توضیحات
عنوان فارسی: اینورتر منبع جریان تک فاز با کنترل چند حلقهای برای رابط PV شبکه بدون ترانسفورمر
عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:
Single Phase Current Source Inverter with Multi Loop Control for Transformer-less Grid -PV Interface
اینورتر منبع جریان تک فاز با کنترل چند حلقهای برای رابط PV شبکه بدون ترانسفورمر
چکیده
در این مقاله، یک اینورتر منبع جریان (SCI)[1] تک فاز اصلاح شده با کنترل چند حلقهای بهبود یافته، برای استفاده در رابط PV شبکه بدون ترانسفورمر پیشنهاد شده است. یک آرایش خازنی راهاندازی با نقطه میانی متصل به نوترال شبکه و یک چوک حالت مشترک برای اصلاح ساختار CSI مرسوم استفاده شده است تا نشتی جریان زمین را تضعیف نماید. چنانچه از مقادیر بالای سلف ورودی استفاده میگردد، روش کنترل پیشنهادی اجازهی استفاده از مقادیر کاهش یافتهی سلف سمت dc با حفظ کیفیت جریان شبکه را میهد. بهعلاوه، میراسازی مقاومت مجازی نیز در حلقه کنترلی برای کاهش تاثیر تشدید LC گنجانده شده است و بنابراین امکان استفاده از CSI برای رابط شبکه را فراهم میآورد. بررسی دقیق، تحلیل و اعتبار سنجی ساختار CSI اصلاح شده با روش کنترل پیشنهادی، از طریق شبیهسازی و آزمایشات انجام شده است. نتایج آزمایش در یک نمونه آزمایشگاهی 250 واتی با استفاده از کنترلر TMS320F28335، کارایی ساختار CSI پیشنهادی و کنترل آن را ثابت میکند.
کلمات کلیدی: اینورتر منبع جریان (CSI)، شبکه متصل، جریان نشتی، PV، کاهش ریپل، بدون ترانسفورمر، میراسازی مجازی.
1- مقدمه
امکانپذیری استفاده از یک اینورتر منبع جریان تک فاز (CSI)، بعنوان رابطی بین منبع تولید توزیع شده (DG)[2] و منبع تغذیه، در مقایسه با سیستمهای مبتنی بر اینورتر منبع ولتاژ (VSI)[3] به اندازه کافی مورد پژوهش قرار نگرفته است. یک VSI به خازن الکترولیتی با ظرفیت بالا در سمت dc و یک مرحلهی دیگر تبدیل توان زمانی که در شبکه متصل به سیستمهای PV (GCPVS)[4] استفاده میشود، نیاز دارد. این عامل باعث افزایش پیچیدگی شده و قابلیت اطمینان و کارایی کل سیستم را کاهش میدهد. از طرفی دیگر، در CSI بخاطر قابلیت افزایش (boosting) ولتاژ، تبدیل توان تک مرحلهای امکان پذیر است. از این گذشته، قابلیت اطمینان بهبود مییابد چرا که خازن الکترولیتی در سمت dc با یک سلف جایگزین شده است (توجه شود که یک خازن الکترولیتی یک لینک ضعیف در هر سیستم الکترونیکی است). در مقایسه با رابط PV شبکه مبتنی بر VSI، رابط مبتنی بر CSI مزایایی دارد که بطور خلاصه در زیر آمده است:
1) قابلیت ذاتی افزایش ولتاژ، که نه تنها نیاز به مراحل چندگانه تبدیل را از بین میبرد، بلکه باعث میشود تا بتوان از پنلهای PV ولتاژ پایین در GCPVS استفاده کرد.
2) برقراری یک جریان dc پیوسته از منبع PV، که طول عمر PV و قابلیت ردیابی نقطه قدرت حداکثر را افزایش میدهد.
3) عنصر ذخیره انرژی، یک سلف است که طول عمر بسیاری بالاتری در مقایسه با خازن الکترولیتی در VSI دارد.
4) توانایی حفاظت اتصال کوتاه که قابلیت اطمینان سیستم را افزایش میدهد.
