关键字 |
| 翻译多电平逆变器,MPPT,级联h桥,牛顿Rapson PIcontroller。 |
介绍 |
| 近年来,随着光伏电站系统的发展,MPPT,和多电平逆变器技术,要求电压水平更高,灵活性和可靠性[1]。太阳能电池板可以作为一个更大的光伏系统的一个组成部分来生成和供应电力在商业和住宅应用程序中,由于负载峰值功率和输出功率的可靠性也得到改善。更稳定电源的性能可以通过使用多电平逆变器控制策略包括电压稳定和提出的拓扑结构的数量显著减少开关、igbt、功率二极管输出电压水平数量的增加[2]单相五水平网格与pi控制器连接光伏系统逆变器是在[3]中提到使用5级对称定义特定消谐PWM策略谐波含量减少的帮助下更好的谐波谱[4]。[5]改善胰岛阶段处理脉冲宽度调制(PDPWM)模块化多电平逆变器是用于光伏并网与新的调制方法基于选择性虚拟循环映射(SVLM),实现动态电容电压平衡的帮助没有额外的补偿信号[6]。最优解决方案消除前规定的谐波顺序从阶梯波形的多电平逆变器拓扑等于直流源[7]。新方法的调制7-level级联多电平逆变器使用特定消谐。多电平逆变器的直流源喂养被认为是不同的,和转换角度适应直流源的变化。这种方法使用遗传算法来获取离线切换角度不同的直流源值[8]。有许多局限性提取电力来自可再生能源资源。尽量减少电力需求和短缺我们必须提高功率提取方法。多电平逆变器是用来提取太阳能电池的功率。它综合所需的交流来自多个直流源的输出波形。它关注改善多电平逆变器的效率和质量的输出电压波形[9]。 The simplest way of implementing an Maximum Power Point Tracking is to operate a Photovoltaic array under constant voltage and power reference to modify the duty cycle of the dc-dc converter. This will keep operation constant at or around the maximum peak power point. classification of the MPPT techniques have made based on features, such as number of control variables involved, types of control strategies employed, types of circuitry used suitably for PV system and practical/ commercial applications is mentioned in [10].[11]Cascade H-Bridge multilevel inverter, switching angles at fundamental frequency are obtained by solving the selective harmonic elimination equations in such a way that the fundamental voltage is obtained as desired and certain lower order harmonics are eliminated. A new approach is presented to implement the Newton-Rapson method for solving the transcendental equations which produces all possible solutions with any random initial guess and for any number of levels of multilevel inverter.To solve the nonlinear transcendental equations system by using the harmonic elimination technique with Pulse Width Modulation (PWM) is more in depth method and also studied in the field of MMC.A new implementation scheme based on real-time solving of the nonlinear harmonic elimination equations using feed forward Artificial Neural Networks (ANNs) is reported in [12] |
| 本文提出了设计一种改进的9-level级联h桥多电平逆变器应用程序使用独立的光伏技术。罪PI控制器与正弦脉冲宽度调制(PWM)正弦浸泡获得输出波形,降低谐波,牛顿Rapson算法和PI控制器用于模块化多层次光伏逆变器,也用于驱动感应电动机的变频器的输出。 |
光伏系统 |
| 能源来自太阳就是这样一个例子。从技术上讲,阳光将会在50亿年消失,但实际上,人类时间尺度,这是一个连续的和无限的资源。太阳能电池板使用太阳能光伏电池阵列将光子转换成可用的电能。安装太阳能电池板与同步或多功能太阳能逆变器允许我们使用城市电力在紧急时期。光伏操作直接光转换成电能在原子水平。一些材料表现出一个属性被称为光电效应,导致它们吸收光子并释放电子。当这些自由电子捕获时,电流的结果可以作为电力。太阳能电池,薄的半导体晶片是专门治疗形成电场,积极的和消极的另一侧。太阳能电池光能量罢工时,产生的电力可以到所需的负载。 |
光伏电池的等效电路 |
| 最常见的配置太阳能电池被称为一个大面积硅pn结制成。的示意图表示一个典型的太阳能电池是图1所示 |
| 理想的太阳能电池可以模仿一个电流源并联二极管;在实践中没有太阳能电池是理想的,所以一个并联电阻和串联电阻组件被添加到模型中。由此产生的太阳能电池的等效电路,图2所示 |
最大功率点跟踪 |
| MPPT算法在光伏应用中是必要的因为一个太阳能电池板的MPP随辐照和温度,所以翻译的使用MPPT算法是必需的,为了获得最大功率的太阳能电池阵列。这些技术等许多方面的不同要求传感器、复杂性、成本、效率、收敛速度,正确的跟踪照射和/或温度变化时,所需的硬件实现或流行,等等。翻译一个完整的回顾19个不同的MPPT算法可以在这些技术中,P&O和电导增量算法是最常见的。然而,如果光伏阵列部分阴影,有多个这些曲线的最大值。 |
| P&O算法也被称为“爬山”,但是这两个名称引用同一个算法取决于它是如何实现的。爬山需要周期性的扰动功率变流器,P&O扰动操作电压的直流光伏阵列之间的联系和电源转换器的爬山,扰动功率变流器的工作周期意味着修改电压的直流光伏阵列和电源转换器之间的联系,所以两个名字相同的技术。 |
| 在这种方法中,过去扰动的迹象和最后一个增量的符号是用来决定下一个扰动应该放在左边的MPP递增右边的电压增加了功率而递减的电压增加了力量。如果有增加的力量,应该保存在同一个方向扰动,如果功率减少,然后下一个扰动应该相反的方向。基于这些事实,算法实现。重复这个过程,直到达到MPP翻译最后MPPT方法不提供任何改进原P&O算法。 |
多电平逆变器 |
多电平逆变器的基本概念。 |
| 行业已经开始要求更高的电力设备,目前达到兆瓦级。控制AC驱动器兆瓦范围通常是连接到中压网络。多级逆变器包括一组功率半导体和电容器电压源,生成与加强电压波形的输出。的换向开关允许电容器的电压,达到高电压的输出,而电力半导体必须承受只减少voltagesA半导体由理想开关与几个职位。两级逆变器产生一个输出电压与两个值(水平)对电容的负极(图4.),而三个级逆变器生成三个电压等等。考虑到的一些步骤是相电压对逆变器的负极,然后步骤的数量在两个阶段之间的电压的负载是k = 2 m + 1和步骤的数量相电压三相负载的星形连接是p = 2 k - 1。通过增加水平逆变器的数量,输出电压波形(Figure.4C)有更多的步骤生成一个楼梯降低谐波失真。对多级逆变器提出了三种不同的拓扑:二极管夹(中性点夹);电容器夹(飞行电容器);和级联多细胞单独直流源。 In addition, several modulation and control strategies have been developed or adopted for multilevel inverters including the following: multilevel sinusoidal pulse width modulation (PWM), multilevel selective harmonic elimination, and space vector modulation (SVM). |
提出b级联h桥多电平逆变器 |
| m-level级联逆变器的单相结构见Figure6每个单独的直流源(署)是连接到一个单相全桥,或h桥逆变器。级联h桥多电平逆变器通常使用IGBT开关。这些开关块低电压和高开关频率。在这个拓扑相电压水平转换器终端的数量是2 N + 1,其中N是细胞或直流环节电压的数量。 |
| 在这种拓扑中,每个单元都有单独的直流环节电容器和电容器的电压可能不同的细胞。所以,每个电路只需要一个直流电压源。直流环节电容的数量成正比的数量相电压水平each h桥单元可能有积极的,消极的或零电压。最终的输出电压的总和h桥单元电压和对中性点是对称的,所以电压水平的数量是奇数。 |
c .操作级联h桥多电平逆变器 |
| 每个逆变器级别可以产生三种不同的电压输出,+ Vdc, 0,连接直流源的交流和直流输出的不同组合的四个开关,S1, S2、S3、S4驶,获得+直流开关S1和S4是打开,而直流电压可以通过打开开关S2和S3。打开S1、S2、S3和S4,输出电压为0。每个不同的全桥逆变器的交流输出水平串联连接,这样合成电压波形是逆变器输出的总和。数量的输出相电压水平米级联逆变器定义m = 2 + 1, s是独立的直流源的数量。 |
| 在9-level h桥级联多电平逆变器与独立的直流源正在研究。这种方法使用牛顿rhapson算法获取离线切换角度不同的直流源值并使用神经网络来确定开关角的实时的值对应于每个阶段的直流源。每个不同的全桥逆变器的交流输出水平串联连接,这样合成电压波形是逆变器输出的总和。这意味着每一个直流源的拓扑可以在任何时候有不同的价值观,但输出电压基本保持不变,谐波含量仍满足规范。的开关角度都更新在每个周期基本电压输出。更详细的谐波消除技术将在下一小节中介绍。3展示了一个原型多级并行级联静态无功发生器连接的电气系统可以供应或画从电力系统无功电流。级联逆变器适用于连接可再生能源。利用级联h桥多电平逆变器的数量是可能的输出电压水平直流源的数量的两倍以上。一系列的h桥使布局和包装。 This will enable the manufacturing process to be done more quickly and cheaply. |
d . Newton-Rapson方法 |
| Newton-Rapson (N-R)方法是一个迭代的最快的方法。该方法首先初始近似。在9-level h桥级联多电平逆变器与独立的直流源正在研究。多电平逆变器的直流源喂养被认为是不同的。的开关角度都更新在每个周期基本电压输出。进行角度1.2.3 . .年代可以选择这样的电压总谐波失真最小。一般来说,这些角度选择主要低频谐波,5日,7日,11日,和13次谐波消除。更详细的谐波消除技术将在下一小节中介绍。级联逆变器适用于连接可再生能源。利用级联h桥多电平逆变器的数量是可能的输出电压等级直流源的数量的两倍以上。 The series of H-bridge makes for layout and packaging. This will enable the manufacturing process to be done more quickly and cheaply |
调制技术 |
| 多电平拓扑涉及几种调制技术。每个技术涉及到不同的调制方法。著名的调制为多级逆变器拓扑如下: |
| 一个¯·正弦或“子谐波”自然脉宽调制(SPWM)。 |
| 一个¯·选择性谐波消除脉冲宽度调制(PWM)或Programmed-Waveform脉冲宽度调制(PWPWM) |
| 一个¯·优化谐波Stepped-Waveform技术(OHSW) |
脉冲宽度调制技术 |
| 控制输出电压的最有效的方法是将逆变器的PWM控制。在这种方法中,提供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和关闭时间的设备。电压型PWM逆变器等领域已广泛应用于电源和电动机驱动。这是因为:(1)这种逆变器能很好地适应高速self-turn-off开关设备,如固态电源转换器,提供最近开发先进的电路(2)操作稳定,可以控制得很好。 |
| 常用的PWM控制技术: |
| 罪(a)正弦脉宽调制(PWM) |
| 空间矢量脉宽调制(b) |
| 这些控制方法的性能通常被认为是基于以下参数:a)总谐波失真(THD)在逆变器的输出电压和电流,b)在逆变器开关损失,在负载电流脉动,c)峰d)最大逆变器输出电压为给定的直流电压。从上面所有提到的PWM控制方法,应用正弦脉冲宽度调制在该逆变器,因为它具有各种优势其他技术。正弦脉宽调制逆变器提供一个简单的方法来控制振幅,频率和输出电压的谐波含量。 |
比例积分控制器 |
| 在控制理论中,控制器是一个设备,可能在芯片的形式,模拟电子,或电脑,显示器和身体改变给定的动力系统的操作条件。在控制工程中,控制系统主要是由其动态行为特征也决定了范围和质量需要解决一个控制任务这是由测量阶跃变化后的控制变量的操纵变量。 |
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仿真结果 |
提出了整体模拟图 |
| 仿真模型如图11所示,九级h桥级联多电平逆变器的光伏系统开发了使用垫实验室使用这种方法得到正弦沉浸输出波形及谐波减少。逆变器必须执行可靠和有效地提供一个广泛的交流负载所需的电压和电能质量所必需的可靠和有效负载和系统的性能。翻译允许互连MPPT的多电平逆变器设计光伏系统。 |
| 在另9-level级联多电平逆变器的直流源被研究。多电平逆变器的直流源喂养被认为是不同的。这种方法使用牛顿Rapson算法获取离线切换角度不同的直流源值并使用神经网络来确定开关角的实时的值对应于每个阶段的直流源。和谐波含量仍满足规范。 |
b . PI控制器的仿真模型 |
| 比例积分控制器的仿真图显示在图12比例积分控制器输出信号每个样本时间(T)控制元件。PI控制器有两个调优参数调整。虽然这让他们更有挑战性的调整比p only控制器不像两个参数PI控制器复杂因此用于脉冲宽度调制技术。 |
c仿真模型的9-Level级联h桥多电平逆变器 |
| 九级多级逆变器使用MATLAB开发了。操作级联多电平逆变器使用太阳能的来源。 |
| 考虑一个级联多电平逆变器有四个H-bridges和11级了输出电压。仿真模型的九个级别的级联多电平逆变器调制方案是脉宽调制技术。它由PWM发生器块振幅等参数,脉冲宽度段和相位延迟用于确定输出的形状 |
d .光伏面板的输出电压波形 |
| 光伏的输出如图14所示。21.8 V的光伏输出是通过调整温度的值。电力产生的光伏系统的数量取决于数量的太阳能辐射。 |
e .输出电压波形OfMppt直流/直流转换器 |
| 翻译的输出MPPT直流/直流转换器翻译如图16所示MPPT用于太阳能安装系统。输出电压随输入电压。翻译这MPPT好输出调节。 |
f .输出波形的级联h桥多电平逆变器 |
| 级联h桥九级多电平逆变器的输出如图17和18的输出电压和输出电流有九个水平。它可以通过使用选择切换模式的方法。得到如图所示的波形是电压和电流与时间。多电平逆变器输出9水平基本的频率是50赫兹。 |
| 负载连接在级联h桥多电平逆变器。由于并联,所有电阻加载电压保持不变。但目前随着每个连接的负载, |
| 在图17级联h桥多级逆变器的输出电流是2.3 (Amp)电阻负载(RL1 = 10000Ω)230年在恒定电压 |
结论 |
| 本文首先讨论了MMC的可能性被用作一个接口之间的单相感应电动机和光伏电池板,并提出一种改进的多电平逆变器基于正弦脉宽调制。这种方法可以在MMC产生九级输出仿真结果的条件下进行了加载和方法的有效性证明。 |
数据乍一看 |
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引用 |
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