用于光伏系统的高升压变换器和混合级联H桥逆变器

Anjali.R.Prakash
印度喀拉拉邦Kottayam Amal Jyothi工程学院EEE系PG学生[PEPS]

摘要

随着电力电子技术的发展，光伏能源的利用成为电能的重要来源。dc-dc变换器接入光伏系统，通过逆变器将电源接入电网或交流负荷。MPPT(最大功率点跟踪)增加了光伏系统的发电量。集成电压倍增器的高阶逆变器的优点包括在不使用极端占空比的情况下提高电压增益，降低电压应力，电流纹波和传导损失，这对于可再生能源应用是可取的。多级混合级联逆变器连接高阶变换器，用于连接交流负载。

关键字

高阶变换器，电压倍增器，可再生能源，光伏系统，高增益。

介绍

随着电力电子技术的发展，可再生能源对电能的利用日益成为一种趋势。光伏系统是电力系统和电力电子技术研发工作中可行的能源。采用MPPT技术可以获得高性能的dc - dc变换器，光伏系统的孤岛检测目前正被考虑用于电网或交流公用事业[4]的接口。DC/AC逆变器控制DC/DC变换器的输出电压，并产生负载所需的基本实功率。

电压倍增器是一种通过电容和二极管组合电路将低电压输入转换为更高电压的装置。电压倍增器有助于降低变压器的匝数比，以获得更好的性能。

高阶跃变换器有助于提高电压增益，降低电压应力和电流纹波，优化电路性能。电压倍增器的集成降低了输入电流纹波，从而提高了光伏系统光伏阵列的寿命。从PV的输出，30-40V通过使用dc-dc转换器步进到300-400V。在光伏系统中，决定光伏阵列或电池选择的主要因素是成本和效率。本文讨论了一种新型级联混合逆变器连接到高升压变换器的输出，用于连接光伏系统中的交流负载，如图1所示。

光伏电池的建模

来自太阳的太阳辐射通过光伏效应转化为电能。来自太阳的光子具有比所使用的半导体材料更高的带隙能量，将产生依赖于入射辐射的电子空穴复合。电子-空穴复合产生光电流流[5]。PV系统的P-V和I-V曲线具有非线性特征，这取决于电池的温度和太阳日照量。PV系统的等效电路如图2所示。光伏组件可以串并联连接，以获得所需的电压和电流值。

MPPT算法建模

最大功率点跟踪(MPPT)技术是一种从光伏系统中提取最大功率的技术。PV系统采用P & O算法，算法简单，时间短，对参数要求低。该算法首先设置模块的参考电压和功率。P & O算法的流程图如图3所示。

升压转换器集成电压倍增器

由MPPT算法得到的脉冲作为开关脉冲传递给开关。光伏板的输出在30-35V范围内。升压变换器与电压倍增器相结合，在负载下获得高增益输出。这种拓扑结构减少了传导损失，提高了转换器连接到逆变器连接交流负载[1]的效率和增益。开关频率为40kHz，负载为200Ω。旋转比例设置为1:1。两个耦合电感的次级电路串联以获得高增益输出。

电压倍增器与高阶变换器集成的优点，可提高电压转换比和增益。电路图如图4所示。

混合式多电平逆变器

多电平逆变器采用相位配置原则[2]的正弦脉宽调制技术。这里我们使用单相9级混合级联多电平逆变器连接到高阶变换器的输出。MLI如图5所示。通过对调制指数的控制，得到逆变器输出电压所需的电平数。开关ON和OFF时的输出电压。正确开关逆变器可产生9个输出电压等级:Vs、2Vs、3Vs、4Vs、0、−Vs、−2Vs、−3Vs、−4Vs。

仿真结果

在MATLAB simulink中进行了仿真。仿真图由PV建模、电压倍增器升压和级联H桥逆变器组成。系统仿真示意图如图6所示。

A.光伏板仿真

光伏板建模是基于上文第二节中所述的方程。MPPT算法为变换器生成门信号。系统的太阳辐射由辐射的逐级增量给出。利用建模方程进行太阳能光伏模型如图7所示。

图8和9显示了光伏系统获得的光伏特性。系统的PV特性本质上是非线性的。

带电压倍增器变换器的Boost仿真

从PV系统输入30V时，通过转换器的输出电压为300V。所以匝数比为1时增益为10。转换器的输出如图10所示。通过负载获得的输出电压是通过电容器产生的电压之和。通过开关的电压应力可以最小化。同时也提高了变换器的增益和效率。该变换器的电容值分别为C1=470μF, C2=C3=Cb=220μF和负载电阻R= 200Ω。P & O算法为变换器提供的脉冲基于传输时延。变换器工作在连续工作模式，相移为180ÃⅱÂ Â°，占空比大于0.5

c.多电平逆变器仿真

该逆变器是级联H桥逆变器与相位配置原理的混合组合。其输出如图13所示。将基频基准正弦波与四载波三角波进行比较，产生逆变器的基脉冲。三角形脉冲的频率为25kHz。这种拓扑结构可用于功率因数校正，图中显示电流和电压是相的。图12显示了逆变器运行时的门控脉冲。

结论

讨论了升压变换器和逆变器与光伏系统的集成。变换器的增益和效率取决于拓扑中使用的设计、元件。在光伏系统中，利用MPPT技术可以跟踪最大功率，从而获得更好的性能。变换器的设计决定了系统的性能。占空比越小，光伏系统的稳健性越高。该系统具有降低导通损耗、减小开关电压应力、漏能回收、提高效率和增益等优点。所讨论的dc-dc变换器与混合级联H桥集成，用于连接R-L负载。

参考文献

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