{"id":75305,"date":"2024-11-28T09:37:04","date_gmt":"2024-11-28T08:37:04","guid":{"rendered":"https:\/\/balkangreenenergynews.com\/rs\/?p=75305"},"modified":"2024-12-02T09:20:44","modified_gmt":"2024-12-02T08:20:44","slug":"detekcija-i-kontrola-struje-curenja-solarnih-invertora","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/balkangreenenergynews.com\/rs\/detekcija-i-kontrola-struje-curenja-solarnih-invertora\/","title":{"rendered":"Detekcija i kontrola struje curenja solarnih invertora"},"content":{"rendered":"

Autor: \u017deljko V. Despotovi\u0107<\/a>, Institut Mihajlo Pupin, Univerzitet u Beogradu i Miodrag Vukovi\u0107<\/a>, CONSEKO d.o.o, Beograd<\/em><\/p>\n

Struja curenja\u00a0 u fotonaponskim (PV) sistemima, koja je tako\u0111e poznata kao rezidualna struja ili\u00a0 \u201eleakage current\u201c (engl.) je posledica parazitnog kapaciteta izme\u0111u PV sistema i zemlje (PV elektrane na tlu) ili PV sistema i konstrukcije objekta koji je uzemljen (PV elektrane na krovu objekta). Kada parazitna kapacitivnost izme\u0111u PV sistema i elektroenergetske mre\u017ee formira petlju, napon zajedni\u010dkog moda c\u0301e proizvesti struju zajedni\u010dkog moda na parazitnoj kapacitivnosti. Motivacija za pisanje ove kratke studije je potekla iz prakse gde su se autori suo\u010dili sa pomenutim problemom na konkretnoj PV elektrani izlazne snage 10kW. Stoga \u0107e glavna tema u radu biti topologije solarnih invertora i njihov dodatni uticaj na rezidualnu struju, kao i na\u010dini njene detekcije. Tako\u0111e bi\u0107e dat pregled relevantnih standarda u ovoj oblasti i neke mogu\u0107e tehnike za kontrolu struja curenja u PV sistemima sa solarnim invertorima.<\/h2>\n

S obzirom na strukturu i mehani\u010dke dimenzije, solarni fotonaponski paneli (eng. photovoltaic-PV<\/em>), bilo da su montirani na tlu ili na krovovima zgrada, uvek imaju izvesnu kapacitivnost prema zemlji ili bliskim uzemljenim metalnim delovima. Ova kapacitivnost nije neophodna za funkcionisanje pojedina\u010dnog PV panela ili niza PV panela (stringova). Ona poti\u010de su\u0161tinski od kona\u010dnih dimenzija i mehani\u010dke strukture solarnih modula, ali i zavisi i od na\u010dina njihove instalacije i ugradnje. U praksi se \u010desto ovaj kapacitet naziva \u201eparazitni\u201c obzirom da postoji, a nema uticaj na funkcionalni rad PV nizova. Ovaj kapacitet je proporcionalan povr\u0161ini solarnih panela, a obrnuto proporcionalan rastojanju izme\u0111u solarnih panela i zemlje ili uzemljenih metalnih delova. Stoga PV niz ili vi\u0161e njih (kao na primer jedna PV elektrana) pokazuju relativno veliku parazitnu kapacitivnost prema \u201ezemlji\u201c. Ona mo\u017ee biti dodatno pove\u0107ana ako su povr\u0161ine pojedina\u010dnih ili grupnih nizova PV panela vla\u017eni, kao posledica ki\u0161e ili kondenzacije[1].<\/p>\n

Pomenuti parazitni kapacitet ni na koji na\u010din ne uti\u010de na izolacione karakteristike PV modula, me\u0111utim, mo\u017ee uticati na rad i pona\u0161anje DC\/AC pretvara\u010da-invertora, koji su sastavni deo fotonaponskog sistema i koji su direktno preko DC strane galvanski povezani sa PV modulima. Ako se koriste invertori bez transformatora, kapacitivne struje, mogu da se pojave na AC strani invertora ili \u010dak u AC napojnom vodu invertora, i tada se govori o tzv. preostalim (rezidualnim)<\/em> strujama[1-2]. U jednom slu\u010daju ova pojava prouzrokuje da se pod dejstvom automatske za\u0161tite invertor privremeno isklju\u010duje sa mre\u017ee, pri \u010demu \u0107e se nakon odre\u0111enog vremena ponovo vratiti na mre\u017eno napajanje. U drugom slu\u010daju, dovod c\u0301e biti prekinut sve dok se za\u0161titni ure\u0111aj za preostalu struju ru\u010dno ne aktivira (tzv. resetovanje za\u0161tite). Prekidi ove vrste mogu se u velikoj meri spre\u010diti pa\u017eljivim i profesionalnim planiranjem sistema.<\/p>\n

Formulacija problema parazitne kapacitivnosti<\/h3>\n

PV modul formira elektri\u010dno provodnu povr\u0161inu koja je okrenuta prema uzemljenom nosec\u0301em okviru koji se nalazi obi\u010dno na krovu objekta ili na metalnom nosa\u010du montiranom na zemlji. Upro\u0161\u0107eni prikaz jednog ovakvog tipi\u010dnog detalja monta\u017ee PV modula je dat na Slici 1.<\/p>\n

Kompletan raspored PV modula ima odgovaraju\u0107i parazitni kapacitet\u00a0 koji se sastoji od tri komponente:<\/p>\n

    \n
  1. C1-parazitni kapacitet vodenog ili kaplji\u010dastog sloja na povr\u0161ini PV modula u odnosu na sloj stakla,<\/li>\n
  2. C2-parazitni kapacitet PV modula prema uzemljenom nose\u0107em ramu PV modula,<\/li>\n
  3. C3-parazitni kapacitet PV modula prema krovnoj konstrukciji[1-3].<\/li>\n<\/ol>\n

    Stoga je ukupna parazitna kapacitivnost CPE=C1+C2+C3. U praksi va\u017ei odnos C1>> C2 >> C3. Pomenute kapacitivnosti se mogu izra\u010dunati iz op\u0161te relacije: C=\u03b5o\u03b5rS\/d. Gde su:<\/p>\n

    \u03b5o-dielektri\u010dna konstanta vazduha (8.85\u221910-12As\/Vm)<\/p>\n

    \u03b5r- relativna dielektri\u010dna konstanta dielektrika ( za staklo je =5\u00f710)<\/p>\n

    S-povr\u0161ina PV modula ili grupe modula<\/p>\n

    d-karakteristi\u010dna rastojanja izme\u0111u pojedinih povr\u0161ina<\/p>\n

    \n
    \n
    \n

    \"Slika
    Slika 1. Prikaz parazitnih kapacitivnosti PV modula na krovnoj konstrukciji<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

    Obi\u010dno u ki\u0161nim i vla\u017enim uslovima ukupnim kapacitetom CPE dominira C1, tako da se u tom slu\u010daju C2 i C3 \u00a0mogu zanemariti. U suvim uslovima, s druge strane, C1 je toliko mali da se\u00a0 ova druga dva moraju uzeti u obzir.<\/p>\n

    Treba napomenuti da je u svim slu\u010dajevima ukupni kapacitet CPE toliko mali da je bilo koji uticaj na radno pona\u0161anje fotonaponskog sistema zanemarljiv. Ipak najve\u0107i uticaj na struje curenja invertora ima vrednost C1 tokom ki\u0161nih i vla\u017enih uslova (slu\u010daj kondenzacije vlage je tipi\u010dan), te \u0107e ona stoga biti predmet daljeg razmatranja u ovom radu. Primer procene parazitne kapacitivnosti CPE \u00a0za Tip1- standardni (monokristalni i polikristalni) PV modul i za Tip-2 modul na bazi tankog filam su dati u Tabeli 1.<\/p>\n

    \"Tabela
    Tabela 1. Tipi\u010dne vrednosti parazitne kapacitivnosti<\/figcaption><\/figure>\n

    Prakti\u010dne vrednosti struje curenja se mogu dobiti iz izraza za efektivnu vrednost:<\/p>\n

    I=\u03c9\u2219C\u2219U=2\u03c0\u2219f\u2219C\u2219U<\/p>\n

    Za U=230V, f=50Hz i C= 8\u03bcF (tipi\u010dno za PV elektranu 100kW sa mono-kristalnim PV modulima) dobija se da je efektivna vrednost struje curenja jednaka:<\/p>\n

    \u00a0I=2\u03c0\u221950Hz\u22198\u03bcF\u2219230V =577mA<\/p>\n

    Ova struja curenja je reaktivna i njen fazni pomeraj je 90\u00b0 u odnosu na linijski napon. U prvoj aproksimaciji ova struja ne prouzrokuje bilo kakve gubitke, me\u0111utim mo\u017ee uticati na rad invertora koji je povezan na elektroenergetsku mre\u017eu.<\/p>\n

    Uticaj sprege invertor-elektroenergetska mre\u017ea<\/h3>\n

    Tokom rada PV moduli su povezani na AC mre\u017eu preko invertorskog pretvara\u010da bez transformatora, kao \u0161to pokazuje Slika 2.<\/p>\n

    \n
    \n
    \n

    \"Kontura
    Slika 2. Kontura struje curenja usled parazitne kapacitivnosti niza PV modula-neizolovan invertorski sistem<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n
    <\/dd>\n<\/dl>\n<\/div>\n

    Kada se formira petlja izme\u0111u parazitnog kapaciteta CPE fotonaponskog sistema (ku\u0107nog priklju\u010dka) i elektri\u010dne mre\u017ee (sabirnice PE), u ovom PV sistemu, impedansa petlje je relativno mala, a zajedni\u010dki napon (\u02bacommon mode voltage\u02ba) formira relativno veliku zajedni\u010dku struju (\u02bacommon mode current\u02ba), odnosno struju curenja kroz parazitnu kapacitivnost. Na ovaj na\u010din deo amplitude naizmeni\u010dnog napona sti\u017ee do PV modula. Kao rezultat ovog, kompletan PV niz (string) \u201epliva\u201c na naizmeni\u010dnom potencijalu u odnosu na ostatak kola. Sli\u010dno se de\u0161ava za kada je invertor povezan na mre\u017eu preko transformatora (Slika 3), ali je u tom slu\u010daju parazitna struja manja jer se u zajedni\u010dku konturu ubacuje i izolaciona kapacitivnost C12 izme\u0111u primara i sekundara.<\/p>\n

    \n
    \n
    \n

    \"Slika
    Slika 3. Kontura struje curenja usled parazitne kapacitivnosti niza PV modula-izolovan invertorski sistem preko mre\u017enog transformatora<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

    U skoro svim monofaznim invertorima bez transformatora, iz operativnih razloga, polovina amplitude mre\u017ee se prenosi na fotonaponski modul. U mnogim evropskim mre\u017eama sa 230 V\/50 Hz, ovaj raspored osciluje, na primer, na 115 V\/50Hz. Ovo se odnosi na pretvara\u010de Sunny Boy i Sunny Mini Central sa sufiksom „TL“ u nazivu proizvoda [1-2].<\/p>\n

    Kod trofaznih invertora bez transformatora, iz sistemskih razloga, oscilacije su znatno manje amplitude u odnosu na monofazni slu\u010daj i kao rezultat toga, stvaraju se manje struje curenja. Prolaz naizmeni\u010dnog napona do fotonaponskog modula je u velikoj meri potisnut, ali i dalje postoji. Ovo se odnosi na sve Sunny TriPower invertore[1-2].<\/p>\n

    U invertorima sa transformatorima, napon unutar PV modula osciluje poput\u00a0 „talasanja“ od samo nekoliko volti. Ovo daje porast do malog naizmeni\u010dnog AC napona u odnosu na PE (odnosno \u201ezemlju\u201c) koji, me\u0111utim, nije ujedna\u010den preko celog PV niza. Ovaj fluktuiraju\u0107i napon konstantno menja stanje napunjenosti parazitnog kondenzatora CPE opisanog u prethodnom odeljku. Ovo je povezano sa strujom pomeranja, koja je proporcionalna kapacitivnosti i amplitudi primenjenog napona.<\/p>\n

    Potencijal najni\u017eeg PV modula (plava boja) ili najvi\u0161eg PV modula (crvena boja) u\u00a0 nizu (stringu) zavisi od kori\u0161\u0107enog pretvara\u010da, kao i od toga i da li je niz uzemljen. Primer za MPP napon od 400 V je dat na Slici 4 [1].<\/p>\n

    \n
    \n
    \"Slika
    Slika 4. Potencijali u MPP sistemu 400V za nekoliko tipova invertora proizvodnje SMA[4]<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n
    <\/dd>\n<\/dl>\n<\/div>\n

    Uticaj struje curenja na rezidualnu struju<\/h3>\n

    Kapacitivna struja curenja opisana u poglavlju II je reaktivna struja, bez gubitka. Me\u0111utim, ako kvar kao \u0161to je neispravna izolacija prouzrokuje da vod pod naponom do\u0111e u kontakt sa uzemljenom osobom (Slika 5), dodatna struja \u0107e proticati u zemlju. Ova ne\u017eeljena struja uzrokuje gubitke i naziva se rezidualnom strujom. Zbir obe ove struje (struja curenja i rezidualna struja) je diferencijalna struja. AC rezidualne struje vec\u0301e od 30 mA mogu biti opasne po \u017eivot.<\/p>\n

    Da bi se obezbedila li\u010dna bezbednost, pored klase za\u0161tite PV niza, invertori bez transformatora moraju biti isklju\u010deni sa energetske mre\u017ee odmah po pojavi rezidualne struje od 30 mA (DIN VDE 0126-1-1). U tu svrhu, tokom rada napajanja, diferencijalna struja (struja curenja + rezidualna struja) se meri pomo\u0107u jedinica za pra\u0107enje rezidualne struje (\u02baresidual current monitoring unit\u02ba- RCMU) koja je osetljiva na sve polove. Me\u0111utim, na ovaj na\u010din mo\u017ee samo da se meri diferencijalna\u00a0 struja (struja curenja + rezidualna struja). Mogu\u0107e je samo u ograni\u010denoj meri izvu\u0107i rezidualnu struju, i to postaje sve te\u017ee sa pove\u0107anjem struje curenja. Od pribli\u017eno 50 mA navi\u0161e, slu\u010dajne fluktuacije u struji curenja postaju toliko velike da se mogu protuma\u010diti kao iznenadni udari zaostalih struja od preko 30 mA. U takvim slu\u010dajevima, preventivno, invertor se automatski isklju\u010duje sa distributivne mre\u017ee[1-2], [4].<\/p>\n

    \n
    \n
    \n

    \"Slika
    Slika 5.Formiranje preostale (rezidualne struje) usled o\u0161te\u0107enja izolacije na DC strani<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

    Standardi i merne metode<\/h3>\n

    Prema standardima NB32004-2013, DIN VDE V0-126-1-1:2006, IEC62109-2:2011, u slu\u010dajevima \u00a0kada je solarni invertor priklju\u010den na mre\u017eu naizmeni\u010dne struje, a prekida\u010d naizmeni\u010dne struje isklju\u010den, pretvara\u010d treba da obezbedi detekciju struje curenja. Detekcijom treba obuhvatiti otkrivanje\u00a0 ukupne struje (uklju\u010dujuc\u0301i komponente jednosmerne i naizmeni\u010dne struje), efektivnu vrednost struje, i rezidualnu struju u ustaljenom re\u017eimu. Ako stacionarna rezidualna struja prelazi ni\u017ee navedene granice, pretvara\u010d treba da se isklju\u010di i po\u0161alje signal gre\u0161ke u roku od 0.3 s[5-6]:<\/p>\n

      \n
    1. Za invertore nominalne izlazne snage manje ili jednake 30kVA, ova vrednost je 300mA.<\/li>\n
    2. Za invertore nominalne izlazne snage ve\u0107e od 30KVA, ova vrednost je 10mA\/kVA.<\/li>\n<\/ol>\n

      Tri su veoma bitna aspekta, koji karakteri\u0161u struju curenja za PV invertorske sisteme. Kao prvo struja curenja je slo\u017een sadr\u017eaj. Postoje njene DC i AC komponente. Kao drugo, trenutna pod-vrednost je veoma niska, koja je na nivou miliampera. Kao tre\u0107e, \u00a0izuzetno su visoki zahtevi za precizno\u0161\u0107u merenja, odnosno potreban je veoma specifi\u010dan strujni senzor za detekciju ove struje.<\/p>\n

      Na Slici 6 je dat izgled i principska \u0161ema senzora. Na Slici 6(a) je dat komercijalni izgled senzora, dok je na Slici 6(b) dat principski prikaz. U su\u0161tini je to AC\/DC senzor struje curenja uzemljenja koji koristi magnetni senzor, koji obezbe\u0111uje visoku osetljivost za detekciju struje \u0161irokog opsega. Senzor struje sopstvenim impulsnim pobudnim sistemom se koristiti za detekciju male AC\/DC struje od 10mA.\u00a0 Za detekciju struje curenja u ovom slu\u010daju se koriste \u0161irina impulsa i frekvencija impulsa. Na ovaj na\u010din je postignut \u0161iroki opseg merenja od 1\u22361000. Ovaj koncept je realizovan jednostavnom konfiguracijom i niskom cenom senzora, koji predstavlja torusno jezgro zasnovano na tanko slojnom nano kristalnom mekom magnetnom materijalu, pobudnom namotaju i elektronskom kolu za detekciju struje curenja koje na svom izlazu daje napon Vo.<\/p>\n

      Fotonaponski standard predvi\u0111a da se za detekciju fotonaponske struje curenja mora koristiti takozvani tip B, odnosno strujni senzor koji mo\u017ee da meri i naizmeni\u010dnu i jednosmernu struju curenja. Upravo je takav senzor prikazan na Slici 6. Senzor struje je instaliran na spoljnom linijskim\u00a0 izlaznom vodovima invertora, tako da detektuje struju curenja (od bilo kojeg linijskog voda ka uzemljenju).<\/p>\n

      \n
      \n
      \n

      \"Slika
      Slika 6. Senzor za detekciju struje curenja invertora; (a) komercijalni izgled i ugradnja, (b) principski prikaz<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

      Tehnike kontrole struje curenja<\/h3>\n

      U ovom trenutku je tehnologija suzbijanja i kontrola\u00a0 struje curenja veoma aktuelna tema na nivou nau\u010dnih istra\u017eivanja ali i prakti\u010dne implementacije u oblasti fotonaponskih sistema povezanih na elektroenergetsku mre\u017eu.<\/p>\n

      Veli\u010dina struje curenja zavisi od parazitne kapacitivnosti CPE izme\u0111u fotonaponskog sistema PV i zemlje, kao i od brzine promene napona zajedni\u010dkog moda (tzv. \u201ecomon mode voltage\u201c). Vrednost parazitne kapacitivnosti je tako\u0111e povezana sa spoljnim uslovima \u017eivotne sredine, meteorolo\u0161kim uslovima, veli\u010dinom i strukturom fotonaponskih modula i drugim faktorima. Kao \u0161to je prethodno re\u010deno ova parazitna kapacitivnost mo\u017ee imati specifi\u010dnu vrednost po kW instalisane snage u opsegu 50-150nF\/kW. Brzina promene napona zajedni\u010dkog moda je pre svega odre\u0111ena topologijom i\u00a0 strukturom i modulacionim algoritmom PV invertorskog pretvara\u010da, a zatim i nekim drugim faktorima (mestom i na\u010dinom ugradnje, uticajima energetske mre\u017ee i sl.)[7].<\/p>\n

      \u0160to se ti\u010de tradicionalne jednofazne\/trofazne fotonaponske invertorske topologije bez transformatora, dva su osnovna uslova za efikasno potiskivanje struja curenja: (1) potrebno je konzistentno dimenzionisati priklju\u010dne sabirnice H mosta i te\u017eiti da njihove parazitne induktivnosti budu \u0161to manje, (2) u pogledu upravljanja treba te\u017eiti sintezi ne nultih vektora u referentnom vektorskom sistemu, kako bi se odr\u017eao konstantan napon zajedni\u010dkog moda[7].<\/p>\n

      U nastavku \u0107e biti detaljnije izlo\u017eene monofazne i trofazne\u00a0 topologije koje se koriste u cilju kontrole struje curenja u PV sistemima sa fotonaponskim invertorima.<\/p>\n

        \n
      1. A) Tehnike kontrole struje curenja monofaznih invertora<\/li>\n<\/ol>\n

        Na Slici 7 je prikazana topologija punog H mosta , tzv. topologija H4. Osnovu topologije \u010dini H-most sa visokofrekventnim prekida\u010dima S1-S4 i pripadaju\u0107im povratnim diodama. Na izlazu ka mre\u017enim priklju\u010dcima sa koriste prigu\u0161nice La, Lb, kao i prigu\u0161nica u povratnom vodu Lg. Ulazni napon H mosta je Udc.<\/p>\n

        \n
        \n
        \n

        \"Slika
        Slika 7. Kontrola struje curenja u monofaznom H4-mosnom mre\u017enom invertoru<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

        Da bi se re\u0161io problem struje curenja u punom H-mosnom PV invertoru, mo\u017ee se koristiti bipolarna PWM modulacija (modulacija polo\u017eaja prednje i zadnje ivice impulsa prirodnim odabiranjem)[7-9]. Karakteristi\u010dni talasni oblici za ovaj tip modulacije su dati na Slici 8.<\/p>\n

        \n
        \n
        \n

        \"Slika
        Slika 8. Karakteristi\u010dni talasni oblici monofaznog H mosta i spektar izlaznog napona<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

        Na Slici 8 su prikazane slede\u0107e vrednosti: moduli\u0161u\u0107i signal-Ur, modulacioni nosilac-Uc, perioda odabiranja-Ts, modulisani signal- Um i spektar izlaznog napona invertora. S obzirom na to da se izlazni napon invertora menja od +E do \u2013E ovakav tip modulacije naziva se bipolarna modulacija. Odnos maksimalnih trenutnih vrednosti moduli\u0161u\u0107eg signala i nosioca naziva se indeks modulacije. Spektar izlaznog napona invertora se sastoji od osnovnog harmonika niske u\u010destanosti i niza vi\u0161ih harmonika grupisanih oko harmonika \u010dija je u\u010destanost celobrojni umno\u017eak u\u010destanosti odabiranja \u03c9s. U spektru mogu postojati samo neparni harmonici jer je ispunjen uslov f(t+T\/2)= – f(t). Kako je u prikazanom primeru \u03c9s \u2248 12 \u03c91, sledi da ne postoje harmonici na u\u010destanosti \u03c9=k\u03c9s jer bi to bili parni harmonici. U\u010destanost odabiranja (\u03c9s=5KHz…20 kHz) i mnogo je ve\u0107a od u\u010destanosti osnovnog harmonika (obi\u010dno 50Hz ili 50Hz), iz prenosne funkcije sledi da de harmonijska izobli\u010denja napona na optere\u0107enju biti veoma mala.<\/p>\n

        Ova vrsta modulacije elimini\u0161e visokofrekventnu komponentu napona\u00a0 zajedni\u010dkog moda na u invertorskom sistemu, tako da napon zajedni\u010dkog moda generalno ima samo niskofrekventnu komponentu (prete\u017eno prvog\u00a0 harmonika), \u010dime se smanjuju efekti struje curenja.<\/p>\n

        Na Slici 9 je prikazana mosna H5 topologija monofaznog invertora kojom se tako\u0111e mo\u017ee posti\u0107i kontrola struje curenja.<\/p>\n

        \n
        \n
        \n

        \"Slika
        Slika 9. Kontrola struje curenja u jednofaznom H5-mosnom mre\u017enom invertoru<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

        Ova topolo\u0161ka struktura zahteva dodavanje samo jednog dodatnog tranzistorskog prekida\u010da S5 u pore\u0111enju sa tipom punog mosta. Ovo je razlog za\u0161to se ova topologija naziva H5 topologija. PV modul \u00a0se isklju\u010duje iz mre\u017ee tokom oporavka struje kroz zamajne (povratne) diode, kako bi se spre\u010dilo da napon panela od (+) pola ili (-) pola ka \u201ezemlji\u201c fluktuira sa prekida\u010dkom frekvencijom. Ovim se posti\u017ee da se napon zajedni\u010dkog moda odr\u017eava skoro konstantnim.<\/p>\n

        Na Slici 10 je prikazana\u00a0 HERIC (eng. highly efficient and reliable inverter concept) topologija bazirana na AC prekida\u010du, odnosno AC bajpasu za kontrolu struje curenja u PV sistemu sa invertorskim pretvara\u010dem[7-8].<\/p>\n

        \n
        \n
        \n

        \"Slika
        Slika 10. Kontrola struje curenja u jednofaznom H-mosnom mre\u017enom invertoru HERIC topologija<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

        Ova topolo\u0161ka struktura zahteva dodavanje samo jednog dodatnog tranzistorskog para S5 i S6 (jedan prekida\u010dki elemenat integrisan u tranzistorskom modulu)\u00a0 kojim se obezbe\u0111uje AC prekida\u010dka funkcija. Ovo je konfiguracija u kojoj su dva anti-paralelna pomoc\u0301na prekida\u010da dodata konvencionalnom pretvara\u010du H-mosta,\u00a0 mogu da provedu povratnu struju najkra\u0107im putem tokom perioda kada je izlazni napon pretvara\u010da H-mosta nula, i mogu smanjiti gubitke i \u0161um (a time i struju curenja).<\/p>\n

        Pretpostavimo da posmatramo jednu polovinu H mosta, odnosno rad prekida\u010da S1 i S4 u mostu HERIC AC bajpas topologije. Tokom pozitivnog polu ciklusa, prekida\u010d S5 je uvek isklju\u010den i S6 je uvek uklju\u010den, a S1 i S4 su modulisani prekida\u010dkom frekvencijom. Kada su S1 i S4 uklju\u010deni, naponi polova su Udc i 0, a napon zajedni\u010dkog moda je Udc\/2. Kada su S1 i S4 isklju\u010deni, struja te\u010de kroz anti-paralelnu diodu od S6 i prekida\u010d S5, a konstantni napon je Udc\/2,dok je napon zajedni\u010dkog moda u ovom slu\u010daju jednak\u00a0 Udc\/2. Sli\u010dna situacija se ima kada se uklju\u010duju i isklju\u010duju prekida\u010di S2 i S3.<\/p>\n

        Na Slici 11 je prikazana H6 invertorska topologija koja je bazirana na DC bajpasu[7].<\/p>\n

        \n
        \n
        \n

        \"Slika
        Slika 11. Kontrola struje curenja preko DC bajpasa<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n<\/div>\n

        H6 DC bajpas topologija je bazirana na slede\u0107em principu rada: U pozitivnom polu-ciklusu, prekida\u010di S1 i S4 su uvek uklju\u010deni, a S5, S6 i S2, S3 su naizmeni\u010dno uklju\u010deni. Kada su S5 i S6 uklju\u010deni, S2 i S3 su isklju\u010deni, tada je napon zajedni\u010dkog moda Udc\/2. Kada su S2 i S3 uklju\u010deni, a S5 i S6 isklju\u010deni, postoje dve trenutne putanje povratne struje: (1) S1, S3 anti-paralelna dioda, (2) S4, S2 anti-paralelna dioda. Diode D7 i D8 spajaju napon na Udc\/2, a napon zajedni\u010dkog moda je tada Udc\/2 u ovom trenutku. Napon zajedni\u010dkog moda u negativnom polu-ciklusu je tako\u0111e Udc\/2, tako da se struja curenja mo\u017ee na ovaj na\u010din veoma efikasno ograni\u010diti ili \u010dak potisnuti.<\/p>\n

        Sve prethodno navedene topolo\u0161ke strukture smanjuju struju curenja sni\u017eavanjem napona zajedni\u010dkog moda (tzv. common mode voltage). Tehnologija invertora sa vi\u0161e nivoa kao \u0161to su sa 3 nivoa ili 5 nivoa, tako\u0111e se mo\u017ee koristiti za smanjenje napona zajedni\u010dkog moda (pozitivne i negativne ta\u010dke ka \u201ezemlji\u201c), \u010dime je mogu\u0107e\u00a0 smanjiti struju curenja kroz parazitne kapacitivnosti , kao posledicu ovih napona.. U nastavku \u0107e biti vi\u0161e re\u010di o ovim topologijama sa vi\u0161e nivoa, koje se u principu koriste u trofaznim primenama.<\/p>\n

          \n
        1. B) Tehnike kontrole struje curenja u trofaznim invertorskim PV sistemima<\/li>\n<\/ol>\n

          U ovom poglavlju su razmotrene trofazne topologije PV invertora koje omogu\u0107avaju ograni\u010denje struja curenja. Na Slici 1 je data klasi\u010dna invertorska topologija za ovu namenu. Invertor je direktno i bez galvanske izolacije (energetskog transformatora) povezan na elektroenergetsku mre\u017eu.<\/p>\n

          Tipi\u010dan trofazni fotonaponski sistem bez transformatora povezan na mre\u017eu sa kori\u0161\u0107enjem induktivno-kapacitivnog\u00a0 LCL filtera je prikazan na Slici 1(a). Generalno je poznato da je LCL filter manjih gabarita i da ima bolje harmonijsko slabljenje nego L filter. Ipak, niska struja curenja ne mo\u017ee biti postignuta sa ovim klasi\u010dnim LCL filterom bez odgovaraju\u0107ih tehnika redukcije struje curenja.\u00a0 S druge strane, upotreba MLCL filtera sa srednjom ta\u010dkom, kao \u0161to je prikazano na Slici 1(b), je najjednostavnije re\u0161enje za smanjenje struja curenja u trofaznim PV invertorima [10].<\/p>\n

          \n
          \n
          \n

          \"Slika
          Slika 12. Kontrola struje curenja u trofaznim PV invertorima; (a) sa klasi\u010dnim LCL filterom, (b) sa MLCL filterom<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n

          MLCL filter obavlja dva zadatka u sistemu ovog energetskog pretvara\u010da: (1) harmonijsko slabljenje struja u mre\u017ei i struje curenja se smanjuje; ima iste komponente kao i klasi\u010dni LCL filter, osim spajanja filterskih kondenzatora zajedni\u010dku ta\u010dku (srednju ta\u010dku) na DC sabirnicama, kao \u0161to pokazuje Slika 1(b). Ova sprega ustvari predstavlja niskopropusni filter, koji prigu\u0161uje visokofrekventne komponente napona na parazitnoj kapacitivnosti Cpv, smanjuju\u0107i struju curenja u PV sistemu.<\/p>\n

          Na Slici 13 je prikazana H10 topologija koja obezbe\u0111uje kontrolu struje curenja preko DC bajpasa. Ona u principskom smislu odgovara monofaznoj H5 topologiji, samo \u0161to se u ovom slu\u010daju koristi trofazni invertor umesto monofaznog.\u00a0 Tako\u0111e topologija na Slici 13 se mo\u017ee raspregnuti na tri monofazne topologije, tako da va\u017ei isto obja\u0161njenje kao u slu\u010daju H5 topologije. U ovom slu\u010daju treba skrenuti pa\u017enju da se za ograni\u010denje struja curenja koristi LCL filtar koji je povezan na neutralnu ta\u010dku elektroenergetske mre\u017ee. U ovom slu\u010daju umesto tranzistora i diode ( kao na Slici 11) u DC bajpasu u svakoj grani se koriste po dva tranzistorska prekida\u010da S9,S7, odnosno S8, S10. U ovom slu\u010daju u DC kolu se koriste tri kondenzatora (dva za svaki bajpas i jedan izme\u0111u) [10-13].<\/p>\n

          \n
          \n
          \n

          \"Slika
          Slika 13. Kontrola struje curenja u trofaznim PV invertorima- H10 topologija<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n

          Topologija invertora sa tri nivoa i neutralnom spregnutom ta\u010dkom (NPC) je data na Slici 14. NPC topologija generi\u0161e linijski napon sa pet nivoa, pobolj\u0161avaju\u0107i kvalitet talasnih oblika napona u harmonijskom smislu [10-14].<\/p>\n

          \n
          \n
          \n

          \"Slika
          Slika 14. Kontrola struje curenja u trofaznom PV invertoru sa tri nivoa priklju\u010denim na mre\u017eu preko MLCL filtera sa pasivnim prigu\u0161enjem<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n

          \u0160tavi\u0161e, napon na poluprovodni\u010dkim prekida\u010dkim elementima poluprovodnika je jednaka polovini DC napona,\u00a0 \u0161to omoguc\u0301ava visoki napon u PV nizu. Kondenzator (Cp) je uklju\u010den u DC magistralu na negativnom polu i on predstavlja ustvari parazitnu kapacitivnosti PV sistema. Impedansa mre\u017ee se smatra \u010disto induktivnom i predstavljena je induktorom Lg.<\/p>\n

          Strategija modulacije PV invertora je ustvari modulacija \u0161irine impulsa (PWM) sa prisustvom faznog nosioca, koja predstavlja jednostavnu i laku implementaciju[11-14]. Koristi se uobi\u010dajeni signal za pro\u0161irenje indeksa modulacije NPC pretvara\u010da i za DC balans napona kondenzatora magistrale (C1 i C2). Pasivni filtar sa malim gubicima prigu\u0161enje se koristi za smanjenje rezonantnog vrha MLCL filtera u cilju izbegavanja nestabilnosti sistema upravljanja. Ova koncepcija sa prigu\u0161enjem zadr\u017eava visokofrekventno slabljenje filtera \u010dak i povec\u0301anjem otpornosti\u00a0 prigu\u0161enja Rd. \u0160tavi\u0161e, efekat prigu\u0161enja se pove\u0107ava, kako se gubici snage pove\u0107avaju sa odnosom Cd\/Cn. Detaljna analiza rada ove invertorske topologije je data u istra\u017eivanju[11-14].<\/p>\n

          Na Slici 15 je data principska \u0161ema kontrole trofaznog invertora sa tri nivoa sa NPC kojom se obezbe\u0111uje smanjenje struja curenja. U principu analiza stabilnosti zavisi od kori\u0161\u0107ene tehnike kontrole. Na ovaj na\u010din je usvojena digitalna proporcionalno-integralna (PI) kontrola u sinhronom referentnom sistemu (d-q) za kontrolu mre\u017ene struje, kao \u0161to je ilustrovano na Slici 4(a).<\/p>\n

          \n
          \n
          \n

          \"Slika
          Slika 15. Principski prikaz kontrole trofaznog PV invertora sa tri nivoa; (a) blok \u0161ema upravlja\u010dkog kola u sinhronom referentnom sistemu, (b) ekvivalentna upravlja\u010dka \u0161ema sa funkcionalnim blokovima<\/figcaption><\/figure><\/dt>\n<\/dl>\n

          Kontrolni sistem prikazan na slici 4b va\u017ei za obe ose (d i q). Jedini\u010dno ka\u0161njenje z\u22121 je uklju\u010deno zbog digitalne implementacije, gde je Ts period semplovanja. \u0160tavi\u0161e, zadr\u017eavanje nultog reda (ZOH) modelira PWM dinamiku. Efekat d-q transformacije nije uzet u obzir na Slici 4(b) po\u0161to je prekida\u010dka u\u010destanost dovoljno vec\u0301a od osnovne u\u010destanosti 50Hz. Diskretni model filtera se mo\u017ee dobiti iz Z transformacije, uzimaju\u0107i u obzir ZOH model i usvajaju\u0107i da je u\u010destanost semplovanja (odabiranja) dvostruko ve\u0107a od prekida\u010dke u\u010destanosti. Dizajn PI kontrolera bi se mogao napraviti s obzirom na izlazni filter kao \u010disto induktivni filter (L1\u2009+\u2009L2), po\u0161to se filterski kondenzator Cf<\/sub>\u00a0 mo\u017ee zanemariti za frekvencije ni\u017ee od rezonantnog pika.<\/p>\n

          Tako\u0111e se za ovu topologiju\u00a0 pokazalo da induktivnost mre\u017ee uti\u010de na pona\u0161anje i struje curenja i stabilnost sistema, ograni\u010davaju\u0107i opseg primene za filtersku otpornost. Pristup se tako\u0111e mo\u017ee pro\u0161iriti na druge topologije PV invertora bez transformatora i \u0161eme za smanjenje struje curenja\u00a0 koje koriste MLCL filter.<\/p>\n

          Eksperimentalni rezultati<\/h3>\n

          Kao \u0161to je prethodno re\u010deno, \u00a0treba izbegavati velike struje curenja kako bi se spre\u010dilo la\u017eno okidanje za\u0161tite od diferencijalne struje (ZUIDS) u sistemu. Po\u0161to je struja curenja direktno zavisna od kapacitivnosti PV modula prema zemlji, za svaki naizmeni\u010dni napon prema zemlji mo\u017ee se odrediti granica kapaciteta iznad koje c\u0301e biti rad podlo\u017ean smetnjama. Granica\u00a0 kapacitivnosti se mo\u017ee izra\u010dunati iz relacije (2) i nakon toga proveriti sa katalo\u0161kim podacima za PV invertor.<\/p>\n

          U ovom poglavlju \u0107e biti prikazani neki karakteristi\u010dni rezultati koji se ti\u010du kontrole i ograni\u010denja struje curenja u PV invertorskom sistemima iz prakse. Sveobuhvatno testiranje na firme SMA na terenu otkrilo je da su vrednosti izra\u010dunate kori\u0161\u0107enjem granice kapacitivnosti vr\u0161ne vrednosti za ve\u0107inu PV modula staklo-staklo, a do njih se dolazi samo po jakoj ki\u0161i. Vrednosti struje curenja su povi\u0161ene ako postoji jutarnja kondenzacija, ali treba napomenuti da njene vrednosti padaju na prihvatljive nivoe tokom perioda najvec\u0301eg prinosa solarnog sistema, odnosno proizvodnje na DC strani\u00a0 (kada je sun\u010devo zra\u010denje intenzivno). U nastavku \u0107e biti prikazane reakcije struje curenja za pomenute slu\u010dajeve [1-2].<\/p>\n

          Na Slici 16 je prikazan dnevni \u00a0snimak proizvedene snage i \u00a0struje curenja na PV sistemu snage 10kW za vreme jednog tipi\u010dnog letnjeg dana.<\/p>\n

          \"Slika
          Slika 16. Snimak ulazne DC snage i struje curenja na PV sistemu snage 10kW- uticaj jutarnje kondenzacije na PV panelima[1]<\/figcaption><\/figure>Uo\u010dava se da je u ranim jutarnjim satima kada je dominantna\u00a0 kondenzacija usled jutarnje rose na PV panelima dominantan uticaj struje curenja. Snimak je dat za primenjeni monofazni solarni invertor firme SMA tip SMC-1100TL, ulazne DC snage 10.8kW i izlazne snage 10kW i maksimalne vrednosti izlaznog napona 240Vac. Uo\u010dava vr\u0161na vrednost struje curenja od 17mA u jutarnjim satima, dok je u toku dana ustaljena vrednost ove struje ispod 10mA.Na Slici 17 je dat snimak istih veli\u010dina tokom tipi\u010dnog sparnog dana u mesecu julu, ali je akcenat u prikazu dat na trenutak kada se u popodnevnim satima usled obla\u010dnosti javio intenzivan pljusak, odnosno obilna padavina, kada su PV paneli bili pod intenzivnim dejstvom ki\u0161e. U ovom slu\u010daju, kao \u0161to\u00a0 se sa snimka\u00a0 na Slici 17 mo\u017ee zaklju\u010diti, se imala zna\u010dajno ve\u0107a vrednost struje curenja u tom trenutku u odnosu na jutarnju ( od oko 20mA) i da je ona iznosila oko 45mA u trajanju od pribli\u017eno 2h. Na istom snimku se uo\u010dava je kod invertora tipa WR03-SMC 11000 TL ova struja redukovana u odnosu na invertore SMS 10000TL, kao i \u00a0da je smanjena na prihvatljivi nivo od par miliampera.
          \"Slika
          Slika 17. Snimak ulazne DC snage i struja curenja na PV sistemu snage 10kW- uticaj popodnevne intenzivne ki\u0161e na PV panelima; za dva tipa invertora SMC1000TL i SMC11000TL[1]<\/figcaption><\/figure><\/div>\n

          U nastavku su dati osciloskopski snimci koji se odnose na merenje struje curenja u trofaznom NPC PV invertoru sa tri nivoa priklju\u010denim na mre\u017eu preko MLCL filtera sa pasivnoj prigu\u0161noj otpornosti (topologija na Slici 14). U ovom slu\u010daju parazitna kapacitivnost PV panela (\u201en\u201c priklju\u010dka) prema zemlji je iznosila \u2248 1\u03bcF.<\/p>\n

          Na Slici 18 je su prikazani talasni oblici izlaznih struja invertora ( kanal CH1) i\u00a0 talasni oblik trenutne vrednosti struje curenja (kanal CH2) za slu\u010daj prigu\u0161ne otpornosti od 8\u03a9. Uo\u010dava se da je \u201epeak-peak\u201c<\/em> amplituda struje curenja pribli\u017eno jednaka 0.9A. Trenutna vrednost amplitude struje curenja je 0.45A, dok je efektiva vrednost struje curenja 0.32A. Ova vrednost je iznad dozvoljenog limita.<\/p>\n

          \"Slika
          Slika 18. Snimak izlaznih struja trofaznog NPC invertora sa tri nivoa i struje curenja za slu\u010daj otpornosti od 10\u03a9 u MLCL filtru sa pasivnim omskim prigu\u0161enjem<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n

          Na Slici 19 je prikazan slu\u010daj kada je vrednost prigu\u0161ne otpornosti iznosila 1\u03a9. U ovom slu\u010daju je \u201epeak-peak\u201c<\/em> amplituda struje curenja pribli\u017eno bila jednaka 0.5A. Trenutna vrednost amplitude struje curenja je 0.25A, dok je efektiva vrednost struje curenja iznosila 0.15A. Treba napomenuti da je ova vrednost ispod dozvoljenog limita i da je u skladu sa propisima.<\/p>\n

          \"Slika
          Slika 19. Snimak izlaznih struja trofaznog NPC invertora sa tri nivoa i struje curenja za slu\u010daj otpornosti od 1\u03a9 u MLCL filtru sa pasivnim omskim prigu\u0161enjem<\/figcaption><\/figure>\n

          Zaklju\u010dak<\/h3>\n

          U radu je istaknut problem struja curenja i rezidualnih struja koje se naj\u010de\u0161\u0107e susre\u0107u u PV sistemima ( obi\u010dno na ve\u0107im PV elektranama). U nastavku je data analiza sistema PV invertor-mre\u017ea, kao i analiza struja curenja u ovom sistemu. U radu su tako\u0111e analizirane topologije monofaznih i trofaznih PV invertora koje obezbe\u0111uju ograni\u010denja i kontrolu struje curenja. Akcenat je dat na mosne topologije (monofazne i trofazne) \u00a0i \u00a0na trofaznu topologiju NPC invertora sa tri nivoa u kombinaciji sa pasivnim LCL i MLCL filtrima i sa prigu\u0161nom otporno\u0161\u0107u. Na kraju su predstavljeni neki prakti\u010dni eksperimentalnim rezultati koji se odnose na problematiku struja curenja monofaznih PV invertora i trofaznih NPC PV invertora koji su povezani na elektroenergetsku mre\u017eu.<\/p>\n

          Izlo\u017eena problematika bi mogla imati zna\u010daj za projektante i to prvenstveno u slu\u010dajevima kada je potrebno izvr\u0161iti izbor ure\u0111aja za za\u0161titu od diferencijalne struje,\u00a0 propisani u uslovima koje propisuju nadle\u017ene EDB. Sa druge strane, pogre\u0161an odabir za\u0161tite mo\u017ee da uti\u010de na ispadanje invertora iz rada, \u010dak i kada ne postoji curenje struje u instalaciji, u normalnim okolnostima. Stoga je problem parazitnih kapacitivnosti koje se imaju izme\u0111u PV panela i \u201ezemlje\u201c veoma zna\u010dajan kod prorade ure\u0111aja za za\u0161titu od diferencijalne struje u slu\u010dajevima kada postoji kondenzacija (jutarnji period), a \u00a0posebno pri ki\u0161ovitim i intenzivno ki\u0161ovitim \u00a0vremenskim uslovima.<\/p>\n

          Literatura:<\/h4>\n