بهبود عملکرد اینورترهای فتوولتائیک پل متوالی متصل به شبکه در شرایط تابشی نامتقارن
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترحسین ایمان‌عینی 1 * , مهراز امینی 2 , شاهرخ فرهنگي 3
1 - دانشگاه تهران
2 - دانشگاه تهران
3 - دانشگاه تهران
کلید واژه: اینورترهای چندسطحی پل متوالی اینورتر فتوولتائیک متصل به شبکه ردیابی نقطه توان بیشینه سیستم‌های فتوولتائیک,
چکیده مقاله :
در سال‌های اخیر انرژی خورشیدی به عنوان یکی از منابع انرژی پاک و تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته است. مهم‌ترین بحث در زمینه انرژی خورشیدی، قیمت پایین، بازده بالا و کیفیت مناسب توان تزریقی به شبکه است. علی رغم این که اینورتر چندسطحی پل متوالی گزینه مناسبی برای کابردهای فتوولتائیک متصل به شبکه است (به دلیل دارابودن باس‌های dc مجزا) اما مسایل کنترلی آن به طور کامل حل نشده و یکی از مهم‌ترین چالش‌ها مربوط به حاشیه پایداری کم اینورتر پل متوالی در شرایط تابشی نامتقارن است. در این مقاله یک روش جستجوی نقطه توان بیشینه اصلاح‌شده در مبدل 7سطحی پل متوالی متصل به شبکه بررسی می‌شود. در روش پیشنهادی، ضمن ردیابی نقطه توان بیشینه آرایه‌های خورشیدی در حالت متقارن، با جا‌به‌جایی نقطه کار ماژول‌ها در حالت نامتقارن و استفاده از ضریب مدولاسیون پل‌ها به عنوان یک درجه آزادی، تزریق توان صحیح و پایدار ادامه می‌یابد. در انتها صحت و درستی عملکرد روش پیشنهادی از طریق شبیه‌سازی‌های متعدد و همین طور نتایج آزمایشگاهی تأیید می‌شود.
In recent years, solar energy has gained a great deal of attention. Hence, the photovoltaic (PV) systems which convert the solar energy into electricity should achieve high efficiency, low manufacturing cost, and high quality of electric power to attract the consumers. Although Cascaded H-Bride (CHB) inverter is a suitable choice for injection of PV power into grid, its control issues have not been completely solved. One of the main challenges in CHB inverter is low margin of stability when the H-bridge cells are under imbalance operating conditions. In this paper, a new MPPT algorithm is proposed for a CHB photovoltaic inverter. The proposed approach not only tracks the maximum point of distinct PV arrays under symmetric insolation, but also behaves well under asymmetric insolation conditions. The latter is achieved through shifting the operating point of PV arrays and using the modulation index of H-bridge cells as a degree of freedom. The usefulness and validity of new method is confirmed by simulation and experiments on a 7-level CHB photovoltaic inverter.
[1] S. B. Kjaer, J. K. Pedersen, and F. Blaabjerg, "A review of single - phase grid connected inverters for photovoltaic modules," IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. 41, no. 5, pp. 1292-1306, Sep./Oct. 2005.
[2] J. Rodriguez, L. Jih-Sheng, and P. Fang Zheng, "Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724-738, Aug. 2002.
[3] L. Liu, H. Li, Y. Xue, and W. Liu, "Reactive power compensation and optimization strategy for grid - interactive cascaded photovoltaic systems," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 1, pp. 188-202, Jan. 2015.
[4] S. Daher, J. Schmid, and F. L. M. Antunes, "Multilevel inverter topologies for stand - alone PV systems," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 55, no. 7, pp. 2703-2712, Jul. 2008.
[5] L. Liu, H. Li, Y. Xue, and W. Liu, "Decoupled active and reactive power control for large - scale grid - connected photovoltaic systems using cascaded modular multilevel converters," IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 30, no. 1, pp. 176-187, Jan. 2015.
[6] ع. اسکندری قادی، تحلیل و کنترل اینورتر چندسطحی تمام پل متوالی نامتقارن برای سیستم‌های فتوولتائیک متصل به شبکه، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، بهمن 1391.
[7] A. Dell'Aquila, M. Liserre, V. G. Monopoli, and P. Rotondoi, "Overview of PI - based solutions for the control of DC buses of a single - phase H - bridge multilevel active rectifier," IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 44, no. 3, pp. 857-866, May 2008.
[8] C. Cecati, F. Ciancetta, and P. Siano, "A multilevel inverter for photovoltaic systems with fuzzy logic control," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 57, no. 12, pp. 4115-4125, Dec. 2010.
[9] E. Villanueva, P. Correa, J. Rodriguez, and M. Pacas, "Control of asingle - phase cascaded H - bridge multilevel inverter for grid -connected photovoltaic systems," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 56, no. 11, pp. 4399-4406, Nov. 2009.
[10] M. A. Rezaei, H. Iman - Eini, and S. Farhangi, "Grid connected photovoltaic system based on a cascaded H - bridge inverter," J. of Power Electronics, vol. 12, no. 4, pp. 578-586, Jul. 2012.
[11] S. Khomfoi and C. Aimsaard, "A 5 - level cascaded hybrid multilevel inverter for interfacing with renewable energy resources," in Proc. of 6th Int. Conf. on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology, ECTI-CON, vol. 1, pp. 284-287, Pattaya, Thailand, 6-9 May 2009.
[12] L. M. Tolbert and F. Z. Peng, "Multilevel converters as a utility interface for renewable energy systems," in Proc. of IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 2, pp. 1271-1274, Seattle, US, 16-20 Jul. 2000.
[13] M. Malinowski, K. Gopakumar, J. Rodriguez, and M. A. Perez, "A survey on cascaded multilevel inverters," IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 57, no. 7, pp. 2197-2206, Jul. 2010.
[14] H. Cha, T. K. Vu, and J. E. Kim, "Design and control of proportional-resonant controller based on photovoltaic power conditioning system," in Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 2198-2205, San Jose, US, 20-24 Sep. 2009.
[15] V. D. Dio, D. L. Casica, and R. Miceli, "A mathematical model to determine the electrical energy production in photovoltaic fields under mismatch effect," in Proc. IEEE Conf. on Clean Electrical Energy, pp. 46-51, 9-11 Jun. 2009.
[16] V. Salas, E. Olıas, A. Barrado, and A. Lazaro, "Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems," Solar Energy Materials and Solar Cells, vol. 9, no. 11, pp. 1555-1578, Jul. 2006.