DOI: https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.207543
Зображення обкладинки

Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями

Ihor Serhiiovych Fedin, Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Yuliia Serhiivna Yamnenko

Анотація


Використання сонячних панелей широко розповсюджене при побудові сучасних користувацьких систем електроживлення. Поряд з безпосереднім розвитком сонячних джерел електроживлення власного еволюційного шляху зазнали конвертори, що входять до складу систем електроживлення з сонячними панелями. У основі їх розвитку постала необхідність у одночасному забезпеченні виконання вимог з максимізації відбору потужності сонячних панелей та забезпечення рівня коефіцієнту нелінійних спотворень (КНС) вихідної напруги перетворювача на рівні, визначеному міжнародним законодавством щодо якості напруги користувацької мережі. У сучасних системах електроживлення з використанням сонячних панелей широкого застосування зазнали інвертори з z- та квазі-z-топологіями через можливість забезпечення роботи системи у точці відбору максимальної потужності сонячної батареї без використання додаткових перетворювачів. Значення КНС даних перетворювачів перевищує параметри визначені міжнародними стандартами, що визначає актуальність задачі пошуків методів його зниження. Дана стаття присвячена визначенню, порівнянню та обговоренню методів зниження КНС для топологій інверторів систем електроживлення з сонячними панелями. У практичній частині статті описані моделі інверторів, створених за квазі-z, каскадною багаторівневою квазі-z-топологією та каскадною багаторівневою топологією з визначенням рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом застосування ортогонального ОБ-перетворення з метою демонстрації, практичної перевірки та порівняння різних підходів до вирішення задачі зменшення КНС систем електроживлення з сонячними панелями. В результаті проведених симуляцій були отримані спектри та значення КНС вихідної напруги кожної з моделей. Виходячи з них, метод на базі визначення рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом ортогонального ОБ-перетворення дозволив отримати найнижче, серед досліджених зразків, значення КНС вихідної напруги. На основі переваг та недоліків кожного з методів зниження КНС, визначених у розділі обговорення, застосування каскадної багаторівневої топології у поєднанні зі зменшеним за габаритними розмірами пасивним фільтром визначено методом, що робить можливим одночасне досягнення необхідного значення коефіцієнту нелінійних спотворень, зменшення розмірів вихідного фільтру та відсутність додаткового ускладнення будови систем керування. Перспективним напрямком подальшого розвитку тематики зниження КНС вихідної напруги систем електроживлення з сонячними панелями визначено дослідження в сфері модернізації систем керування, стабілізації вихідної напруги комірок багаторівневих інверторів та пошуку і практичної перевірки шляхів застосування методу визначення рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом ортогонального ОБ-перетворення до топології каскадного багаторівневого квазі-z-інвертора. Дана можливість може привести до його популяризації при розробці нових перетворювачів, що, в свою чергу, може призвести до повної відмови від застосування пасивних фільтрів в результаті відсутності необхідності у додатковій фільтрації вихідної напруги.


Ключові слова


інвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному колі; системи електроживлення з відновлювальними джерелами; каскадні багаторівневі інвертори; коефіцієнт нелінійних спотворень; якість вихідної напруги

Повний текст:

PDF (English)

Перелік посилань для Cited-By Linking


J. M. Carrasco et al., “P,power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey,” .IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006, DOI: 10.1109/TIE.2006.878356.

B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, “A review of solar photovoltaic technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011, DOI: 10.1016/j.rser.2010.11.032.

Y. Goswami and J. F. Kreider, “Photovoltaic systems,” in Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium, 2001.

H. E. K. Baitie and T. Selmi, “Review of smart grid systems’ requirements,” in 2015 10th International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, EVER 2015, 2015, DOI: 10.1109/EVER.2015.7113004.

M. Bouzguenda, A. Gastli, A. H. A. Badi, and T. Salmi, “Solar photovoltaic inverter requirements for smart grid applications,” in 2011 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies - Middle East, ISGT Middle East 2011, 2011, DOI: 10.1109/ISGT-MidEast.2011.6220799.

R. Dogga and M. K. Pathak, “Recent trends in solar PV inverter topologies,” Solar Energy. 2019, DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.

B. Subudhi and R. Pradhan, “A comparative study on maximum power point tracking techniques for photovoltaic power systems,” IEEE Trans. Sustain. Energy, 2013, DOI: 10.1109/TSTE.2012.2202294.

M. A. G. De Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. De Azevedo Melo, and C. A. Canesin, “Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2198036.

Fang Zheng Peng, “Z-source inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 504–510, Mar. 2003, DOI: 10.1109/TIA.2003.808920.

F. Z. Peng, “Z-source inverter,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2002, DOI: 10.1109/ias.2002.1042647.

J. Anderson and F. Z. Peng, “A class of quasi-Z-source inverters,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2008, DOI: 10.1109/08IAS.2008.301.

Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng, and L. Dichen, “Quasi-z-source inverter for photovoltaic power generation systems,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2009, DOI: 10.1109/APEC.2009.4802772.

B. Ge et al., “An energy-stored quasi-Z-source inverter for application to photovoltaic power system,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2217711.

Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, “Z-source inverter for residential photovoltaic systems,” IEEE Trans. Power Electron., 2006, DOI: 10.1109/TPEL.2006.882913.

V. Y. Zhuikov et al., Efficiency icrease of the renewable power systems:monography. Kiev: Igor Sikorsky KPI, 2018.

T. О. Tereshchenko, Y. S. Yamnenko, D. V. Kuzin, and L. E. Klepach, “MULTILEVEL INVERTER TOPOLOGY AND CONTROL SIGNALS DEFINITION BASED ON ORTHOGONAL SPECTRAL TRANSFORMATIONS,” Tekhnichna Elektrodynamika, vol. 2018, no. 4, pp. 57–60, May 2018, DOI: 10.15407/techned2018.04.057.

J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai, and Fang Zheng Peng, “Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002, DOI: 10.1109/TIE.2002.801052.

N. Mittal, B. Singh, S. P. Singh, R. Dixit, and D. Kumar, “Multilevel inverters: A literature survey on topologies and control strategies,” in ICPCES 2012 - 2012 2nd International Conference on Power, Control and Embedded Systems, 2012, DOI: 10.1109/ICPCES.2012.6508041.

K. A. Corzine, M. W. Wielebski, F. Z. Peng, and J. Wang, “Control of cascaded multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., 2004, DOI: 10.1109/TPEL.2004.826495.


Перелік посилань


  1. J. M. Carrasco et al., “Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey,” IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006, DOI: 10.1109/TIE.2006.878356.
  2. B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, “A review of solar photovoltaic technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011, DOI: 10.1016/j.rser.2010.11.032.
  3. Y. Goswami and J. F. Kreider, “Photovoltaic systems,” in Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium, 2001. DOI: 10.1201/9781420042399.ch4
  4. H. E. K. Baitie and T. Selmi, “Review of smart grid systems’ requirements,” in 2015 10th International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, EVER 2015, 2015, DOI: 10.1109/EVER.2015.7113004.
  5. M. Bouzguenda, A. Gastli, A. H. A. Badi, and T. Salmi, “Solar photovoltaic inverter requirements for smart grid applications,” in 2011 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies - Middle East, ISGT Middle East 2011, 2011, DOI: 10.1109/ISGT-MidEast.2011.6220799.
  6. R. Dogga and M. K. Pathak, “Recent trends in solar PV inverter topologies,” Solar Energy. 2019, DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.
  7. B. Subudhi and R. Pradhan, “A comparative study on maximum power point tracking techniques for photovoltaic power systems,” IEEE Trans. Sustain. Energy, 2013, DOI: 10.1109/TSTE.2012.2202294.
  8. M. A. G. De Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. De Azevedo Melo, and C. A. Canesin, “Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2198036.
  9. Fang Zheng Peng, “Z-source inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 504–510, Mar. 2003, DOI: 10.1109/TIA.2003.808920.
  10. F. Z. Peng, “Z-source inverter,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2002, DOI: 10.1109/ias.2002.1042647.
  11. J. Anderson and F. Z. Peng, “A class of quasi-Z-source inverters,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2008, DOI: 10.1109/08IAS.2008.301.
  12. Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng, and L. Dichen, “Quasi-z-source inverter for photovoltaic power generation systems,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2009, DOI: 10.1109/APEC.2009.4802772.
  13. B. Ge et al., “An energy-stored quasi-Z-source inverter for application to photovoltaic power system,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2217711.
  14. Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, “Z-source inverter for residential photovoltaic systems,” IEEE Trans. Power Electron., 2006, DOI: 10.1109/TPEL.2006.882913.
  15. V. Y. Zhuikov et al., Efficiency icrease of the renewable power systems:monography. Kiev: Igor Sikorsky KPI, 2018.
  16. T. О. Tereshchenko, Y. S. Yamnenko, D. V. Kuzin, and L. E. Klepach, “MULTILEVEL INVERTER TOPOLOGY AND CONTROL SIGNALS DEFINITION BASED ON ORTHOGONAL SPECTRAL TRANSFORMATIONS,” Tekhnichna Elektrodynamika, vol. 2018, no. 4, pp. 57–60, May 2018, DOI: 10.15407/techned2018.04.057.
  17. J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai, and Fang Zheng Peng, “Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002, DOI: 10.1109/TIE.2002.801052.
  18. N. Mittal, B. Singh, S. P. Singh, R. Dixit, and D. Kumar, “Multilevel inverters: A literature survey on topologies and control strategies,” in ICPCES 2012 - 2012 2nd International Conference on Power, Control and Embedded Systems, 2012, DOI: 10.1109/ICPCES.2012.6508041.
  19. K. A. Corzine, M. W. Wielebski, F. Z. Peng, and J. Wang, “Control of cascaded multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., 2004, DOI: 10.1109/TPEL.2004.826495.
 






Copyright (c) 2020 Федін І. С., Терещенко Т. О., Ямненко Ю. С.

Creative Commons License
Ця робота ліцензована Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN: 2523-4447
e-ISSN: 2523-4455