اينورتر‌ چندسطحي تك‌فاز خورشيدي با محدود‌سازي جريان نشتي زمين و قابليت افزايش ولتاژ

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

با افزايش روزافزون استفاده از پنل‌هاي خورشيدي، بهبود بازده و كارايي اينورترهاي خورشيدي اهميت ويژه‌اي پيدا كرده است. اينورترهاي چندسطحي بازده‌ي بيشتري نسبت به اينورترها دوسطحي دارند، اعوجاج هارمونيك و تداخلات الكترومغناطيسي كمتري توليد مي‌كنند و مي‌توانند در توان‌هاي بالاتر و با چگالي توان بيشتري ساخته شوند. براي كاهش حجم، هزينه و تلفات اينورترها، ترجيح داده مي‌شود كه در ساختار آن‌ها از ترانسفورمر استفاده نشود. در غياب ترانسفورمر، اينورتر به ولتاژ ورودي بزرگ‌تري نياز دارد و تغييرات ولتاژ مد مشترك خروجي‌اش هم جريان نشتي زمين توليد مي‌كند. به دليل مشكلات سايه‌ي موضعي، مطلوب نيست كه براي دستيابي به ولتاژ ورودي لازم، پنل‌هاي خورشيدي را با هم سري كنيم. اضافه‌كردن يك مرحله‌ي افزايش ولتاژ در ورودي اينورتر نيز باعث كاهش بازده‌ي سيستم مي‌شود. از طرف ديگر، جريان نشتي زمين كارايي اينورتر را كاهش داده و ايمني افراد و تجهيزات را به خطر مي‌اندازد. با استفاده از شاخه‌ي جداساز مي‌توان دامنه‌ي اين جريان را كاهش داد؛ ولي اين كار تلفات اينورتر را افزايش مي‌دهد. ساختارهاي بر پايه‌ي نيم‌پل هم جريان نشتي توليد نمي‌كنند؛ ولي به ولتاژ ورودي دوبرابر ساختارهاي بر پايه‌ي پل نياز دارند. در اين پژوهش، ابتدا تعدادي از اينورترهاي چندسطحي تك‌فاز كه براي مقابله با اين چالش‌ها طراحي شده‌اند، معرفي و مقايسه مي‌شوند. سپس يك اينورتر هفت‌سطحي براي رفع معايب اينورترهاي پيشين معرفي مي‌شود. اين اينورتر از يك مبدل باك-بوست/فلاي‌بك براي افزايش ولتاژ ورودي و از يك روش مدولاسيون بهبود‌يافته براي كاهش دامنه‌ي جريان نشتي زمين استفاده مي‌كند. با استفاده از تكنيك سلف‌هاي تزويج‌شده، مبدل‌هاي باك-بوست و فلاي‌بك با هم تركيب شده‌اند كه تعداد كليدها و المان‌هاي مغناطيسي را كاهش مي‌دهد و امكان روشن‌شدن نرم را براي كليد مبدل فراهم مي‌كند. به‌خاطر نحوه‌ي اتصال مبدل به اينورتر، اين مبدل فقط بخشي از كل توان ورودي را پردازش مي‌كند كه باعث كاهش تلفات سيستم مي‌شود. يك روش كنترل بهبود‌يافته نيز ارائه شده است كه نوسانات ولتاژ پنل خورشيدي را كاهش داده و با اندازه‌گيري نوسانات ولتاژ لينك DC، به كمك يك مدار فيدفوروارد از ايجاد اعوجاج هارمونيك فرد در جريان خروجي اينورتر جلوگيري مي‌كند. در ادامه با شبيه‌سازي اينورتر پيشنهادي در نرم‌افزار PSIM، بازده‌ي سيستم در شرايط كاري مختلف تخمين زده مي‌شود. بازده‌ي اينورتر در توان نامي برابر با 97.4% محاسبه شد. براي تأييد صحت تحليل‌هاي نظري، يك نمونه‌ي آزمايشگاهي از اينورتر پيشنهادي با توان 1kW ساخته شده است كه نتايج آزمايش‌هاي عملي آن ارائه مي‌شود. در نهايت، اينورتر پيشنهادي با اينورترهاي مشابه مقايسه و مزايا و معايب هر كدام بررسي مي‌شود.

228204

الكترونيك قدرت و ماشين‌هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان