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闭环控制的多电平逆变器使用空间网格连接光伏系统

P.Thirumuraugan1,R.Preethi2
  1. 助理教授,电子&仪表工程部门,J.J.工程与技术学院Trichy, TamilNadu India1
  2. PG的学生,电子&仪表工程部门J.J.工程与技术学院Trichy, TamilNadu India2
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文摘

本文讨论了闭环控制的二极管夹多电平逆变器(DCMLI)网格连接光伏(PV)系统。光伏阵列和最大功率控制通过模糊翻译基础MPPT算法。直流-直流转换器不需要翻译,因为模糊MPPT与逆变器集成在一起,这样输出显示准确、快速响应。空间矢量脉宽调制(SVPWM)是用于控制逆变器由于其最高效率,通过MATLAB / Simulink仿真实现。三个阶段的仿真结果三级和五级二极管夹比较多电平逆变器的总谐波失真(THD)率。

关键字
DCMLI、光伏系统、模糊、SVPWM (THD。

介绍
对可再生能源的需求在上升,因为严重的当今世界能源危机。可再生能源是能源来自自然资源如阳光、风、雨、潮汐和地热[1],[2]。在这里,太阳能作为源多电平逆变器。
光伏系统的两个主要分类是短或utility-interactive系统和独立的系统。用适当的电力转换设备,光伏系统可以产生交流电(AC)兼容任何传统的电器,并可以在并行运行,和相互联系的,公用电网。光伏系统运行在最大功率点的最高效率。最大功率操作点与日晒水平和温度变化[3]。
翻译为了增加效率,MPPT控制器使用。MPPT的技术被用来跟踪光伏阵列的最大功率。不同的跟踪控制策略,如扰动和观察,增量电导,寄生电容,恒定电压,提出了神经网络和模糊逻辑控制,最大限度地获取光伏阵列[4]。摘要模糊控制用于跟踪光伏阵列的最大功率。模糊逻辑表示建立在模糊集合理论试图捕捉人类的方式表示与现实世界的知识和理性面对的不确定性。设计的模糊是容易的,和输出是快速、准确的实现。短时间的主要组件光伏系统逆变器[5]。光伏发电具有众多优势像发出噪音,燃料成本、维护和它不造成污染。
多级逆变器适用于高电压和高功率应用由于其与更好的谐波频谱合成波形的能力[6]。多电平逆变器不仅达到高功率等级,但还支持可再生能源的使用。迷人的多电平逆变器的特点是楼梯波形质量、共模电压,输入电流,开关频率。利用多级技术,电压的振幅增加,压力开关设备减少,整体改善谐波配置文件。在不同像二极管夹多电平逆变器拓扑,飞行电容器多电平逆变器和级联逆变器不同的直流源,中性点夹(NPC)或二极管夹多电平逆变器拓扑结构中使用。广义多电平拓扑可以平衡每个电压级别本身无论负载特征,活动或无功功率转换和无任何协助与其他电路自动在任意数量的水平。
给出一个固定的直流输入电压的逆变器交流输出电压控制是通过调节逆变器的开关时间组件。这是最受欢迎的输出电压的控制方法,这种方法称为脉冲宽度调制(PWM)控制。丰富的调制技术介绍了正弦脉宽调制(SPWM)、空间矢量脉宽调制(SVPWM)选择性谐波消除脉冲宽度调制(SHE-PWM) [7]。在所有技术空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术用于本文。

光伏系统
光伏阵列与联合建立了光伏太阳能电池的串联/并联组合,通常是由一个简化的等效电路模型图1所示。
光伏电池输出电压是一个函数的光电流主要由负载电流取决于太阳辐射水平在操作[8]。
(1)
的符号定义如下:
风险投资:电池输出电压,V。
艾凡:电子电荷(1.602×10 - 19 C)。
凯西:波尔兹曼常数(1.38×10-23 J / k)。
集成电路:电池输出电流,。
Iph:光电流,辐射水平和junctiontemperature功能(5)。
来自:反向饱和电流的二极管(0.0002)。
拉尔夫-舒马赫:串联电阻的细胞(0.001Ω)。
Tc:参比电池工作温度(20°C)。
曲线拟合因子用于调整细胞获得的电流-电压特性(1)实际测试得到的特征方程(1)给出了一个太阳能电池的电压,然后乘以数量的细胞连接在系列计算阵列电压。电气系统由太阳能电池阵列需要特殊设计考虑由于性质不同造成太阳能产生的不可预测和突然变化的天气条件改变太阳能照射水平以及细胞。因此操作温度和光电流的变化由于太阳辐射水平的变化可以表示通过两个常数、CSV和CSI的修正因素变化的细胞输出电压VC和光电流Iph,分别[9]:
图像(2)
图像(3)。
“SC基准参考太阳能辐射水平在单元测试期间得到修改后的细胞模型。Sx是太阳辐照的新水平。βTγT值根据所使用的光伏电池是多种多样的。
常数αS,代表电池工作温度的斜率变化由于太阳辐射的变化水平。使用校正因素CSV和CSI,细胞的新值输出电压VCX和光电流Iphx获得了新的温度Tx和太阳能辐照Sx如下:
图像(4)
图像(5)
在哪里
图像(6)
图像(7)
VC和Iph基准参比电池输出电压和参考细胞光电流,分别。
效率可以最大化通过跟踪光伏阵列的最大功率的数组。这个翻译可以通过MPPT跟踪控制器。

翻译模糊基础MPPT
MPPT技术用于跟踪太阳能电池的最大功率。快速跟踪不断变化的条件下,输出功率波动小、简单性和低成本是翻译一个MPPT的一般要求。MPPT算法是必要的,因为太阳能电池阵列非线性伏安特性有一个独特的地方产生的力量是最大的[10]。一个具有良好性能的计算方法在不同环境下操作条件是基于模糊的最大功率点跟踪技术。
模糊控制的优点是健壮的和相对简单的设计,因为它不需要确切的知识模型。Mamdani模糊逻辑控制器的翻译,提出了执行MPPT,这种控制器通常用于反馈控制模式,因为它们是计算简单,噪音低敏感性的输入(在电力系统重要的),可以很容易地表示知识的控制行动。
主要方法有三个部分即:模糊性,推理引擎和去模糊化。
答:模糊性
模糊化的过程是将脆集转化为语言使用模糊隶属函数的模糊集。介绍了语言变量的概念来处理自然语言。隶属函数的曲率来描述每个会员点值在输入空间[11]。变量被分配为负大,负中,负小,零,正小+积极的媒介,和积极的大。
输入模糊化的误差和误差的变化。输入的值误差E (k)和变化误差CE (k)是由一个输入比例因子归一化。输入比例因子设计,输入值在- 0.032和0.032之间。隶属函数有许多结构;其中三角会员功能图2所示,因为用于任何特定输入只有一个占主导地位的模糊子集。
模糊规则库的模糊化的基本功能。一组规则指的是一个特定的系统被称为模糊规则库。为这七个语言变量模糊规则库怎么所示
b .推理引擎
模糊推理引擎是一种操作方法,制定一个合理的决定基于模糊规则设置和模糊规则库转换为模糊语言输出[12]。模糊语言描述的正式表示系统通过模糊if - then规则。他们编码知识系统以报表的形式:如果满足(一组条件)(一组顺向)可以推断。这里有几种方法来这种不等式等方法,Max-Dot方法。否则称为决策逻辑推理引擎。
c .去模糊化
方法过程中的最后一步是去模糊化。这些会有很多规则,将大量的变量转换成模糊的结果,也就是说,结果加入模糊集的描述。几种方法可供去模糊化,如重心法,总结的中心,意味着的最大值。重心(齿轮)去模糊化方法是使用[13]。重心法是否则称为重心法,中心区域的方法。

多电平逆变器
一个多级电源转换器结构被用于高功率和中压的情况。增加的步骤获得几乎正弦波形。切换涉及的数量增加每级增加[14]。图3表示三相五级逆变器的电路图。开关触发的开关状态[15]。三相5级逆变器有八个开关在每个阶段和每个开关并联二极管,以避免逆向传导。
每个阶段有四个互补配对,打开一个开关的一对,要求其他开关的那一对[16]。互补的阶段是(IGa1 IGa的1),(IGa2, IGa ' 2), (IGa3, IGa的3),(IGa4, IGa的4)。开关是用IGx1。搞笑表示开关IGBT,逆变器的x表示阶段和最后一个数字表示的位置开关在x的阶段。图3所示的电路开关表是table.2表示。开关状态0意味着关闭状态,1表示在国家。一般m-level逆变器的m - 1开关应该是在任何给定的时间。m-level NPC逆变器有一个m-level输出相电压和输出线电压2 (m - 1)水平。每个阶段所需二极管的数量是2 (m - 2)。
一个m-level NPC逆变器直流总线上的m - 1电容器。这些电容滤波电路。电容器电压,从表2据悉,一组四个开关在任何给定的时间。钳位二极管用于阻止反向电压。例如如果负面的阶段意味着,D1二极管块−/ 2,+ D3二极管块

空间矢量脉宽调制
控制多级转换器,空间矢量脉宽调制(SVPWM)的PWM策略是最有效的,也同样分为零电压向量描述一个较低的总谐波失真(THD) [17], [18]。尽管SVPWM的复杂性提出了策略(许多输出向量)与carrierbased PWM相比,它仍然是首选,因为它减少了功率损失最小化的电力电子器件开关频率[19]。
SVPWM产生高电压较低和面向领域的总谐波失真和工作很好(矢量控制)运动控制方案。在这种调制技术三个阶段数量可以转换为其等效二段式数量在同步旋转坐标系或固定框架。从这二段式组件可以找到参考矢量大小和用于调节逆变器的输出。SVPWM的基本转换向量和行业如图4所示。
向量(V1 V6)把平面分成六个部门(每个部门:60度)。V 'ref是由两个相邻的非零向量和两个零向量。三相电压向量转化为一个向量在静止的dq坐标系代表三相电压空间矢量和。这是坐标变换(abc参考系静止dq坐标系)。5级逆变器图3所示的线间电压(Vbc,还有Vab Vca] T[20]后在使用空间是由
图像(8)
中性的线电压(小货车,Vbn Vcn) T的逆变电路得到图3所示
图像(9)
实现空间矢量值计算。例如Vd,矢量量化,V 'ref点火角时间和每个开关的开关时间。找到Vd,矢量量化,V 'ref和点火角(α)考虑图五所示的坐标变换。
从图5,
直轴,
图像(10)
图像(11)
交轴,
图像(12)
我们从8和9,
图像(13)
作为参考,
图像(14)
点火角是由,
图像(15)
时间的确定(T1, T2, T0):
图像(16)
图像(17)
图像(18)
图像(19)
图像(20)
通过使用上面的公式,我们计算时间的瞬间,点火角(α),参考电压和电压的行业。通过计算这些值我们模拟模型和相应的输出。
图7显示了空间矢量图5级二极管夹紧系统,其中每个空间向量的数字标识符表示的电压电平,B和C阶段腿分别切换。艰巨的任务是选择最优的一组空间向量为给定参考相量。一次最优开关确定了空间向量序列连续调制,它必须被放置在每个开关周期优化谐波的波形。
5级逆变器开关表是表2中列出。输出电压空间矢量是由组合开关状态& 2的三条腿。

MATLAB仿真结果
分析了谐波的三相多电平逆变器的逆变器电路(THD率fig.8所示。仿真结果分析和比较之间的多电平逆变器SVPWM技术的水平。逆变器的开关触发采用空间矢量脉宽调制技术。逆变器的输出电压的形状是由调制指数。被认为是模糊逻辑控制方法来控制光伏阵列和获取最大功率点。方法追踪最大值点准确和容易在所有条件。由于光伏阵列具有非线性特征方法好相比其他跟踪技术工作。方法规则是怎么陷害。空间矢量波形及其控制信号分别fig.9和fig.10所示。空间矢量波形正弦波形的不同结构。
输出电压三相五水平有五个水平fig.11所示。输出电压的水平根据多电平逆变器的水平各不相同。
电压波形表示五级的线电压逆变器电源电压是400 v之间的阶段。当前波形表示相电流。比较table.3所示的表。
THD率低5级三级逆变器逆变器相比。选择SVPWM技术由于其效率高、低压力开关。
官三级逆变器的开环SVPWM逆变器率约为32.14%,这是约30.98%为闭环SVPWM逆变器分别如图12和13。
五级逆变器谐波率16.32%和12.36%的开环和闭环SVPWM逆变器图14和图15所示。这些谐波畸变率不太对SVPWM逆变器相比,SPWM(正弦脉宽调制)。

结论
本文证明了多电平逆变器使用时速度的降低。二极管夹逆变器拓扑提供了更少的压力,低谐波相比其他拓扑。空间矢量脉宽调制是用来控制逆变器。SVPWM的最重要的优势是快速的动态响应和线性范围宽的基本传统PWM电压相比。谐波畸变率低时用于控制逆变器SVPWM技术。因此,我们得出结论,THD率低逆变器SVPWM逆变器和高水平。比其他跟踪技术方法简单好用。方法避免了直流/直流斩波器。为了得到低飞率根据应用,多电平逆变器可以通过增加水平的数量扩张。因此高质量的输出电压。

表乍一看
表的图标 表的图标 表的图标
表1 表2 表3

数据乍一看
图1 图2 图3 图4 图5
图1 图2 图3 图4 图5
图6 图7 图8 图9 图5
图6 图7 图8 图9 图10
图11 图12 图13 图14 图15
图11 图12 图13 图14 图15

引用
  1. P。Thirumurugan, R。Preethi B。Sangeetha”,比较3级和5级闭环控制的逆变器,光伏系统”,在IEEE二国际会议通信和信号处理,pp.603 - 607, 2013。
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