Моделювання квазі-z-інверторів в системах з відновлювальними джерелами енергії на підвищеній частоті

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Ігор Сергійович Федін
д.т.н. проф. Тетяна Олександрівна Терещенко
д.т.н. проф. Юлія Сергіївна Ямненко

Анотація

В статті визначено основні задачі застосування перетворювачів у системах електроживлення з відновлюваними джерелами енергії у якості основних джерел. До таких задач відносяться: підвищення якісних параметрів вихідного струму і напруги, зменшення масогабаритних показників, зменшення навантаження на елементи силового ланцюга. Для розв’язання останніх двох задач, на основі базової топології інвертора з імпедансним ланцюгом застосовується квазі-z-топологія, що, відповідно до принципів її функціонування, дозволяє знизити навантаження на елементи імпедансного ланцюга та силові ключі інвертора. Отримані практичні результати підтверджують теоретичні залежності для квазі-імпедансних інверторів, демонструючи відсутність розриву у вхідному струмі імпедансного ланцюга та зменшення напруги на конденсаторі С1 відносно напруги на конденсаторі С2. Проте, результати симуляції виявили такі недоліки базової топології квазі- імпедансних інверторів, як високий рівень коефіцієнту нелінійних спотворень (THD) та високі масогабаритні показники елементів імпедансного ланцюга. Для усунення даних недоліків запропоновано та розглянуто методи керування силовими ключами інвертора на підвищеній частоті, що дозволило як зменшити елементи імпедансного ланцюга, так і знизити рівень THD, додатково розширюючи можливості до застосування інших схемотехнічних рішень щодо зниження THD - зокрема, каскадної багаторівневої топології.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Як цитувати
Федін, І. С., Терещенко, Т. О., & Ямненко, Ю. С. (2021). Моделювання квазі-z-інверторів в системах з відновлювальними джерелами енергії на підвищеній частоті. Мікросистеми, Електроніка та Акустика, 237407–1 . https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.237407
Розділ
Електронні системи та сигнали

Посилання

Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng and D. Liu, “Quasi-Z-Source Inverter for Photovoltaic Power Generation systems.” 2009 Twenty-Fourth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. P. 918-924 DOI: 10.1109/APEC.2009.4802772

T. O. Tereshhenko, I. S. Fedin, M. Yu. Ovsiyenko, L. G.Lajkova "Avtonomni invertory` v sy`stemax elektrozhy`vlennya z vidnovlyuvany`my` dzherelamy` energiyi." Vcheni zapy`sky` Tavrijs`kogo nacional`nogo universy`tetu imeni V.I. Vernads`kogo. Seriya: Texnichni nauky`. 2019. Tom 30 (69) # 2. URL: http://www.tech.vernadskyjournals.in.ua/journals/2019/2_2019/part_1/10.pdf

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

O. B. Shonin, R. A. Salov. "Dinamicheskie svoystva Z-invertora v sostave chastotno-reguliruemogo privodа" Izvestiya TulGU. Tehnicheskie nauki 2017. №6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/dinamicheskie-svoystva-z-invertora-v-sostave-chastotno-reguliruemogo-privod

J. Li, J. Liu and Z. Liu, "Comparison of Z-source inverter and traditional two-stage boost-buck inverter in grid-tied renewable energy generation", 2009 IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference, Wuhan, 2009. P. 1493-1497 DOI: 10.1109/IPEMC.2009.5157623

I. S. Fedin, T. O. Tereshhenko, Yu. S. Yamnenko, "Zny`zhennya rivnya nelinijny`x spotvoren` vy`xidnoyi naprugy` invertoriv v sy`stemax elektrozhy`vlennya z sonyachny`my` panelyamy`". Mikrosy`stemy`, Elektronika ta Akusty`ka, no. 25(2), 18–24. DOI: 10.20535/2523-4455.mea.207543

T. O. Tereshhenko, Yu. S. Yamnenko, I. S. Fedin "Oglyad osnovny`x topologij bagatorivnevy`x kaskadny`x invertoriv naprugy`" Mikrosy`stemy`, elektronika ta akusty`ka Tom 23, №2(103), 2018, с.49-57 DOI: 10.20535/2523-4455.2018.23.2.130457

