ScienceDirect
2212-0173 © 2015 The Authors. Diterbitkan oleh Elsevier Ltd Ini adalah artikel akses terbuka di bawah CC BY-NC-ND lisensi
Sebuah Modular Single-Phase Multistring Multilevel Inverter Topologi Sumber Daya Energi Terdistribusi
Basavaraja DS, AD Kulkarni, T.Ananthapadmanabha
Departemen Teknik Elektro dan Teknik Elektronika, National Institute of Engineering ,, Mysuru, India
.
Abstrak
Paper ini menyajikan analisis simulasi fase tunggal inverter multilevel untuk sumber daya didistribusikan energi (DER) sistem yang alat pembangkit listrik kecil, untuk mengurangi kerugian konversi, kompleksitas rangkaian dan untuk meningkatkan ukuran dan biaya sistem. Sistem ini melibatkan langkah tinggi converter digunakan untuk mengatur tegangan yang berasal dari berbagai DER ini seperti Modul sel bahan bakar dan modul fotovoltaik, tegangan tinggi ini bertindak sebagai masukan ke inverter. Sistem ini membutuhkan jumlah kurang dari switch sebagai dibandingkan dengan cascade konvensional H-jembatan (CCHB) inverter. Ada beberapa keuntungan dari inverter multilevel ini seperti peningkatan gelombang output, dan gangguan elektromagnetik yang lebih rendah, lebih rendah beralih kehilangan daya dan Total Harmonic Distorsi (THD).
- Perkenalan
Dalam beberapa tahun terakhir karena kekhawatiran masyarakat tentang pemanasan global dan perubahan iklim, oleh karena itu kita harus melihat pada ramah lingkungan terdistribusi sumberdaya energi sistem (DER ini). Untuk memasok listrik premium di
hal efisiensi tinggi, kehandalan, dan kualitas daya, mengintegrasikan konverter antarmuka dari DER ini seperti photovoltaic (PV), tenaga angin turbin mikro, danbahan bakar sel ke dalam sistem grid mikro [1] – [4]. Dalam sistem tersebut pasokan yang paling DER ini tegangan DC yang bervariasi dalam berbagai sesuai dengan berbagai kondisi beban. Jadi dc / ac kekuatan pemrosesan antarmuka diperlukan dan compliable dengan perumahan, standar industri dan utilitas jaringan [4]. Untuk aplikasi daya -medium rendah, untuk mengurangi biaya, ukuran dan berat dari converter kita dapat menggunakan frekuensi tinggi transformator atau membuat tidak menggunakan trafo, sebagai peningkatan tingkat tegangan output.
| Halaman 2 |
Output harmonik dari penurunan inverter seperti yang memungkinkan lebih murah filter output. Sebagai bertingkat hasil topologi inverter dikembangkan yang memiliki berkurangnya jumlah switch daya yang memungkinkan pengurangan interferensi elektromagnetik (EMI) dan kerugian beralih [5]. Tujuan dari makalah ini untuk belajar dan simulasi hasil A Single-fase Multistring Multilevel inverter Topologi Modular Sumber Daya Energi Didistribusikan ke mengatasi masalah di atas. Tingkat lima Inverter Modular hanya membutuhkan enam switch aktif bukan delapan diperlukan dalam Konvensional menjuntai H-jembatan (CCHB) inverter [2]. Peningkatan keluaran bentuk gelombang, total yang lebih rendah distorsi harmonik (THD), ukuran filter yang lebih kecil ini adalah beberapa keuntungan dari topologi A Modular Inverter.
2.2 Sistem Konfigurasi
Sebuah gambaran umum dari berbagai modul jenis PV atau sel bahan bakar inverter diberikan dalam [3] dan [6]. Kertas inimenyajikan inverter multilevel multistring untuk aplikasi ders. Pada Gambar. 1 menunjukkan perkembangan lebih lanjut dari string inverter, di mana oleh beberapa string yang dihubungkan dengan sendiri converter dc /dc mereka.
Gambar 1 Blok Diagram dari sistem yang diusulkan untuk A Modular multistring topologi inverter multilevel.
Sistem terpusat ini menguntungkan karena setiap string dapat dikontrol secara individual. Dengan demikian, operator dapat mulai tanaman sendiri PV / bahan bakar listrik sel dengan beberapa modul lebih lanjut ekspansi mudah dicapai karena string baru dengan converter dc / dc karena keuntungan lebih dari A inverter Modular selama konvensional mengalir H- jembatan inverter kita menggunakan A topologi inverter Modular.
