مبدل های DCeDC چند مرحله ای برای سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

شکل 1. سه نوع پیکربندی سیستم PV

2. مبدل چند سطحی پیشنهاد شده

2.1 مبدل DCeDC با step-up بالا

شکل 2. مبدل های چندسطحی پیشنهادی

شکل 3. مدار معادل مبدل Dc-Dc با سرعت راه اندازی بالا

2.1.1 حالت رسانش پیوسته 

شکل 4. (الف) شکل موج های دستگاه های اصلی

شکل 4. عملیات CCM در طول یک دوره

2.1.2 حالت رسانش گسسته 

شکل 5. عملیات DCM در طول یک دوره

شکل 6.   متغیر با نسبت گردش

2.2 مبدل سه مرحله ای و پل خطی

شکل 7. عملیات سوئیچینگ مبدل سه سطحی DC-DC

شکل 8. عملیات سوئیچینگ پل فرکانس خطی

3. کنترل جریان متصل به شبکه 

شکل 9. نمودار بلوکی طرح کنترل هیسترزیس 

شکل 10. طرح های سوئیچینگ S1 و S2 و شکل موج های ولتاژ

جدول 1. مقایسه کنترل هیسترزیس 3 و 5 مرحله ای

4. نتایج شبیه سازی و آزمایشات

شکل 11. فرکانس سوئیچینگ و دمای اتصال برای کنترل سنتی و کنترل پیشنهادی

الف) مبدل نمونه

ب) ارایه PV

شکل 12. راه اندازی آزمایشی

جدول 2 مشخصه های ماژول OF PV و مبدل

شکل 13. نتایج شبیه سازی برای دو طرح کنترل هیستریزیس

شکل 14. شکل موج های اندازه گیری شده از مبدل DC-DC

الف) نتایج آزمایشی کنترل هیستریزیس سنتی

ب) نتایج آزمایشی کنترل هیستریزیس سه مرحله ای

ج) نتایج آزمایشی کنترل هیستریزیس پنج مرحله ای

د) نتایج آزمایشی برای کنترل پنج مرحله ای

(ی) نتایج آزمایشی ولتاژ باس، جریان و ولتاژ خط

شکل 15. شکل موج های اندازه گیری شده از طرح های کنترل  

(الف) کنترل هیسترزیس سنتی

(ب) کنترل هیسترزیس پنج – مرحله ای

5. نتیجه گیری 

بحث انرژی های تجدید پذیر در برنامه های بین المللی و ملی داغ است. در حال حاضر، سیستم های فتوولتائیک متصل به شبکه (PV) یک فن آوری محبوب برای تبدیل انرژی خورشیدی به برق هستند. پانل های PV موجود دارای ولتاژ خروجی نسبتا کم و متفاوتی هستند به طوری که مبدل نصب شده بین PVs و شبکه باید به قابلیت های کنترل بالا و قابلیت های چند منظوره مجهز شود. علاوه بر این، جریان خروجی سیستم های PV غنی از هارمونیک هستند که بر کیفیت توان شبکه تاثیر می گذارد. در این مقاله یک کنترل چند مرحله ای جدید از یک مبدل DCeDC تقویت شده برای یکپارچه سازی PV ها به یک شبکه برق تک فاز پیشنهاد شده است. مدار و روش کنترل پیشنهاد شده به صورت آزمایشی با تست روی یک مبدل نمونه اولیه 600 وات تأیید شده است. تکنولوژی توسعه یافته دارای پیامدهای قابل توجه اقتصادی است و می تواند برای بسیاری از سیستم های توزیع (DG)، به ویژه برای کشورهای در حال توسعه استفاده شود که تعداد زیادی PV های کوچک متصل به شبکه توزیع تک مرحله ای دارند.

با توجه به افزایش نگرانی ها در مورد گرمایش جهانی و نابودی سوخت های فسیلی، سرمایه گذاری و تلاش های قابل توجهی در توسعه فن آوری های انرژی تجدید پذیر انجام شده است. تولید برق پاک بر اساس تکنولوژی های فتوولتائیک (PV) یکی از راه حل های شایع است. در ادبیات، سه نوع پیکربندی سیستم PV متصل به شبکه گزارش شده است: نوع مرکزی، نوع رشته و نوع مدولار [1e3]، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است. اولین سیستم ها ماژول های PV را به صورت سری و سپس به طور موازی متصل می کنند به منظور افزایش ولتاژ باس و توان جریان مستقیم (DC). آنها به طور کلی خروجی ولتاژ بالا جریان بالایی دارند و برای سیستم های سه فاز مقیاس بزرگ (> 5 کیلو وات) مناسب هستند. اما از تلفات زیاد برق و هارمونیک های جریان بالا، عدم هماهنگی ماژول PV و اثرات سایه رنج می برند [4]. دومی نیاز به ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT) برای هر رشته [5 ، 6 ] دارد. آنها دارای خروجی ولتاژ بالا و جریان کم هستند و برای سیستم های مقیاس متوسط تک فاز کارآمد و مناسب هستند (2e5 کیلو وات). در مقابل، نوع سوم سیستم نیاز به یک مبدل توان و MPPT برای هر ماژول PV دارد. در نتیجه، این سیستم ها به طور معمول دارای خروجی کم ولتاژ و کم جریان هستند و نیاز به سرمایه گذاری بالایی دارند. آنها محدود به سیستم های مقیاس کوچک و تک فاز (<2 کیلو وات) هستند. در عمل، پیکربندی دوم نوع غالب در برنامه های کاربردی PV است و به همین ترتیب تمرکز ما در این مقاله می باشد. در تئوری، ولتاژ خروجی یک رشته PV بسیار پایین است و با وجود استفاده از MPPT کاربرد وسیعی دارد. یعنی مبدل DCeDC باید به قابلیت step-up برای اتصال شبکه مجهز شود [7e12]. در این مورد، تکنولوژی مبدل چند سطحی برای اتصال PV ها به شبکه برق در حین دستیابی به خروجی خوب از نظر شکل موج، اندازه فیلتر و کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI) سودمند است. با این حال، این مبدل ها پیچیده هستند گران هستند و دارای تقویت ولتاژ ناچیزی می باشند. بنابراین، توسعه یک مبدل پیشرفته ترکیب کننده ویژگی های چند سطحی به منظور کاهش تعداد دستگاه های سوئیچینگ فعال در مبدل مطلوب است. هنگامی که به یک شبکه برق وصل می شود، سیستم های PV باید الزامات کیفی مثل اعوجاج هارمونیکی کم (THD) و پاسخ سریع پویا را تامین کنند. در این راستا، کنترل جریان هیستریزس اغلب به دلیل سادگی، استحکام و پاسخ سیگنال خوب انتخاب می شود. با این اوصاف، فرکانس سوئیچینگ مبدل با ولتاژ باس، ضریب فیلتر و پهنای باند تغییر می کند [16e18]. در ادبیات، تکنیک کنترل جریان باند - هیستریزس متغیر [16 ، 19 ] و تکنیک مدولاسیون هیسترزیس دیجیتال [20] گزارش شده است. آنها نیاز به چندین نمونه در یک دوره سوئیچینگ دارند بنابراین پیچیده و بلحاظ محاسباتی پر هزینه هستند. علاوه بر این، این روش‌های کنترل هیسترزیس برای مبدل های چند سطحی نامتقارن به سختی استفاده می شوند [21] که برای این مطالعه مورد استفاده قرار می گیرند. برای مقابله با این مشکل، این مقاله یک مبدل DCeDC چندسطحی نامتقارن جدید با کنترل هیسترزیس بهبود یافته را پیشنهاد می کند. بخش 2 توپولوژی مبدل پیشنهاد شده را معرفی می کند. بخش 3 یک طرح کنترل هیسترزیس بهبود یافته را مورد بحث قرار می دهد. بخش 4 تجزیه و تحلیل شبیه سازی و نتایج تجربی برای اهداف اعتبارسنجی را ارائه می دهد و به دنبال نتیجه گیری مختصر در بخش 5 ارائه شده است.