优化电网功率注入与最大功率点跟踪使用级联SEPIC转换器和三相逆变器

S.Ravivarman¹,T.Samydurai²

助理教授,EEE称,K.S.Rangasamy技术学院Trichencode Tamilnadu,印度
PG学生(PED),部门EEE, K.S.Rangasamy技术学院Trichencode Tamilnadu,印度

文摘

介绍现代单开关直流直流变换器建模和控制网格连接的可再生能源。照片的系统包括伏打电池,SEPIC电源转换器用于最大功率点跟踪翻译(MPPT),三相电网转换器。三相逆变器的非线性控制性能提出了补偿不稳定的负载电流。它允许整个控制直流母线电压,而从光伏电池功率流计算网格系统和保障客观正弦电流在团结不同太阳能辐照下功率因数。此外,滑模控制系统翻译SEPIC电源转换器是用来提取MPPT。该控制技术已经暴露了较好的性能。验证了系统使用“电力系统组块”模拟器不同价值观下的太阳能辐射。

关键字

翻译太阳能阵列MPPT SEPIC转换器3级逆变器,公用电网。

I.INTRODUCTION

能源光伏来源被认为是绿色能源,因为它不污染环境,也可再生。因此从光伏能源来源被认为是一个重要的能源在各种可再生能源。现今由于技术的进步在制造业领域的光伏电池的效率已经达到这样一个水平的光伏电池在电力系统中的应用成为一个可行的。在近期将从光伏来源获得的力量注入电网变得更受欢迎,因为它是可行的活动和无功功率注入电网,从而协助电力网络。总是光伏系统是否网格连接或独立或混合系统提取最大可能的功率在一个特定水平的辐射是非常重要的,因为它增加了光伏电池的效用。至今已提出了许多方法或技术来提高光伏电池的效用和等方法或技术被称为最大功率点跟踪翻译(MPPT)[1],[2],[3]技术。一个新类的单刀开关non-isolated直流-直流转换器与高压半导体电压增益和降低压力。这个拓扑利用电压乘法器单元和/或混合开关电容技术提供高电压增益没有极端开关dutycycle [9], [13]。voltage-based技术被广泛使用,因为其固有的稳定withrespect辐照度变化的对数依赖PV电压对辐照度水平。current-based技术,相反,利用光伏电流的线性相关的辐照度水平[10][11]。在大多数电网连接的光伏系统,配置包括两个阶段,如直流-直流转换器的前端来追踪最大功率点的逆变器在所有可能的大气条件和后端喂养的权力从光伏来源中提取的前端变换器到网格。 In the presented paper, a method has been proposed consisting of two stages, having a SEPIC converter at the front end and a three phase inverter at the back end, thereby maximum possible power extracted from the PV modules is injected into the power grid.

二世。光伏模块的数学模型

基本上一个PV模块包括许多光伏电池串联安排以及并行来满足终端需求等名义操作电压和电流,以满足所需的功率输出。现今大型模块与许多细胞,所有连接在系列,是相当明显的。

图1:等效电路模型的光伏模块NS细胞系列

电路模型的光伏模块由一个理想的电流源供电的入射太阳辐射,代表光伏电池的PN结二极管,一个集总电阻表示泄漏的影响,所有的并行连接和一个电阻代表各种影响光伏电流的流动方向,连接在系列前面提到的并行组合,如图(1)[4]。上面的ivbehaviour PV模块描述为可适当建模分析,可以由特征方程表示[5]中给出方程(1)。

(1)

在哪里

V输出电压的光伏面板

我对光伏面板输出电流

Ip光产生电流

IOS反向饱和电流

VT伏等效温度

一般Rsh的大小足够大[9],[10]这样,几乎所有实际应用术语出现在方程(1)可以被忽视,并且可以减少到方程(2)。

(2)

开路条件下,因此终端当前光伏模块的几乎是零,方程(2),代表光伏模块的电流-电压行为应当提供开路电压的Voc的光伏模块方程(3),

这是基本的增量电导技术背后的思想。通常很少平等[8]因此出现一个小错误因素是整合来满足条件。

MPPT控制器

最大功率点跟踪检查增量电导法+积分调节器。

最大功率点时获得的dP / dV = 0, P = V *我

d (V *) / dV =我+ V * dI / dV = 0

dI / dV = - i / V

积分调节器最小化误差(dI / dV + I / V)

调节器输出=工作周期校正

SEPIC转换器

目的是设计和优化SEPIC直流/直流转换器(单主电感变换器)结束。SEPIC转换器允许范围的直流电压进行调整,以保持一个恒定的电压输出。这个工作讨论直流-直流转换器的重要性,为什么SEPIC转换器是用来代替其他直流-直流转换器。此举也会详细说明如何控制变频器的输出反馈电位计或显示它是如何实现的电路。从这个项目中,一个学习直流-直流变换器的优化和控制。电路运行最好的稳定和特定的输入。控制特定次电流的输入是满足设计要求的关键。农用转换可以很容易地用一个变压器;然而直流-直流转换并不是那么简单。二极管和电压桥是由一组用于减少电压量,但可以效率低下。电压调节器可以用来提供一个参考电压。 Additionally, battery voltage decreases as batteries discharge which can cause many problems if there is no voltage control. The most efficient method of regulating voltage through a circuit is with a dc-dc converter. There are five main types of dc-dc converters. Buck converters can only reduce voltage, boost converters can only increase voltage, and buck-boost, Cuk, and SEPIC converters can increase or decrease the voltage.

巴克转换器的一些应用程序只需要提高电压,也可以简单地使用相应的转换器。然而,有时所需的输出电压将在输入电压的范围。在这种情况下,通常最好使用一个转换器,可以减少或增加的电压。Buck-boost转换器可以更便宜,因为他们只需要一个电感器和电容器。然而,这些转换器遭受大量的输入纹波电流。这波纹可以创建谐波;在许多应用程序中,这些谐波需要使用大型电容器或LC滤波器。这往往使buck-boost昂贵或低效.Another问题复杂化buck-boost转换器的使用是他们反转电压。Cuk变换器解决这两个问题通过使用一个额外的电容和电感。然而,Cuk和buck-boost转换器操作导致大量的电气组件的压力,这可能导致设备故障或过热。 SEPIC converters solve both of these problems

操作

所有直流-直流转换器操作快速打开和关闭一个MOSFET和IGBT,通常与一个高频脉冲。什么转换器由于这正是SEPIC转换器优越。SEPIC,高/ IGBT脉冲时,电感器1被指控收取的输入电压和电感器2是电容器1。二极管的输出是由电容器2。当脉冲低/ IGBTis,电感器的输出通过二极管负载和电容器充电。越大的时间百分比(周期性)脉冲低。这是因为电感充电的时间越长,然而,如果脉冲持续时间太长,电容器将无法充电和转换器将失败,如图2所示。

图2:SEPICConverter操作

三相电压源逆变器

逆变器通常用于中压应用程序。高压大功率应用,逆变器也作为无功功率和电压稳定控制机制。与多级转换器拓扑结构可以形成较小的电压输出波形的步骤(dv / dt),这也降低了轴承和windingisolation压力。很显然也给一个较低的总谐波失真(THD)的输出,因为越接近正弦波形的相似之处。为多级转换器、中压半导体设备仍然可以用于高压大功率应用。还站的问题电容电压平衡问题。然而,仍然多级转换器在电力电子平台上占主导地位。

研究最多的测试和多级类型是:

级联h桥多电平转换器

飞行电容器多级转换器

二极管夹多级转换器

这个部门主要是二极管夹转换器将讨论和研究。逆变器开关组合背后的思想是脉冲宽度调制(PWM)。有几个不同的调制策略的方法。其中之一是空间矢量脉宽调制(SVPWM),并将这一命题的理论基础。

二极管夹多级转换器

二极管夹的多电平逆变器飞行电容器几乎相同的结构,而是电容器这种逆变器使用二极管作为夹紧设备,创建所需的输出电压。每个电容器的电压被定义为V DC / (m−1), mbe的水平和数量(m−1)所需的电容器。因此,对于两级逆变器直流电压,在这种情况下使用一个电容器。对三电平逆变器的电压VDC / 2,因此需要两个电容器。这个特定的设计可以增加水平的数量只是通过增加电容的数量。在这种背景下“中性点夹”是经常使用的术语。它描述了两个电容器之间的中性点连接在直流母线系统添加一个额外的水平。如果m是一个偶数,中性点不利用,所以通常称为多点夹紧的转换器。经验表明,水平高于三级转换器引起电压平衡问题,因此通常使用逆变器的三个水平,但有研究证明与自平衡系统的空间。

图3:三个水平二极管夹(中性点)夹紧的逆变器

图3显示了athree-level三相系统中逆变器需要6个二极管。这些更高层次的逆变器工作在理论而不是实践。两个二极管钳电压切换到一半的直流母线电压和Va0之间的差别(例如当S1和S2,直流电压和0,给Va0 = VDC)和Van给一个电容器的电压(直流/ 2)。重要的是添加,上下切换双是互补的。设计一个空间矢量调制三级中性点diode-clamped转换器,可以适合任何高功率应用,如可再生发电。主要是因为不可靠的可再生能源资源,甚至缺乏的形式输出,调节和适应是必要的。

三世。提出的方法提取和电网注入力量

权力的方法提取的光伏模块使用SEPIC转换器也供电作为下一阶段的输入由一个三相逆变器。变频器操作,这样的力量从光伏模块中提取注入电网,也同时谐波,无功补偿和电流平衡照顾。提出配置的框图如图(2)所示。为了提取的最大可能的功率光伏模块,一个受欢迎的翻译现有的MPPT技术增量电导法[6],[7]纳入拟议的配置。这些直流-直流转换器是由传统的PWM方法在恒定频率。转换器容器实现大型楼梯转换比率,没有变压器,也继续低压压力在所有半导体[11],诡计多端的滑模控制器的过程最大功率点跟踪光伏(PV)应用程序。它是主要应用于单端电感变换器,因此四阶拓扑,但它可以全面广泛的一类转换器适合光伏使用[12],[13]。本文的重点是在三相逆变器接口的局部总线的可再生能源微电网在当地负荷突出在以下diagramFig 4。

图4:renewable-energy-fed三相电网的典型配置。

第四。模拟网格领带,INVERTERUSING SEPIC转换器

完整的模拟进行了使用MATLAB软件Sim-Power系统工具箱。SimPower系统软件和其他产品的物理建模与仿真软件软件产品族一起工作模型电气、机械和控制系统。SimPower系统扩展与工具建模和模拟仿真软件生成,传输、分配、利用电能。它提供模型的方法在这些系统中,结合三相机、电动驱动器,如风力发电和库的特定于应用程序的模型。单一开关高增益直流/直流转换器为替代能源MATLAB / Simulink仿真框图显示在图5中。可再生的太阳能给一些潜在能源SEPIC转换器,它具有较高的增益输出给三个层面二极管夹三相逆变器,它通过同步变压器连接到佩带。光伏模块的输出相应的太阳能辐射水平如上图所示图(4)所示。图清楚地说明了光伏性能的依赖在辐照的水平。

表1:仿真参数的细节

图5:.MATLAB /模型网格图合并使用单逆变器开关SEPIC转换器。

V。输出结果和讨论

下面的图7显示了辐照水平加大响应类型增加一天。和相应的表演的SEPIC转换器和三相逆变器如图(7)和(8)。

图6:一天太阳辐射水平

图7:SEPIC变换器输出电压

提出的功率注入电网配置相应的辐射水平的变化正如前面所指定的图(9)所示。

图8:逆变器输出电压三个水平

图9:电网电力注射和逆变器输出功率。

Fig.9显示了动态响应的控制与光伏系统在不同水平的辐射。在不同的操作条件下,直流总线电压的输入电网连接逆变器保持在恒定水平可以看到从图(7)SEPIC变换器的输出,因此保持一个良好的功能提出了系统配置从而促进有功功率流。

VI.CONCLUSION

太阳辐照度与三线电能使用级联方法SEPIC逆变器采用非线性控制技术能够补偿不平衡负载,实现谐波电流和无功功率。修改生成的参考电流的非线性控制使用一个积极的进展而不是一个被动的过滤器,它有许多缺点的动力学和鲁棒性。同时,提出,一种滑模控制SEPIC转换器为了提高效率和性能的最大功率跟踪。今天,高升压转换器工程中发挥着重要的作用。应用,如不间断电源(UPS)、电力牵引、燃料电池系统和光伏系统依靠这样的转换器。

引用

萨拉斯,大肠OlA±作为,A . Barrado A La´zaro”审查独立光伏系统的最大功率点跟踪算法”,太阳能材料与太阳能电池90卷,1555 - 1578年,2006页。
萨钦Jain和Vivek Agarwal“单级电网连接逆变器拓扑对太阳能光伏系统最大功率点跟踪”,IEEE电力电子,22卷,没有。5,2007。
d·p·赫姆和m . e . Ropp“最大功率点跟踪算法的比较研究”,掠夺。Photovolt:: >, 47 - 62, 2003
Eftichios Koutroulis Kostas Kalaitzakis和尼古拉斯·c·Voulgaris”发展Microcontroller-Based光伏最大功率点跟踪控制系统”,IEEE电力电子,16卷,没有。1,2001。
托马斯•班尼特阿里Zilouchian,罗杰信使”,光伏模型和翻译转换器拓扑结构考虑MPPT目的”太阳能,86卷,第2040 - 2029页,2012年。
Azadeh Safari和Saad Mekhilef”,翻译的仿真和硬件实现增量电导MPPT和直接使用Cuk变换器控制方法”,IEEE工业电子、卷。58岁的没有。4、2011。
Trishan Esram和帕特里克·l·查普曼”比较光伏阵列的最大功率点跟踪技术”,IEEE能量转换,22卷,没有。2、2007。
尼古拉Femia,乔凡尼Petrone Giovanni Spagnuolo和马西莫·维,“优化扰乱,观察最大功率点跟踪法”,IEEE电力电子,20卷,没有。4、2005年,
弗拉基米尔·v·r·斯卡帕,西蒙足丝和乔治•Spiazzi,“翻译低MPPT技术利用光伏模块MPP轨迹特征”,IEEE工业电子、卷。56岁的没有。5,2009。
李高,Xianwen,邵武,龚,Rongfen,“最大功率点跟踪控制策略为光伏发电系统变量天气参数”,索尔。能源,357 - 367年,1993年。
埃米利奥Mamarelis,乔凡尼Petrone,乔凡尼Spagnuolo“设计Sliding-Mode-Controlled SEPIC翻译PV MPPT应用“IEEE工业电子、卷。61年,7号,第3398 - 3387页,2014年。
Ebrahim Babaei, Esmaeel赛义德Mahmoodieh”计算SEPIC变换器的输出电压纹波和设计考虑“IEEE工业电子,61卷,第3期,第1222 - 1213页,2014年。
Mustafa a . Al-Saffar西法h·伊斯梅尔·艾哈迈德·j·Sabzali“高电压增益单刀开关Non-Isolated DCDC变换器可再生能源的应用程序”IEEE国际会议上科学和工程技术,斯里兰卡,2010