2.1 Tinggi langkah-up Converter Tahap
Langkah-up tinggi converter topologi yang digunakan, yang terdiri dari satu IGBT,satu induktor, satu kapasitor, dan duadioda converter ini menggunakan meningkatkan teg DER ini sepert modul PV dan modul sel fuel-. Meningkatkan persamaan Desain Converter sebagai berikut:
| halaman 3 |
571
DS Basavaraja et al. / Procedia Teknologi 21 (2015) 569 – 574
Tahap 2.2 A Modular Multilevel Inverter
The Peningkatan permintaan untuk konverter daya industri dan beberapa keuntungan dari inverter multilevel seperti rendahdistorsi tegangan output, gangguan harmonik dan elektromagnetik rendah. Hingga kini beberapa inverter multilevel yang hadir. Sebuah konverter bertingkat Modular terdiri dari enam switch daya, dua lebih sedikit dari inverter CCHB dengan delapan switch daya yang digunakan. Jadi, secara drastis mengurangi kompleksitas sirkuit listrik dan menyederhanakan rangkaian modulator desain dan implementasi. Skema fase disposisi (PD) kontrol PWM diperkenalkan untuk menghasilkan beralihsinyal dan menghasilkan lima tingkat output-tegangan: 0, Vs, 2 Vs, -Vs dan – 2 vs topologi inverter menggunakan dua operatorsinyal dan satu referensi untuk menghasilkan sinyal PWM untuk switch. Strategi modulan nya Skema logika dilaksanakan pada Gambar. 2 (a) dan (b) merupakan alternatif yang banyak digunakan untuk PD modulasi. Dengan pengecualian dari nilai offset setara dengan amplitudo sinyal pembawa, dua pembanding digunakan dalam skema ini dengan identic sinyal pembawa V pembanding digunakan untuk deteksi zero-crossing untuk memberikan sinyal frekuensi switching line untuk beralih Sa
Tabel 1: Switching Kombinasi
SA1
sa2
SA3
SB1
SB2
SB3
VAB
0
1
0
1
0
1
2Vs
0
1
1
1
0
0
vs
1
1
0
0
0
1
vs
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
-Vs
0
0
1
1
1
0
-Vs
1
0
1
0
1
0
-2Vs
Fungsi switching switch di didefinisikan sebagai berikut: –
S
aj
= 1, S
aj
DI
= 0, S
aj
OFF untuk j = 1,2,3
S
bj
= 1, S
bj
DI
= 0, S
bj
OFF untuk j = 1,2,3
Tabel 1 daftar beralih kombinasi yang menghasilkan lima tingkat tegangan output yang diperlukan. yang sesuai
mode operasi tahap inverter multilevel dijelaskan dengan jelas sebagai berikut.
1) maksimum output yang positif, 2V
S:
Switch aktif Sa
2
, Sb
1
dan Sb
3
ON; tegangan yang diberikan ke output LC
filter 2V
S.
2) Half-tingkat output positif, + Vs: Kondisi Output ini dapat disebabkan oleh dua kombinasi switching yang berbeda.
Salah satu kombinasi switching seperti yang aktif switch Sa
2
, Sb
1
, Dan Sa
3
ON; yang lain adalah seperti yang aktif
switch Sa
2
, Sa
1
dan Sb
3
- Selama tahap operasi ini, tegangan diterapkan pada filter output LC adalah
+ Vs.
3) Nol output, 0: Kondisi Output ini dapat dibentuk oleh salah satu dari dua kombinasi beralih. Setelah kiri atau kaki beralih kanan ON, beban akan hubung singkat, dan tegangan diterapkan ke terminal beban nol.
4) Half-tingkat output negatif, -Vs
Kondisi output ini dapat disebabkan oleh salah satu dari dua switching yang berbeda
kombinasi. Salah satu kombinasi switching sehingga switch aktif S
| halaman 4 |
572
DS Basavaraja et al. / Procedia Teknologi 21 (2015) 569 – 574
5) output negatif maksimum, 2V
s
selama tahap ini beralih S
a1
, Sa
3
dan S
b2
adalah ON, dan tegangan yang diterapkan untuk output LC filter -2Vs.Strategi ara 0,2 Modulation (a) operator / referensi sinyal (b) logika Modulation
- Hasil Simulasi
Tabel 2 menunjukkan Modular Nilai inverter THD dan CCHB (Konvensional Cascaded H-jembatan) inverter THD. Ini terlihat bahwa THD kurang dalam jenis Modular dari jenis inverter konvensional. Tabel 2 FFT Analisis VAB (lima tegangan tingkat)
Jenis inverter
Nilai THD di%
Lima tingkat Modular
inverter
21,65%
CCHB lima tingkat
inverter
39,04%
Spesifikasi dari konverter dc / dc langkah-up tinggi dua sebelumnya adalah
1) tegangan input 24V dc dari PV sel dan sel bahan bakar.
2) Controlled tegangan output 100V dc.
3) Spesifikasi sesuai dari multilevel inverter tahap dc / ac inverter Modular adalah 1) daya output,
Po = 230W; 2) tegangan input, Vs = 100V dc; 3) tegangan output, Vo = 110Vrms ac.
4) frekuensi 50Hz Line. Dan output yang terhubung ke 100 Ω resistif beban.
Rata-rata daya switching kerugian Ps disebabkan oleh transisi ini dapat didefinisikan sebagai
Ps = 0.5VDSIofs [tc (atas) + tc (off)]
Dimana tc (on) dan tc (off) yang turn-on dan turn-off interval Crossover, masing-masing; VDS adalah tegangan
| halaman 5 |
573
DS Basavaraja et al. / Procedia Teknologi 21 (2015) 569 – 574
beralih; dan Io adalah seluruh arus yang mengalir melalui switch. Untuk penyederhanaan baik sistem yang diusulkan sirkuit dan CCHB inverter dioperasikan interval turn-on dan turn-off Crossover yang sama dan pada beban yang sama Io. Kemudian data-rata daya switching kerugian Ps sebanding dengan VDS dan fs sebagai Ps α VDS. Gambar. 3 dan Gambar. 4 menunjukkan FFT analisis dari Tingkat lima inverter modular dan CCHB lima tingkat inverter masing-masing.
Gbr.3 FFT Analisis VAB dari tingkat lima inverter Modular.
Gbr.4 FFT Analisis VAB dari CCHB tingkat lima inverter
- Kesimpulan
Paper ini menyajikan Sebuah fase tunggal Modular multistring topologi inverter multilevel yang mengurangi signifikan pengurangan jumlah perangkat daya yang diperlukan untuk melaksanakan multilevel Tegangan output. Delapan jumlah
switch digunakan dalam CCHB inverter, di mana seperti di A inverter Modular enam angka dari switch yang digunakan, dan dua nomor switch kurang dari inverter CCHB. Switching kerugian daya Ps dibandingkan dengan sirkuit CCHB topologi, tekanan tegangan dari delapan switch inverter CCHB semua sama dengan Vs (Sumber tegangan). Ps sebanding dengan VDS (Voltage di saklar) dan fs. Ps α VDsfs Untuk CCHB inverter dari delapan switch ps α 8VDsfs Demikian pula kerugian switching fase tunggal Modular tingkat lima inverter SA2 dan SB2 diaktifkan dua kali dalam
frekuensi baris (fs> fm) kerugian beralih rata-rata sekitar Ps 4VDsfs α. Switching kerugian daya
hampir setengah dari CCHB inverter.The Modular inverter topologi menawarkan keuntungan seperti perbaikan keluaran
| halaman 6 |
574
DS Basavaraja et al. / Procedia Teknologi 21 (2015) 569 – 574
bentuk gelombang, Lower EMI, THD, dan jumlah kurang dari switch, kurang beralih kerugian daya Ps dibandingkan dengan CCHBinverter. Hal ini mengurangi jumlah driver gerbang yang pada gilirannya akan mengurangi biaya dan kompleksitas rangkaian.
Hasil simulasi menunjukkan efektivitas dari sistem yang diusulkan.
Referensi
[1] Y. Li, DMVilathgamuwa, dan PCLoh, Desain, analisis, dan pengujian real-time dari controller untuk sistem multibus microgrid, IEEE Trans.
Daya Elektron., Vol. 19, tidak ada. 5, p. 1195-1204, September 2004.
[2] S. Vazquez, JI Leon, JM Carrasco, LG Franquelo, E. Galvan, M. Reyes, JA Sanchez, dan E. Dominguez, Analisis daya
keseimbangan dalam sel-sel bertingkat yang mengalir converter H-jembatan, IEEE Trans. Ind. Elektron., Vol. 57, tidak ada. 7, p. 2287-2296 2010.
[3] F. Blaabjerg, Z. Chen, dan SB Kjaer, Tenaga elektronik sebagai antarmuka efisien dalam sistem pembangkit listrik tersebar, IEEE Trans. Kekuasaan
Elektron., Vol. 19, tidak ada. 5, p. 1184-1194 2004.
[4] CL Chen, Y. Wang, JS Lai, YS Lee, dan D. Martin, Desain inverter paralel untuk aplikasi microgrid modus transfer halus, IEEE
Trans. Daya Elektron., Vol. 25, tidak ada. 1, p. 6-15, Januari 2010.
[5] CT pan, EC Tu, dan CH Chen, Sebuah novel GZVbased multilevel fase inverter tunggal, Proc. Taiwan Power Electron. Conf., Sep.2010, p.
1391-1396
[6] S. Daher, J. Schmid, dan FLM Antunes, topologi inverter multilevel untuk sistem PV yang berdiri sendiri, IEEE Trans. Ind. Elektron., Vol. 55, tidak ada.
7, p. 2703-2712, Juli 2008.
Akagami No Luthfi UG 