بخشی از مقاله
چکیده :
دراین مقاله یک سیستم مبدل یکپارچه شده با ماژول فتوولتائیک متصل به شبکه راندمان بالا با تغییرات جریان - pv - ارائه شده ا ست. سیستم - PVMIC - ارائه شده شامل یک مبدل استپ آپ - افزاینده - DC/DC - stepup - راندمان بالا و یک اینورتر DC/AC تک فاز پل کامل است. یک مبدل فلاي بک - flyback - با کلمپ فعال با یکسوساز دوبرابر کننده ولتاژ ارائه شده براي مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC ،درمبدل استپ آپ - stepup - DC/DCپیشنهادي تلفات سوییچینگ با حذف جریان دریافتی معکوس - برگشتی - خروجی دیودهاي یکسوساز کاهش یافته است. به منظورکاهش تغییرات جریان - pv - ارائه شده ،توسط اینورتر متصل به شبکه ، یک متد جهت کاهش تغییرات جریان - - pv، نیز پیشنهاد و ارائه شده است.
این متد ارائه شده جهت کاهش تغییرات جریان - pv - ، تغییرات جریان - pv - را بدون به کاربردن هرگونه قطعه و مولفه اضافی دیگر کاهش میدهد، علاوه بر این، براي کنترل توان متمرکز شده سیستم هاي - PVMIC - توزیع شده ،دو طرح کنترل توان - pv - ارائه شده است : یکی کنترل مرکزي و یکی کنترل محلی. مرحله کنترل توان - pv - مرکزي کنترل کننده تمام توان تولیدشده با فرستادن سگینالهاي توان مرجع به هر سیستم - PVMIC - منحصر به فرد. مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC ارائه شده به راندمان بالاي%97.5 درتوان خروجی260Wرسیده است. سیستم - PVMIC - شامل مبدل DC/DC و اینورتر DC/AC به راندمان بالاي%95 با ریپل جریان - PV - کمتر از 3% تغییرات جریان نامی - PV - رسیده است.
مقدمه
سیستم مطلوب ساز توان فتوولتائیک - - 1PVPCS متصل به شبکه کلید تکنولوژي درآینده توزیع است که استفاده از انرژي خورشیدي براي تولید انرژي الکتریکی است.[1] به طور اساسی3 نوع - PVPCS - متصل به شبکه وجوددارد. - PCS - متمرکز شده و - PCS - رشته اي و - PCS - - مبدل یکپارچه - شده با ماژول .[2] - MIC - دراین میان سیستم 2PVMIC - اخیراً - بیشترین رشد و نزدیکی به - - PVPCS متصل به شبکه رادارند. سیستم - PVMIC - مفهوم پلاگ و پلی - plug and play - ارائه کرده که انرژي حاصل از ماژول - pv - بیشترین توان بهینه را دارد. درهرماژول - - PV، اینورتر DC/AC آن نقش تابع تعقیب نقطه ماکزیمم توان - 3MPPT - را داراست .
[3] براي تجاري سازي سیستم - - PVMIC، با قیمت پایین و راندمان بالا، طرح انتقال توان باید براي انتقال توان الکتریکی به شبکه با یک ضریب توان بالا بسط پیدا کند .[4] سیستم کلی - - PVMIC درشکل 1 نشان داده شده که شامل یک مبدلDC/DC و یک اینورتر تک فاز است.[5] ولتاژ ماژول - - PV، مشخصه یک ولتاژ پایین - low Voltage - را داراست. ولتاژ خروجی آن به طورنمونه رنج هایی از 20V تا 45V را داراست. به منظور کاهش ولتاژ ماژول - - pv براي تولید ولتاژ خروجی - - 220v - 60Hz متناوبAC، خروجی مبدل DC/DCباید حدوداً 350V باشد .بنابراین یک مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC با بهره ولتاژ بالا به این منظور براي جلوگیري از ،کاهش ولتاژ ماژول PV و بالا بردن ولتاژ خط - لینک - DC لازم می باشد.
