Моделювання квазі-z-інверторів в системах з відновлювальними джерелами енергії на підвищеній частоті
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
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.
Блок інформації про статтю
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
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
