بخشی از مقاله
خلاصه
این مقاله با ارائه ساختار اینورتر چند سطحی بدون ترانسفورماتور در کاربرد سیستمهای فتوولتائیک متصل به شبکه قدرت، علاوه بر حذف جریان نشتی، کاهش ریپل جریان خروجی، کاهش تلفات و افزایش راندمان، عملکرد اینورتر را بهبود میدهد. در یک روش، برای حل مشکل جریان نشتی از مفهوم باس DC مجازی استفاده شده، که با اتصال مستقیم خط نول شبکه به قطب منفی باس DC، ظرفیت پارازیتی بین پنلهای PV و زمین از بین میرود. در ساختار پیشنهادی به دلیل استفاده از چندین منبع ولتاژ DC، کلیدها استرس ولتاژ کمتری را تجربه میکنند و همچنین کیفیت جریان تزریقی به شبکه افزایش یافته و اندازه سلف فیلتر خروجی، تلفات مغناطیسی و فرکانس کلیدزنی کاهش مییابد و به لحاظ سادگی ساختار، تعداد ادوات قدرت کم، سیستم کنترل یکپارچه و قابلیت اطمینان بالا بوده و قابلیت عبور توان راکتیو به شبکه را دارد و برای کلیدزنی اینورتر از مدولاسیون پهنای پالس سینوسی شیفت فازی استفاده می شود
کلمات کلیدی: PV ، اینورتر چند سطحی بدون ترانسفورماتور، مفهوم باس DC مجازی، خازن کلید شده، جریان نشتی و مدولاسیون پهنای پالس سینوسی
.1 مقدمه
در اینورترهای PV متصل به شبکه، از ترانسفورماتور فرکانس خط برای تامین ایزولاسیون گالوانیکی بین پنلهای PV و شبکه استفاده میشود. با توجه به اینکه ترانسفورماتورهای فرکانس خط، بزرگ و پر هزینه هستند و باعث کاهش راندمان میشوند، لذا حذف ترانسفورماتور ایزولاسیون، میتواند برای افزایش راندمان و کاهش اندازه و هزینه، روش موثر باشد.[1]سیستمهای PV در دو ناحیه تجاری و مسکونی شهرت زیادی یافته است .[2-3]در اکثر موارد اینورترها برای تغذیه توان PV به داخل شبکه مورد بهره برداری استفاده میشود بخاطر قیمت نسبتا زیاد پنلهای PV، مهم است که اینورتر راندمان بالایی داشته باشد. [4-6] اندازه کوچک برای سیستم های تکفاز و توان پایین مطلوب است، مخصوصا موقعی که اینورترها خانگی نصب شده باشند.با حذف ترانسفورماتور، جریان نشتی زمین مشترک، به علت ظرفیت پارازیتی بین پنلPV و زمین، ظاهر میشود .[7-8]
وجود جریان نشتی زمین مشترک باعث افزایش تلفات سیستم، کاهش کیفیت جریان شبکه و کاهش کارایی اینورتر توان و بازدهی میشود و همچنین سازگاری الکتریکی و مغناطیسی را بدتر میکند و مهمتر اینکه تهدیدهای ایمنی - مشکلات ایمنی پرسنل - را افزایش میدهد.[9]مسیر جریان مد مشترک1 سیستم اینورتر PV بدون ترانسفورماتور متصل به شبکه، ازکلیدهای قدرت، فیلترها، امپدانس زمین - ZG - ، ظرفیت پارازیتی - - CPV بین پنلهایPV و زمین تشکیل شده است. دامنه و فرکانس جریانهای نشتی، بستگی به ساختار اینورتر و استراتژی مدولاسیون دارد .[10]برای حذف جریانهای نشتی مد مشترک در سیستمهایPV بدون ترانسفورماتور، ساختارهای متعددی چون H5، H6، HERIC، KARSCHNY و... ارائه شده؛ ولی هرکدام دارای معایبی از جمله وجود جریان نشتی میباشند. در این مقاله برای حل این مشکل، از ساختار با مفهوم باسDC مجازی استفاده میشود.