T. V. Anisimova, A. V. Danilina, V. V. Kryuchkov, “Sposoby povishenia kachestva vihodnogo napryazhenia invertorov so stupenchatim vihodnim napryazheniem [Methods of improvement of the quality of the output voltage of inverters with stepped output voltage],” Vestnik MAI, vol. 17, no.1, pp. 103-112, 2010, URL: http://vestnikmai.ru/publications.php?ID=13363

P. W. Hammond, “MediumVoltage PWM Drive and Method,” US565545, 1977, URL: https://patents.google.com/patent/US5625545A/en

N. Donskoy, A. Ivanov, V. Matison, I. Ushakov, “Mnogourovnevie avtonomnie invertory dlya electropryvoda i electroenergetyky [Multi-level autonomous inverters for electric drive and electric power industry],” Power electronics, no.1, pp. 43-46, 2008, URL: http://www.power-e.ru/pdf/2008_1_43.pdf

D. Vinnikov [et al.] “QZS-based soft-switching DC/DC converter with a seriesresonant LC circuit" Energy saving. Power engineering. Energy audit. 2013. № 8. vol. 2, pp. 42-50. URL: https://ortus.rtu.lv/science/lv/publications/18679/fulltext

Rajambal, K.; Sanjeevikumar, P.; Chinnaponnu, A. "Comparison of MLI and Z-Source Inverter for Transformerless Operation of Single-Phase Photovoltaic Systems." Thammasat International Journal of Science and Technology (TIJSAT), Thammasat University Publications, Klongluang, Pathumtani (Thailand). 2010, vol.15. P.37-47. URL: https://www.researchgate.net/publication/231522437_Comparison_of_MLI_and_Z-Source_Inverter_for_Transformerless_Operation_of_Single-Phase_Photovoltaic_Systems

Hanif, M.; Basu, Malabika; Gaughan, K. "Understanding the operation of a Z-source inverter for photovoltaic application with a design example". Power Electronics, IET. 2011, no. 4. Pp. 278 - 287. DOI: 10.1049/iet-pel.2009.0176

S. Honarbari, M. Alizadeh Bidgoli “Designing a Quasi-Source Inverter with Energy Storage to Improve Grid Power Quality.” IETE Journal of Research, 2020. DOI: 10.1080/03772063.2019.1709571

Li Z., Zhang G., Fang C “Enhanced switched-inductor quasi-Z-source inverter.” Beijing Hangkong Hangtian Daxue Xuebao/Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 42(9), 2006, P. 1803–1811. DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0579

I. S. Fedin “Bahatorivnevi invertory v sistemah electrozhivlennia z alternatyvnimi dzherelamy” M.S. thesis, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Kyiv, 2019, URL: https://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/28030/1/Fedin_magistr.pdf

Miaosen Shen, Jin Wang, A. Joseph, Fang Zheng Peng, L. M. Tolbert and D. J. Adams “Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress.” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 42, no.3 pp.770-778, 2006. DOI: 10.1109/TIA.2006.872927

Fang Zheng Peng, Miaosen Shen, Zhaoming Qian, “Maximum boost control of the Z-source inverter.” IEEE Transactions on Power Electronics, vol.20, no.4, pp.883-838, 2005. DOI: 10.1109/TPEL.2005.850927

Zahedi A, “Solar photovoltaic (PV) energy; latest developments in building integrated and hybrid PV systems”, Renewable Energy, no. 31(5) pp.711-718, 2006. DOI: 10.1016/j.renene.2005.08.007

Garcia-Vazquez, C. A., Sanchez-Sainz, H., Gonzalez-Rivera, E., Llorens-Iborra, F., & Fernandez-Ramirez, L. M. “Decoupled Maximum Constant Boost Control for Quasi-Z-Source Inverter.”, Proceedings - 2020 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2020 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe, EEEIC / I and CPS Europe 2020, 2020. DOI: 10.1109/EEEIC/ICPSEurope49358.2020.9160623

Suganthi, J., & Rajaram, M. “Effective analysis and comparison of Impedance Source Inverter topologies with different control strategies for Power Conditioning System.”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015. DOI: 10.1016/j.rser.2015.06.039

Kouzou, A., & Abu-Rub, H. “Multiphase Z-source inverter using maximum constant boost control”, Archives of Control Sciences, no. 23(1), pp. 107-126, 2013. DOI: 10.2478/v10170-011-0045-8

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають