характеристики вольтодобавочного резонансного LCL-T преобразователя при широтно-импульсном регулировании. Во всем диапазоне регулирования параметры схемы не превышают номинальных значений, так как их увеличение за счет фазового сдвига тока относительно напряжения, неизбежного в процессе регулирования, компенсируется уменьшением тока солнечной батареи. Преобразователь с LCL-T контуром обеспечивает мягкую коммутацию транзисторов без частотной подстройки, необходимой в классическом последовательном преобразователе. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов, сделаны выводы.

Ключевые слова:

автономная система электропитания, энергетическая эффективность, резонансный преобразователь, вольтодобавочный преобразователь, мягкая коммутация транзисторов, автономные системы, системы электропитания, эффективность, преобразователи, вольтодобавочные преобразователи, коммутации, электронный ресурс

Авторы:

Осипов Александр Владимирович

Запольский Сергей Александрович

Скачать PDF