مبدل فتوولتائیک بدون ترانسفورماتور تک فاز

مبدل فتوولتائیک بدون ترانسفورماتور تک فاز – ایران ترجمه – irantarjomeh.ir

مقالات ترجمه شده آماده گروه برق – الکترونیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

مبدل فتوولتائیک بدون ترانسفورماتور تک فاز تشدید گیر در H6 ارتقا یافته

چکیده

در کاربردهای کم توان سیستم های فتوولتائیک (PV، اینورترها یا مبدل های متصل به شبکه بدون ترانسفورماتور به عنوان یک مولفه ترجیحی جهت افزایش بهره وری و کاهش هزینه، تقلیل اندازه و تلفات توان در قیاس با مبدل ترانسفورماتوری بشمار می آیند. در این مقاله، یک توپولوژی اینورتر تک فاز بدون ترانسفورماتور با یک خازن لینک DC برای سیستم‌های PV متصل به شبکه ارائه شده است. مبدل یا اینورتر پیشنهادی با استفاده از یک فرایند تعاملی با برنامه های MATLAB و بسنه نرم افزاری SPICE شبیه سازی شده و برای تصدیق نتایج تجربی اجرا شد. اینورتر پیشنهادی جریان نشت مد مشترک با فرکانس بالا که ناشی از خازن های پارازیتی یاانگلی پنل های PV می باشد را کاهش داده و در عین حال تحت کنترل مدولاسیون پهنای پالس سینوسی تک قطب (SPWM) می باشد. همچنین نتایج نشان دهنده آن هستند که ولتاژ حالت مشترک بصورت ثابت باقی می‌ماند. بازدهی این اینورتر پیشنهادی با متداول ترین توپولوژی‌های رایج که دارای دکوپلاژ لینک DC در حالت های ولتاژ صفر هستند قیاس شده است. این مقاله با یک فایل ویدیویی، نشان دهنده توزیع تلفات توان در این اینورتر، همراه می باشد.

کلمات کلیدی: سیستم فوتوولتائیک، مبدل / اینورتر بدون ترانسفورماتور، مدولاسیون پهنای پالس سینوسی تک قطب، ولتاژ حالت مشترک، جریان نشتی.

۱- مقدمه

سیستم‌های فتوولتائیک، همراه با سایر منابع تجدید پذیر انرژی به طور متوالی در مبحث تولید انرژی الکتریکی در خلال دهه گذشته در سراسر جهان افزایش ‌یافته اند. رشد سریع تولید برق با استفاده از سیستم فتوولتائیک خورشیدی، بواسطه کاهش هزینه های نصب، قابل توجه می باشد و این فرآیند بعنوان یک ویژگی رقابت پذیر در مبحث انرژی، در بین منابع انرژی پایدار، بشمار می آید. در سال ۲۰۱۷ مجموعاً ۹۹٫۱ گیگاوات ادوات برق خورشیدی، با قابلیت اتصال به شبکه، نصب شده و این میزان به صورت فراینده ای به یک تراوات تا سال ۲۰۲۲ افزایش می یابد [۱]. در این راستا، سیستم های PV نقش بسزایی در تأمین تقاضای برق برای کاربرد در مناطق مسکونی و تجاری داشته اند [۲]. با بهره گیری از مقررات و دستورالعمل های شبکه توسط کشورهای مختلف اینورترهای PV را می توان به طور مستقیم به شبکه برق متصل نمود. محدودیت جریان نشتی زمین را می توان از جمله مشخصه های مرتبط با شبکه و مقررات ایمنی در نظر گرفت [۳،۴]. بهره گیری از دستگاه‌های محافظ جریان نشتی به دلیل وجود ظرفیت پارازیتی بین پنل PV و زمین بعنوان یک خصیصه اجتناب ناپذیر تلقی می شود [۵]. جریان نشتی زمین، با توجه به گردش از طریق خازن پارازیتی PV، را می‌توان در اینورترها، در طی مرحله طراحی و با کار بر روی اصلاحات سخت ‌افزاری یا نرم افزاری با توجه به تکنیک‌های مدولاسیون، حذف کرد.

…

۲-  توپولوژی‌های رایج برای دکوپلاژ لینک DC

متداول‌ترین توپولوژی ها برای منفک سازی یا دکوپلاژ پنل PV از شبکه که تحت عنوان اینورترهای H5، H6، H5 بهینه شده و H6 ارتقا یافته خوانده می شوند در شکل ۱ نشان داده شده‌اند. توپولوژی H5 که دارای یک خازن لینک DC است با اضافه کردن یک دستگاه سوئیچینگ دیگر به ساختار معمولی پل H عرضه شده است [۲۰]. در این توپولوژی، ولتاژ حالت مشترک در طول سطح ولتاژ صفر (یعنی، زمان هرزگرد)سوئیچینگ تک قطبی بصورت شناور است [۲۳] و عملکرد خوب خود را فقط در ضریب توان واحد حفظ می‌کند و این محدودیت، استفاده گسترده از آن را کاهش می‌دهد [۱۳، ۲۴].

…

۳- توپولوژی اینورتر پیشنهادی و حالت‌های عملیاتی

توپولوژی پیشنهادی، لینک DC را در طی سطوح ولتاژ صفر دکوپلاژ  نموده و ولتاژ مد مشترک را با سوئیچینگ تک قطبی استاندارد بصورت ثابت نگه می دارد. اثرات خازن‌های متصل به IGBT ها که در عملکرد ارتقا یافته H6 استفاده می شوند، با اضافه کردن یک سوئیچ حالت جامد S7 دیگر به مدار حذف می شود. به منظور تقسیم ولتاژ DC ورودی بین خازن های اسنابر، دو مدار اسنابر خاموش بصورت موازی با کلیدهای S5 و S6 اضافه می شوند.

…

۴- ولتاژ مد مشترک و جریان نشتی

مدار معادل اینورتر متصل به شبکه را می توان با استفاده از ولتاژ مود مشترک اینورتر، ولتاژ مود تفاضلی اینورتر، ولتاژ مود مشترک شبکه (Vgcm)، ولتاژ مود تفاضلی شبکه (Vgdm)،اندوکتانس سوئیچینگ (L1 و L2) و خازن پارازیتی پنل (Cp) PV، همانطور که در شکل ۹ نشان داده شده است، بدست آورد. ولتاژ مود مشترک شبکه در هر دو طرف خط هم فاز با دامنه‌هایی یکسان پدیدار می‌شود. این ولتاژ نسبت به نقطه n در شکل ۲ تعریف شده است که به صورت زیر است:

…

۵-  شبیه سازی و نتایج تجربی اینورتر پیشنهادی

پروتوتایپ اینورتر پیشنهادی در آزمایشگاه ساخته شده است.بعلاوه، ولتاژ مد مشترک، جریان نشتی زمین و راندمان تحت شرایط سوئیچینگ تک قطبی استاندارد نیز بررسی شده اند. این اینورتر PV با ظرفیت توان ۱ کیلووات به شبکه متصل شده و توسط منبع ولتاژ DC ثابت تغذیه می شود. پارامترهای سیستم مورد استفاده در تجزیه و تحلیل توپولوژی پیشنهادی در جدول ۱ ارائه شده اند.

…

۶-  مقایسه اینورتر پیشنهادی با توپولوژی های موجود

مزایا و معایب توپولوژی پیشنهادی با H6، H5، H5 بهینه شده و H6 ارتقا یافته، نشان داده شده در جدول  ۲، بیان شده اند. اگرچه توپولوژی های H6 و H5 بهینه شده دارای ولتاژهای مد مشترک ثابت هستند، اما آن‌ها به تعادل ولتاژ خازن نیاز دارند [۳۱، ۳۲]. علیرغم این واقعیت که توپولوژی های H5 و H6 ارتقا یافته به دلیل وجود یک خازن در ساختارشان، به تعادل ولتاژ نیاز ندارند، ولتاژهای مد مشترک آنها شناور هستند. ولتاژ مود مشترک، در اینورتر پیشنهادی دارای یک خازن لینک dc، بصورت ثابت نگه‌داشته می‌شود. در توپولوژی پیشنهادی، مسیر جریان رزونانس رخ نمی دهد و می توان از یک سوئیچینگ تک قطبی استاندارد استفاده کرد.

…

۷- نتیجه ‌گیری

در مقاله جاری نسبت به ارائه یک توپولوژی اینورتر متناوب برای سیستم PV متصل به شبکه تک فاز، تحت مقررات ایمنی، اقدام شده است. ویژگی اساسی عملکرد این توپولوژی وابسته به دکوپلاژ لینک DC از سمت AC، در طی سطوح ولتاژ صفر ولتاژ خروجی اینورتر می باشد. توپولوژی اینورتر پیشنهادی از مزایای استفاده از یک تک خازن لینک DC بهره می جوید، که سبب حذف رزونانس احتمالی ناشی از خازن های متصل و نوسانات موجود در ولتاژ مد مشترک H6 ارتقا یافته می شود. این روش، در عین ثابت نگه داشتن ولتاژ مد مشترک سبب ایجاد راندمان و کارایی تقریبا یکسانی می شود. استفاده از تک خازن لینک DC، عدم تعادل ولتاژ را با وجود دو یا چند خازن از بین برده و احتمال خرابی خازن های الکترولیتی بکار رفته در سیستم را کاهش می دهد. همچنین، این توپولوژی اینورتر پیشنهادی کاملاً با سوئیچینگ استاندارد تک قطبی سازگار است که خود سبب می شود تااستفاده از پورت های PWM پردازنده های سیگنال دیجیتال امکان پذیر گردد.