با اینکه CSI تمام مزایای فوق را دارد، اما برای استفاده در GCPVS چالشهای بسیاری وجود دارد. چالش اصلی، کاهش میزان سلف لینک dc (یکی از عناصر کلیدی در CSI) بدون مصالحه در ریپل جریان ورودی است. این بدان خاطر است که در GCPVS تک فاز، ریپل فرکانس پایین در سمت ورودی وجود دارد که هارمونیکهای درجه پایین در جریان شبکه تزریقی ایجاد میکند. سوای از این، ریپل جریان ورودی، قابلیت ردیابی توان حداکثر در آرایه PV را تحت تاثیر قرار میدهد. راه حل معمول برای بافر کردن توان ریپل در CSI، استفاده از مقادیر بالای سلف ورودی است. این سلف بالا در سمت dc از CSI، به جریان حامل زیاد نیاز دارد که باعث افزایش اندازه، هزینه، تلفات و پاسخ گذرای ضعیف میشود. بنابراین، زمانی که CSI در GCPVS استفاده میشود، دستیابی به جریان شبکه با کیفیت از طریق مقادیر پایین سلف، چالش برانگیز است.
مساله دیگر در GCPVS مبتنی بر CSI، تشدید LC ناشی از فیلتر CL در سمت ac است. وقتی سیستم CSI به شبکه متصل میشود، اندوکتانس شبکه میتواند فرکانس تشدید LC را تغییر دهد و این ممکن است منجر به تحریک هارمونیکهای مرتبه پایین ناشی از فرآیند SPWM یا منبع تغذیه شود. این مساله میتواند اعوجاج در جریان شبکه تزریقی را افزایش دهد. بهمنظور میرایی تشدید LC بدون کاهش کارایی سیستم، از میراسازی مقاومت مجازی استفاده شده است که نسبت به تمام روشهای میرایی پسیو اولویت دارد.
در GCPVS بدون ترانسفورمر، مسیری برای جریان نشتی زمین بخاطر زمین شدن ترمینالهای PV و نوترال شبکه (جدای از VSI یا CSI بودن) وجود دارد. اگر از ترانسفورمر استفاده شود، مسیر جریان نشتی عمدتا از طریق خازن پارازیتی ترانسفورمر برقرار میشود. از آنجا که مقدار خازن خیلی کم است (در حد پیکوفاراد)، امپدانس مسیر بالا است و دامنه جریان نشتی کاهش قابل ملاحظهای میکند. اما در GCPVS بدون ترانسفورمر، جریان نشتی مقدار قابل توجهی دارد، که به نوبهی خود باعث ایجاد اثرات مختلفی میشود. بنابراین، لازم است که جریان نشتی زمین در رابط PV شبکه بدون ترانسفورمر مبتنی بر CSI تضعیف شود.
در مقایسه با VSI، CSI تک فاز با تبدیل توان تک مرحلهای در ابعاد بسیار پایینتر برای سیستمهای PV متصل به شبکه بدون ترانسفورمر در سطح توزیع، مورد بررسی قرار گرفته است. در مرجع (1)، یک مدار تشدید موازی دوبل بصورت سری با سلف ورودی برای کاهش ریپل جریان در سمت dc استفاده شده است. بهعلاوه، یک روش مدولاسیون اصلاح شده برای کاهش هارمونیکهای فرکانسی کلیدزنی در جریان سمت ac پیشنهاد شده است. در CSI تک مرحلهای گزارش شده در مرجع (6)، اجزای فرکانسی دوبل از جریان ورودی استخراج شده است و یک روش مدولاسیون غیرخطی برای بهبود کیفیت جریان شبکه پیشنهاد شده است. با اینکه با استفاده از این روش، مقدار سلف ورودی کاهش یافته و کیفیت جریان شبکه بهبود مییابد، اما مساله جریان نشتی مورد توجه قرار نگرفته است. یک توپولوژی جدید با شاخه اضافی (مشابه با ساختار CSI سه فاز با یک شاخه متصل به شبکه از طریق یک خازن) در مرجع (7) پیشنهاد شده است. بنابراین، جریان عبوری از خازن با کاهش ریپل سمت dc کنترل میگردد. یک CSI جدید با مدار دکوپلهسازی توان، بعنوان بافر فعال شناخته میشود (مرجع (8))، که در آن دکوپلهسازی با یک خازن فیلمی کوچک انجام میشود. با این حال، محاسبات گستردهای برای مدولاسیون لازم است.
اصلاح موج حامل با استفاده از مفهوم مدولاسیون فضای پالس (پیشنهاد شده در مرجع (9))، باعث بهبود کیفیت جریان شبکه از طریق کاهش هارمونیکهای مرتبه پایینتر میگردد. این روش به صرفه بوده و پیاده سازی آن ساده است اما تنها نتایج حلقه باز در مقاله مذکور مورد بحث قرار گرفته است. در مرجع (10)، یک توپولوژی بدون ترانسفورمر دوبل با مبدل توان تک مرحلهای ارائه شده است و بطور آزمایشی برای دو منبع تجدید پذیر مختلف PV و سلول سوختی مورد تایید قرار گرفته است. در این مقاله یک استراتژی مدیریت انرژی هوشمند برای بهبود بهرهوری و قابلیت اطمینان ارائه شده است. تمام این روشها برای سیستمهای متصل به شبکه بدون ترانسفورمر تک فاز با توجه به کاهش ریپل فرکانس پایین و قابلیت افزایش ولتاژ، مناسب هستند. با این حال، هیچ یک از این مقالات، مساله جریان نشتی را مورد توجه قرار ندادهاند که بعنوان یکی از مسائل اصلی در رابط شبکه PV بدون ترانسفورمر مطرح میگردد. توپولوژی CSI آورده شده در مرجع (11)، جریان نشتی زمین را کاهش میدهد، اما بخاطر تعداد سوئیچها، هزینه افزایش مییابد. علاوه بر این، اعتبار سنجی آزمایشی در یک سطح کم توان انجام گرفته است.
در این مقاله، ساختار CSI تک فاز مرسوم بدون افزایش تعداد سوئیچهای نیمههادی اصلاح شده تا جریان نشتی حذف گردد و آن را برای GCPVS بدون ترانسفورمر مناسب سازد. اصلاح در ساختار کنترلی برای کاهش مقدار سلف ورودی و همچنین جبران انحراف در فرکانس تشدید LC انجام گرفته است تا کیفیت بالای جریان خروجی حفظ شود. اصلاحات پیشنهادی در ساختار و طرح کنترلی، میتواند به چند هدف شامل کاهش ریپل جریان ورودی، میراسازی مقاومت مجازی و ردیابی جریان مرجع برای یک نمونه آزمایشگاهی با سطح توان 250 وات، دست یابد. تمام نتایج آزمایشی و شبیهسازی برای تصدیق ادعاهای نظری ارائه شدهاند و نشان میدهند که CSI میتواند بعنوان یک لینک داخلی بین DG و شبکه برق استفاده شود.
2- ساختار CSI اصلاح شده و جریان نشتی
شکل (1- الف)، ساختار یک CSI مرسوم را نشان میدهد که خازن پارازیتی پانل PV است. خازن پارازیتی بر اساس نوع پانل PV، شرایط جوی، سطح توان و … تغییر میکند. مقدار بین 50 تا 150 نانو فاراد بر کیلو وات برای ماژولهای سیلیکونی و 1 میکرو فاراد بر کیلو وات برای ماژولهای با فیلم نازک، تخمین زده شده است.
الگوی کلیدزنی CSI مرسوم در جدول (1) نشان داده شده است. همانطور که در شکلهای (1- ج و 1- د) نشان داده شده است، در CSI مرسوم تنها دو حالت کاری در نیم سیکل مثبت سمت ac ولتاژ وجود دارد. از شکلهای (1-ج و 1-د) مشاهده میشود که ولتاژ حالت مشترک () در فرکانس کلیدزنی، با مقدار معادل ولتاژ دو سر خازن فیلتر خروجی () تغییر میکند. این مساله به تغییر ولتاژ در منتج شده و جریان نشتی زمین بالایی ایجاد میکند. بنابراین، ساختار CSI مرسوم نیاز به محدودیت یا اصلاحاتی دارد تا وقتی برای رابط شبکه بدون ترانسفورمر استفاده میشود، جریان نشتی کاهش یابد.
توجه:
- برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
- لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.
به منظور سفارش ترجمه تخصصی مقالات خود بر روی کلید زیر کلیک نمایید.
سفارش ترجمه مقاله
نقد و بررسیها
هنوز بررسیای ثبت نشده است.