بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، یک ساختار جدید برای اینورترهای چندسطحی ارایه گردیده است که در سیستمهای فتوولتاییک به کار میرود . مهمترین عنصر در اینورترها، کلیدها میباشد. هرچه تعداد کلیدها کمتر باشد، هزینهها کمتر میشود و تلفات ناشی از کلیدزنی کاهش مییابد و همچنین باعث بالا رفتن قابلیت کنترل سیستم و کنترل آسان کلیدها میشود. برای این منظور یک ساختار اینورتر پایه طراحی شده است. برای بالا بردن تعداد سطوح ولتاژ، چندین ساختار پایه با یکدیگر سری شده است. این ساختار در مقایسه با ساختارهای مرسوم، نیاز به تعدادکلیدها و منابع ولتاژ dc کم تری دارد که منجر به کاهش حجم، قیمت نهایی و ساده شدن روش کنترلی اینورتر می شود. برای کنترل کلیدهای قدرت از روش مدولاسیون فرکانس باند پایه استفاده گردیده است و از نرمافزار MATLAB/Simulink برای اثبات مطالب و روابط استفاده شده است.
واژههای کلیدی: اینورتر چندسطحی، فتوولتاییک، مدولاسیون فرکانس پایه، مبدل، کانورتر
-1 مقدمه
با توجه به افزایش روز افزون نگرانی های جهانی در مورد آلودگی آب و هوا و کاهش منابع انرژی های سوخت فسیلی، تحقیقات در مورد انرژی های تجدیدپذیر روز به روز افزایش می یابد. در مورد منابع انرژی های تجدیدپذیر نظیر انرژی های خورشیدی، بادی، پیلهای سوختی و ... مشکلات عدیده ای نظیر ردیابی توان ماکسیمم، بازدهی کم و مشکلات اتصال به شبکه و بار وجود دارد. یکی از مشکلات اساسی دیگر مربوط به کانورترهای الکترونیک قدرتی میباشد که با هزینه بالایی همراه می باشند - Abdalla, Corda, . - & Zhang, 2013; Yuan & Barbi, 2000 شکل - - 1 شماتیکی از اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به بار مصرفی نمایش داده شده است.
منابع انرژی تجدیدپذیر - مانند سیستم فتوولتاییک یا پیل سوختی - ، به عنوان منبع ولتاژ ورودی به مبدلها استفاده شده است. این منبع با استفاده از مبدلهای الکترونیک قدرت به بار مصرفی وصل شده است. چنانکه در شکل دیده میشود ابتدا با استفاده از مبدل DC/DC مقدار ولتاژ خروجی کنترل میشود و ولتاژ خروجی کانورتر DC/DC با استفاده از مبدل DC/AC، توان به بار مصرفی انتقال مییابد. هدف این مقاله طراحی این دو مبدل میباشد، به نحوی که تعداد سطوح ولتاژ خروجی به سینوسی نزدیکتر باشد.اینورتر چندسطحی یک سیستم الکترونیک قدرت است که می تواند با استفاده از چندین منبع ولتاژ dc به عنوان ورودی، یک شکل موج ولتاژ سینوسی را در خروجی تولید کند .
- Corzine & Familiant, 2002; Rodriguez, Lai, & Peng, 2002 - اینورترهای چندسطحی در مقایسه با اینورترهای دوسطحی و سه سطحی دارای مزایایی از قبیل تولید شکل موج خروجی با کیفیت بالا، اعوجاج هارمونیکی کم، تلفات کلیدزنی کم، کاهش استرس dv dt روی کلیدها میباشند . - Banaei & Salary, 2012 - تا به امروز سه ساختار مرسوم برای اینورترهای چندسطحی شناخته شده است که عبارتند از:1 اینورترهای چند سطحی برشگر دیودی . - Nabae, Takahashi, & Akagi, 1981; Pan, Peng, Stefanovic, & Leuthen , 2004 - 2 اینورتر چند سطحی خازن های شناور، - Feng , Liang, & Agelidis, 2007 - ، .3 اینورتر چند سطحی کاسکاد - - Li & Wu, 2008اینورتر چندسطحی برشگر دیودی برای اولین بار توسط Nabae و همکاران مطرح شد - . - Nabae et al., 1981 اینورتر چندسطحی برشگر دیودی به کمک خازن های سری ولتاژ باس dc را تقسیم کرده و بنابراین سطوح ولتاژ مختلف را تولید می کند.
برای تولید سطوح ولتاژ خیلی بالا به ادوات الکترونیک قدرت زیادی نیاز دارد که از مشکلات اساسی این اینورتر به شمار می آید.اینورتر چند سطحی خازن شناور به صورت یک مدار نردبانی از خازنهای شناور با ولتاژهای متفاوت است. اندازه افزایش ولتاژ بین دو خازن، اندازه سطوح ولتاژ را در خروجی تعیین میکند. یک اینورتر خازن شناور جهت ایجاد سطح ولتاژ به خازن باس dc احتیاج دارد. در این مبدل از خازن های شناور به منظور تولید ولتاژ مورد نظر در خورجی استفاده می کنند - AnChiu, Xian, & . - Moss, 2008اینورتر چندسطحی کاسکاد شامل یک سری واحدهای متناوب ساز پل H است. وظیفه کلی متناوب ساز پل، ساخت ولتاژ مورد نظر از چند منبع dc مجزا می باشد . - Li & Wu , 2008 - علاوه بر ساختارهای مرسوم فوق، در سالهای اخیر ساختارهای متفاوتی در مراجع مختلف نیز ارائه گردیده است - Babaei, . - 2008; Hinago & Koizumi, 2010 ; Najafi & Yatim, 2012; Su, 2005
در تمامی این ساختارها استفاده از ادوات الکترونیک قدرت نظیر تعداد کلیدهای الکترونیک قدرت و تعداد مدارهای راهانداز زیاد باعث افزایش هزینه و حجم ساختار و پیچیدگی کنترل ساختار گردیده است.هرچند اینورترهای چندسطحی مطرح شده در قسمت فوق توانایی تولید سطوح ولتاژ مختلف را دارند ولی معایبی نیز دارند، از جمله اینکه برای ایجاد سطوح ولتاژ بیشتر در خروجی، تعداد ادوات الکترونیک قدرت افزایش می یابد. هر چندکه در اینورترهای چندسطحی از کلیدهای با ولتاژ نامی کم استفاده می شود، اما هر کلید به مدار راه انداز و مدار محافظ نیاز داردکه این منجر به افزایش هزینه، پیچیدگی مدار کنترلی، کاهش قابلیت اطمینان و افزایش اندازه مدار شود. از این رو در این مقاله مبدل اینورتری جدیدی با هزینه کمتر طراحی شده است.
-2 ساختار پیشنهاد شد