.2 جریان نشتی
وجود جریان نشتی زمین مشترک باعث افزایش تلفات سیستم، کاهش کیفیت جریان شبکه و کاهش کارایی اینورتر توان و بازدهی میشود و همچنین سازگاری الکتریکی و مغناطیسی را بدتر میکند و مهمتر اینکه تهدیدهای ایمنی - مشکلات ایمنی پرسنل - را افزایش میدهد.مسیر جریان مد مشترک - iCM - سیستم اینورتر PV بدون ترانسفورماتور متصل به شبکه، از کلیدهای قدرت، فیلترها، امپدانس زمین ZG - - ، ظرفیت پارازیتی - CPV - بین پنلهایPV و زمین تشکیل شده است. دامنه و فرکانس جریانهای نشتی، بستگی به ساختار اینورتر و استراتژی مدولاسیون دارد مسیر جریان مد مشترک برای سیستم اینورتر PV بدون ترانسفورماتور در شکل - 1 - نشان داده شده است. .[1]
مسیر جریان مد مشترک، معادل یک مدار تشدید LC در سری با VCM است که در شکل - 2 - آمده است.ولتاژ مد مشترک - VCM - در شکل - 1 - به صورت زیر بیان میشود.عملکرد کلید اینورتر، ولتاژ مد مشترک فرکانس بالا تولید میکند و باعث جریان مد مشترک میگردد. برای جلوگیری از این جریان، ساختار و استراتژی مدولاسیون، بایستی تضمین کند که ولتاژ مد مشترک ثابت و یا در فرکانس پایین تغییر نماید - مانند 60/50 فرکانس خط - تا جریان نشتی صفر شود.برای حذف جریانهای نشتی، اینورترهای متعددی مانند H5، H6، HERIC، KARSCHNY، نیم پل متداول، NPC و اینورتر با مفهوم باسDC و غیره با روشهای کلیدزنی SPWM تک قطبی، SPWM دو قطبی و ISPWM ارائه شده که هر کدام دارای مزایا و معایبی میباشند.[11-12]
.3مفهوم باس DC مجازی
مفهوم باس DC مجازی با تکنولوژی خازن کلید شده تحقق یافته که شامل پنج کلید قدرت، دو خازن و یک فیلتر سلفی میباشد و همچنین برای تولید ولتاژ خروجی منفی کمک میکند. در این روش با اتصال مستقیم خط نول شبکه به قطب منفی باس DC، ظرفیت پارازیتی بین پنلهایPV و زمین از بین میرود. در نتیجه جریان نشتی زمین مد مشترک بطور کامل متوقف میشود. هدف از معرفی باسDC مجازی، تولید ولتاژ خروجی منفی است که برای کمک به عملکرد اینورتر نیاز است. برای انتقال انرژی بین باس واقعی و باس مجازی، اگر روش مناسبی طراحی شده باشد کل ولتاژ باس مجازی میتواند مانند ولتاژ باس واقعی ثابت نگه داشته شود. بارعایت نقطه N زمین، ولتاژ در نقطه میانی B، صفر یا Vdc+ و در نقطه میانی C، صفر یا Vdc- است.[1]
خط نقطه چین در شکل - 3 - نشان میدهد که اتصال ممکن است بطور مستقیم توسط سیم و یا بطور غیر مستقیم توسط کلید قدرت انجام شود. با اتصال نقطه B و C به هم دیگر توسط کلید هوشمند، ولتاژ در نقطه A، در سه سطح مختلف +Vdc ، صفر و -Vdc میباشد. از اینرو جریان iCM بطور طبیعی توسط ساختار مدار حذف میشود و هیچ محدودیتی در استراتژی مدولاسیون وجود ندارد، به این معنی که روشهای مدولاسیون، مانند پهنای پالس سینوسی تک قطبی یا پهنای پالس سینوسی فرکانس دوبل میتواند برای کاربردهای مختلف PV استفاده شود. در این روش مزایای اینورترهای تمام پل و نیم پل با همدیگر ترکیب شده است.