تاکنون مبدل هاي DC/DC افزاینده گوناگونی براي طراحی و بکارگیري درسیستم - - PVMIC مورد مطالعه قرارگرفته است. یک نمونه مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC افزاینده با منبع جریان در مبدلهاي بوست-2 سلفی در [6]و[7] ارائه شده است. تلفات سوییچهاي قدرت در ماژول - - PV به وسیله بکارگیري 2 تا سلف ورودي کاهش می یابد. هر چند مبدل هاي بوست 2سلفی با منبع جریان به سختی درسیستم - - PVMIC قابل اجرا هستند .این موضوع به علت سایز بزرگ سلف که جریان خروجی سیستم ماژول pv را افزایش و روي هم رفته اندازه وقیمت سیستم - PVMIC - را افزایش می دهد براي کاهش اندازه و قیمت سیستم - - PVMIC، مبدل فلاي بک - - fly back درمبدل DC/DC افزاینده در[8] بکار رفته است.
توپولوژي ساده مدار قدرت مبدل فلاي بک براي تغییر پهنا و رنج ولتاژ ماژول - - pv مناسب است. ولی از معایب مبدل فلاي بک تلفات سوییچینگ بالا درسوییچهاي قدرت است. که براي کاهش تلفات سوییچینگ ازمبدلهاي فلاي بک با کلمپ فعال طبق.[9] استفاده میشود. این مبدل فلاي بک کلمپ فعال تلفات سوییچینگ را با کاهش استرس ولتاژ در سوییچهاي قدرت کلمپ می کند هرچند که دیودهاي یکسوساز درمبدل فلاي بک با کلمپ فعال مشکل بازیابی معکوس را دارد.
عملکرد خروجی دیود یکسو کننده بر روي ولتاژ لینکDC تولید جریان معکوس بزرگ می کند که در زمان خاموشی آنی وسریع است. جریان معکوس دیود سبب افزایش قابل توجه تلفات سوییچینگ درخروجی دیود یکسو کننده که شامل یک مقدار بزرگ از نویزهاي - EMI - تداخل الکترومغناطیسی و مشکلات مربوط به افزایش حرارت در سیستم - - PVMICمی شود. چنانکه در شکل1 نشان داده شده و از آنجائیکه اینورتر DC/AC توان مفید را به شبکه تکفاز تزریق میکند که این تغییر توان در فرکانسی دوبرابر فرکانس شبکه بر روي ولتاژ لینکDC قرار می گیرد.
بنابراین تغییر ولتاژ لینک DC که با تغییر جریان - PV - اتفاق می افتد و نشان داده می شود.[10] زیرا تغییرات جریان - - pvراندمان - MPPT - را کاهش می دهد ، تغییرات جریان - - PVباید درحد امکان خیلی کوچک باشد درجهت ماکزیمم کردن توان بدست آمده از ماژول - . - PV تغییرات جریان - - PVمی تواند به واسطه خازن هاي الکترولیتی اضافه در ورودي مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC کاهش یابد.[11]همچنین، براي کاهش دادن تغییرات جریان - PV - می توان یک خازن لینک DC بزرگ استفاده کرد.
[12] هرچند خازن الکترولیتی اضافه و خازن لینک DC بزرگ روي هم سیستم مبدل یکپارچه ماژول فتوولتائیک متصل به شبکه راندمان بالا با رابط هاي انتقال سریع در مقیاس کوچک توزیع توان تولیدي رفته اندازه و قیمت سیستم - - PVMICرا افزایش میدهد. از جمله متدهایی که براي خنثی کردن ریپل هاي فعال متناوب با مبدل DC/DC بیرونی - external - میتوان اشاره کرد : یک ورودي ریپل توان [13]یک فیلترفعال توان[14]، و یک مدار فیلتر توان .[15] DC هرچند که همه این متدها به مدار تبدیل توان اضافه نیاز دارند که باعث افزایش هزینه ساخت وکاهش راندمان انتقال توان درسیستم - - PVMICمی شوند. براي رفع همه این مشکلات،این مقاله یک سیستم - - PVMICمتصل به شبکه راندمان بالا با کاهش تغییرات جریان - pv - ارائه کرده است.
براي این منظور یک مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC راندمان بالا، یک مبدل فلاي بک کلمپ فعال با یک یکسو ساز دوبرابرکننده ولتاژ ارائه و پیشنهاد شده است. چنانکه درشکل2 نشان داده شده از یک مبدل بوست درمدار کلمپ فعال در سمت ماژول - - pvاستفاده شده است. درسمت ولتاژ لینک DC یک یکسوساز دوبرابرکننده ولتاژ مورد استفاده و یک خازن تشدید استفاده شده است.یکسو ساز دو برابرکننده ولتاژ متشکل شده از یک مدار تشدید سري که شامل اندوکتانس نشتی ترانسفورمر و خازن تشدید می باشد.
سوییچینگ در جریان صفر - 4ZCS - درخروجی دیودهاي یکسوکننده حاصل شده است .[16] که میتواند باعث حذف جریان معکوس خروجی دیودهاي یکسو کننده شود. به این منظور براي کاهش تغییرات جریان - pv - ، یک متد عملی کاهش تغییرات جریان - pv - اشاره شده است که با اضافه نمودن نسبت دیوتی - سیکل وظیفه - قطع تغییرات جریان - pv - به نسبت دیوتی - سیکل وظیفه - کنترل در مبدل استپ آپ step up - - DC/DC ارائه شده ا ست . تغییرات جریان فرکانس پایین - pv - میتواند بدون هرگونه مولفه اضافی کاهش یابد. روي هم رفته شکل سیستم به طور خلاصه تشریح شد.که در آن عملکرد مبدل استپ آپ - stepup - DC/DC ارائه شده با کاهش تغییرات جریان - pv - کنترل شده است.
علاوه بر این براي کنترل توان متمرکز شده سیستم هاي - - PVMIC سیستم توزیع ، یک طرح کنترل توان - PV - با یک کنترل مرکزي و دو کنترل محلی ارائه شده است .کنترل توان - PV - مرکزي تمام توان تولیدي را به وسیله فرستادن سیگنالهاي توان مرجع به خروجی هر واحد اختصاصی سیستم - PVMIC - کنترل می کند. کنترل توان - PV - محلی با سیگنال توان مرجع که از کنترل مرکزي دریافت شده کنترل می شود.
نتایج شبیه سازي برپایه نمونه اولیه با توانw 260 سیستم - PVMIC - پیشنهادي مورد بررسی قرارگرفت. مبدل استپ آپ DC/DC ارائه شده به راندمان%97.5در توان w 260 به تولید ولتاژ 350v برروي لینک DC از ولتاژ - pv - ، 36.1v رسیده است. روي هم رفته سیستم - PVMIC - شامل مبدل DC/DC و اینورتر DC/AC به راندمان 95% با تغییرات ریپل جریان - PV - کمتر از 3% نرخ جریان نامی - PV - رسیده است . طرح کنترل توان - pv - متمرکز شده نیز مورد ارزیابی قرار گرفت.
توپولوژي سیستم یکپارچه
شکل2 نشان دهنده دیاگرام مداري سیستم - PVMIC - پیشنهادي است. سیستم - PVMIC - متشکل از یک مبدل فلاي بک کلمپ فعال با یکسو ساز دو برابرکننده ولتاژ و یک اینورتر تک فاز پل کامل DC/AC و مبدل استپ آپ DC/DC - stepup - که متشکل شده از مبدل بوست با مدار کلمپ فعال - Cc, S1, S2 - ، ترانسفورمر - T - و یک یکسوساز 2 برابر کننده ولتاژ . - L1k,Cr ,DO1, D02 - سوییچهاي s1,s2 از نوع ماسفت - - 5Mosfet هستند که محرکه هاي مکمل هستند. اینورتر پل کامل - - s3 ~ s6,Lo تغذیه توان الکتریکی به شبکه با ضریب توان واحد را کنترل می کنند. که با تابع - Mppt - انجام می شود.[17] سوییچهاي s3تاs6 از نوع - - 6IGBT هستند.
