توصيفگر ها :
اينورتر خورشيدي , جريان نشتي زمين , اينورتر چندسطحي , كليدزني نرم
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
With the ever-increasing use of PV panels, improving the performance and efficiency of PV inverters has become particularly important. Multilevel inverters are more efficient than two-level inverters, produce less harmonic distortion and electromagnetic interference, and can be constructed at higher power ratings and with higher power density. It is preferred not to use a transformer in the structure of inverters to reduce their volume, cost and power losses. However, in the absence of a transformer, the inverter requires a higher input voltage, and fluctuations in its output common-mode voltage generate ground leakage current. Due to local shading issues, connecting PV panels in series is not an ideal solution to attain the necessary input voltage and adding a voltage boosting stage at the inverter's input reduces the efficiency of the system. On the other hand, ground leakage current disrupts the inverter's performance and endangers people and equipment. The amplitude of this current can be reduced by using the decoupling branch, but it increases the inverter's power losses. Half-bridge-based topologies do not produce leakage current, but they require twice the input voltage of full-bridge-based topologies. In this research, several previously introduced single-phase multilevel inverters and their challenges are presented and compared. Then a seven-level inverter is introduced to solve the disadvantages of previous inverters. This inverter uses a buck-boost/flyback converter to increase the input voltage and utilizes an improved modulation technique to reduce the amplitude of the ground leakage current. Using the coupled-inductors technique, the buck-boost and the flyback converters are combined, which reduces the number of switches and magnetic elements and provides soft turn-on for the switch. Due to the way the converter is connected to the inverter, this converter only processes a portion of the total input power, thereby reducing system power losses. Furthermore, an improved control strategy is presented to reduce PV panel voltage fluctuations and eliminate odd harmonic distortion in the inverter's output current. This is achieved by measuring the DC-link voltage fluctuations and utilizing a feedforward loop. Then, by simulating the proposed inverter in PSIM software, the efficiency of the system is estimated under different working conditions. The efficiency of the inverter at rated power is calculated to be 97.4%. A 1kW laboratory prototype of the proposed inverter is implemented to validate the theoretical analysis, and the results of real-world experiments are presented. Finally, the proposed inverter is compared with similar inverters, and the advantages and disadvantages of each are examined.
