بخشی از مقاله

خلاصه

در این پژوهش مدل جدیدی برای مبدل های جریان مستقیم به جریان متناوب در نظر گرفته شده است. از این مبدل در خروجی یک نیروگاه خورشیدی استفاده کردهایم. در این مبدل مزیتی وجود دارد که در مبدلهای دیگر نمیتوان این مزیت را یافت. در ساختار این مبدل تعداد کلیدها نسبت به ساختارهای قبلی کاهش یافته است. در ساختار مبدلها کلیدهای قدرت دارای تلفات کلیدزنی هستند و هرچه که از تعداد این کلیدها کاسته شود این تلفات نیز کاهش پیدا خواهد کرد.

در این مقاله سعی کردهایم که از یک طرف با استفاده از این ساختار تلفات کلیدزنی را کمتر کنیم. از طرف دیگر هدف ما از این پژوهش آن بوده است که با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات - - - PSO - Particle Swarm Optimization تعداد کلیدزنی بهینه که بتواند به کمترین مقدار اعوجاج هارمونیکی کل - THD - Total Harmonic Distortion - - در خروجی منجر شود را بیابیم. از این رو با استفاده از الگوریتم ازدحام ذرات و با جستجو و استخراج به تعداد کافی به این هدف دست یافتهایم که در ادامه این نتایج ارائه خواهند شد.

.1 مقدمه

در این پژوهش، برمبنای [1]، یک مبدل هفت سطحی برای تولید ولتاژ متناوب سلول خورشیدی مورد استفاده قرار میگیرد. ساختار مرجع از یک کانورتر تقویت کننده ولتاژ، یک ترانسفورماتور و شش کلید قدرت تشکیل شده است که در هر زمان فقط یک کلید با سرعت بالا سوییچینگ می کند. این ساختار پیشنهاد شده برای اینورتر، چندان پیچیده نبوده و تلفات آن نیز به مراتب کمتر از مدارهای دیگر است.

.2 پیشینه پژوهش

افزایش استفاده بیش از حد از سوخت های فسیلی موجب افزایش آلودگی در چند دهه اخیر شده است. همچنین، سوخت های فسیلی در آینده رو به اتمام خواهد رفت و قیمت آنها افزایش چشمگیری خواهد داشت. در نتیجه سلول های خورشیدی از اهمیت بالاتری برخوردار می شوند چرا که تولید آلودگی نداشته و قیمت سلولهای خورشیدی روز به روز کاهش می یابد درحالی که سوختهای فسیلی روز به روز با افزایش قیمت روبرو هستند. [2] همچنین، ممکن است به زودی سلول های خورشیدی کوچک در سطح تولید توان انرژی خانگی مورد استفاده قرار گیرند. [3]

برای اتصال سلول خورشیدی به شبکه برق، مبدل توان آن از اهمیت بالایی برخوردار است تا برق متناوب را تولیدکند، در نتیجه مبدل ها از اهمیت بالایی برخوردار هستند . [4] از آنجایی که ولتاژ تولیدی سلول های خورشیدی از سطح پایینی برخوردار هستند، کانورترهای DC-DC ولتاژ برای افزایش سطح این ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرند تا ولتاژ را به سطح قابل قبولی برسانند. نکته مهم دیگر این است که بازدهی مبدل های سلول خورشید از اهمیت بالایی برخوردار است چرا که عدم بازدهی بالا موجب هدر رفت انرژی خورشیدی می شوند. انرژی اتلافی مبدل ها شامل عناصر اکتیو و پسیو هستند. عناصر اکتیو شامل دو نوع تلفات هدایتی و سوییچینگ هستند. [5]

ولتاژ و جریانی که ازهر سوییچ می گذرد به همراه فرکانس کلید زنی تعیین کننده میزان تلفات سوییچنگ است، ازاین رو مبدل های هفتسطحی برای افزایش بازدهی مبدل ها به کار گرفته می شوند چراکه تغییرات ولتاژ هرسوییچ کاهش می یابد و در پی آن تلفات نیز کم می شود. [6] یکی از انواع اینورترهای هفتسطحی، مبدل با خازن شناور بوده است که به دلیل سخت بودن تولید ولتاژ نامتقارن، و همچنین پیچیده بودن طراحی برای تولید ولتاژ سطح بالا، کمتر مورد استفاده قرار گرفته است.

[7] در سال های اخیر تمرکز زیادی بر روی طراحی ساختار جدید مبدل های هفتسطحی شده است. در [8] یک اینورتر تک فاز هفتسطحی با استفاده از شش کلید ساخته شده است. نقطه ضعف این طراحی استفاده از سه خازن برای تولید ولتاژ مورد نیاز آن بوده است که متعادل کردن این سه خازن یک کارسخت و نسبتا پیچیده است. در [9] یک مبدل هفتسطحی با تغییر پلاریته پیشنهاد شده است. هر چند که فقط سوئیچ های الکترونیک قدرت آن با سرعت بالا سوییچ زنی می کنند و بقیه کلید ها با سرعت پایین سوییچ می شوند ولی تعداد کلیدهای الکترونیک قدرت آن به ده عدد میرسد که تعداد قابل توجهی است.

.3مبدل چندسطحی مورد نظر در این مقاله

سیستم پیشنهادی تولید انرژی خورشیدی از یک آرایه از سلولهای خورشیدی به همراه یک مبدل 7 سطحی تشکیل شده است. آرایه سلولهای خورشیدی به صورت مستقیم به این مبدل جریان مستقیم DC-DC متصل شده است، این مبدل خود نیز یک مدار افزاینده است که حاوی یک ترانسفورماتور با نسبت تبدیل .2:1 مبدل قدرت DC-DC قدرت خروجی آرایه سلول خورشیدی را به دو منبع ولتاژ مستقل با روابط چندگانه تبدیل میکند که به مبدل هفت سطحی داده میشود.

این مبدل هفت سطحی جدید شامل یک مدار انتخابکننده خازن و یک مبدل قدرت پل کامل است که در یک ساختار آبشاری بهم دیگر متصل هستند. سوئیچ های قدرت الکترونیکی مدار انتخاب خازن تخلیه دو خازن را تعیین می کند در حالی که دو خازن به طور جداگانه یا سریال تخلیه می شوند. به دلیل روابط چندگانه بین ولتاژ خازن های dc، مدار انتخاب خازن یک ولتاژ DC سه سطح را صادر میکند. مبدل قدرت پل کامل این ولتاژ DC سه سطح را به یک ولتاژ هفت سطحی AC تبدیل میکند که با ولتاژ برق مصرفی همزمان شده است.

به این ترتیب، سیستم تولید انرژی خورشیدی پیشنهادی، یک جریان خروجی سینوسی را تولید می کند که با ولتاژ مورد استفاده در یک فاز قرار میگیرد و به ولتاژ مورد استفاده تغذیه میشود که با این ولتاژ دارای ضریب قدرت یکسانی است. همانطور که مشاهده میشود، این مبدل جدید هفت سطحی شامل تنها شش سوئیچ قدرت الکترونیکی است، بنابراین مدار قدرت آن ساده شده است. در نتیجه تلفات ناشی از کلیدزنی که در مبدل های معمولی وجود دارد در این مبدل کاهش پیدا کرده است. در شکل 1 نمایش ساده مداری این مبدل آمده است که در این شکل به خوبی دو قسمت مجزای این مبدل دیده می شود. در قسمت سمت راست یک مبدل هفت سطحی دیده میشود و در سمت چپ یک مبدل افزاینده مشاهده میشود که مبدل هفت­سطحی از این مبدل افزاینده ولتاژ خود را دریافت میکند.

.5 اساس عملکرد

همانطور که در شکل 1 دیده می شود، مبدل قدرت DC-DC یک مبدل تقویت کننده و یک مبدل روبه جلو از نوع تغذیه جریان دارا است. مبدل تقویت کننده از یک سلف LD، یک سوئیچ الکترونیکی قدرت SD1 و یک دیود DD3 تشکیل شده است. مبدل تقویت کننده خازن C2 از اینورتر هفت سطحی را خنثی میکند. مبدل تغذیه شده از جریان متشکل از یک سلف LD، یک کلید الکترونیکی SD1 و SD2، ترانسفورماتور و دیودهای DD1 و DD2 است. مبدل تغذیه شونده از جریان رو به جلو تغذیه خازن C1 مربوط به اینورتر هفت سطحی را شارژ می کند. سلف LD و سوئیچ الکترونیک قدرتی SD1 مربوط به مبدل تغذیه شونده از جریان رو به جلو فعلی نیز در مبدل تقویت کننده استفاده میشود. شکل - a - 2 مدار کارکرد مبدل برق dc-dc را نشان می دهد هنگامی که SD1 روشن می شود. آرایه سلول خورشیدی انرژی را به القایی LD می دهد.

شکل - a - 2 مدار کارکرد مبدل برق dc-dc را نشان می دهد هنگامی که SD1 روشن می شود. آرایه سلول خورشیدی انرژی را به سلف LD می دهد. آرایه سلول خورشیدی انرژی را به سلف LD می دهد. هنگامی که SD1 خاموش است و SD2 روشن است، مدار عملیاتی آن در شکل - b - 2 نشان داده شده است. بنابراین خازن C1 به صورت موازی از طریق ترانسفورماتور به خازن C2 متصل می شود، بنابراین انرژی سلف LD و سلول خورشیدی خازن C2 را از طریق DD3 شارژ میکنند و نیز خازن C1 را نیز از طریق ترانسفورماتور و دیود DD1 در طول زمانی که SD1 در حالت قطع است شارژ میکنند. از آنجائیکه که خازن های C1 و C2 به طور موازی با استفاده از ترانسفورماتور شارژ می شوند، نسبت ولتاژ خازن ها C1 و C2 همان نسبت تبدیل - 2:1 - ترانسفورماتور است. بنابراین، ولتاژ C1 و C2 روابط چندگانه دارند.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید