Implementation of residual current protection in photovoltaic inverters
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2009
Department
Major/Subject
Sovellettu elektroniikka
Mcode
S-66
Degree programme
Language
en
Pages
88
Series
Abstract
Aurinkosähköjärjestelmien käyttö hajautetussa energiantuotannossa lisääntyy voimakkaasti. Aurinkosähköjärjestelmien etuna on mm. päästötön energiantuotanto. Vikavirrat voivat häiritä näiden järjestelmien toimintaa. Vikavirrat aiheutuvat aurinkopaneelin maakapasitanssista ja tämän yli muodostuneesta jännitteestä. Kaikki järjestelmässä tehdyt valinnat vaikuttavat syntyviin vikavirtoihin. Näitä valintoja ovat mm. modulaatiotekniikka, käytetty invertteritopologia ja aurinkopaneelityyppi. Vikavirrat aiheuttavat järjestelmässä mm. kasvaneita häviöitä, tulipalovaaran ja sähköiskun vaaran. Standardit määrittelevät rajat sallituille vikavirroille. Esimerkiksi VDE DIN 0126-1-1 [12] määrittelee suurimmaksi sallituksi vikavirraksi 300 mA. Nopeat 30 mA muutokset tulee huomata välittömästi. Tässä työssä tutkittiin vikavirtojen syntyä ja vaikutuksia verkkoon syöttävissä järjestelmissä jotka käyttävät muuntajattomia inverttereitä. Myös vikavirran mittaustapoja tutkittiin. Kahta kaupallista vikavirtasensoria testattiin ja niitä vertailtiin keskenään. Työssä suunniteltiin, simuloitiin ja rakennettiin oma prototyyppisensori. Tällä tavoin tutustuttiin tarkemmin vikavirtamittaukseen ja sen toimintaan käytännössä. Prototyyppisensorin teknologiaksi valittiin flux gate tekniikka. Testatut kaupalliset sensorit toimivat dokumentoidulla tavalla. Niiden toiminnassa oli kumminkin selviä eroja. Prototyyppisensori saatiin toimimaan ja sillä voitiin mitata standardien vaatimia virtoja. Sensori oli hyvin herkkä ulkopuolisille magneettikentille ja suojautumista näiltä kentiltä tulee tutkia tarkemmin tulevaisuudessa.The number of photovoltaic systems in distributed energy production is increasing rapidly, one advantage being pollution free energy production. Residual currents are, however, something that can disturb the operation of these systems. Residual currents are caused by the ground capacitance of the solar panels and the voltage created across this capacitance. All the choices made in the design of the system affect these problematic residual currents. The design choices include modulation technique, inverter topology and used solar panel type. Residual currents result in higher losses, fire hazard as well as risk of electric shock. Standards regulate the permitted residual currents. One of these standards is VDE DIN 0126-1-1 which permits maximum residual current of 300 mA. Fast 30 mA changes have to be detected immediately. The causes and effects of residual current are studied in this thesis which concentrates on systems feeding the grid using transformerless inverters. The thesis examines methods to measure residual currents. Two commercial residual current sensors are tested and compared. Following this comparison, a prototype sensor is designed, simulated and built. Tests are performed in order to obtain more insight into the practical issues affecting residual current measuring. Fluxgate was chosen as the technology used in the prototype sensor. The commercial sensors tested operated as documented, but clear differences could be found in their operation. The prototype sensor was built successfully and it was able to measure residual currents as required by the standards. However, the prototype sensor was particularly sensitive to external magnetic fields. The shielding of the measuring device should be studied more in future development.Description
Supervisor
Sepponen, RaimoThesis advisor
Paakkinen, MikkoKeywords
photovoltaic, residual current, flux gate, ground capacitance, aurinkosähkö, vikavirta, flux gate, maakapasitanssi, invertteri