ارائۀ یک اینورتر تک‌فاز فتوولتاییک جدید با بازدهی بسیار بالا به‌منظور حذف جریان نشتی حالت مشترک در کاربردهای ریزشبکه

نویسندگان

دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

این مقاله یک ساختار جدید را برای حذف جریان نشتی حالت مشترک در اینورترهای متصل به شبکه ارائه می‌کند. به‌منظور حذف جریان نشتی در اینورترهای فتوولتاییک متصل به شبکه، تاکنون توپولوژی‌های بسیاری معرفی‌شده‌اند، اما بازده هیچ‌یک از آن‌ها به بالای 98‌درصد نمی‌رسد. در این مقاله، یک اینورتر جدید ارائه می‌شود که ضمن حذف جریان نشتی، بازدهی را بالا می‌برد و از لحاظ اقتصادی مقرون‌به‌صرفه است؛ زیرا این ساختار از شش کلید و دو دیود تشکیل شده که در مقایسه با موارد مشابه، از تعداد المان‌های کمتری برخوردار است. در این اینورتر، تلفات توان نسبت به توپولوژی‌های معروف مانند H5، H6 و HERIC کمتر بوده و استرس ولتاژ سوئیچ‌ها کاهش می‌یابد. این ویژگی‌ها به‌دلیل ترکیب‌بندی منحصربه‌فرد ساق‌های اینورتر و مکان قرارگیری کلیدها و دیودها و تشکیل مسیر هرزگرد مناسب پدید می‌آیند. مسیر هرزگرد، قسمت AC را از سمت DC مجزا می‌کند و باعث قطع شارش جریان نشتی از آرایۀ فتوولتاییک به شبکه AC می‌گردد. این موضوع باعث بهبود شاخص‌های قابلیت اطمینان شبکه و حفظ استانداردهای حفاظتی خواهد شد. در انتها با مقایسۀ اینورتر پیشنهادی با گونه‌های موجود، صحت این مطالب اعتبارسنجی می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] یزدانی‌فرد، فریده، عامری، مهران، ابراهیم نیا بجستان، احسان، «بررسی تأثیر متغیرهای مختلف بر عملکرد یک سیستم فتوولتاییک/حرارتی صفحۀ تخت آبی»، نشریه مهندسی و مدیریت انرژی، جلد ۶، شماره 2، صفحه ۴۶-۵۹، ۱۳۹۵. [2] خراسانی‌زاده، حسین، مسچی، سید مرتضی، «تعیین زاویۀ شیب بهینۀ ماهیانه، فصلی، شش‌ماهه و سالانه کلکتورهای خورشیدی تخت در کاشان»، نشریه مهندسی و مدیریت انرژی، جلد 3، شماره 4، صفحه ۳۸-۴۹، ۱۳۹۲. [3] هاتفی عین‌الدین، علیرضا، صادقی یزدانخواه، احمد، کاظم‌زاده، رسول، «سامانۀ تولید انرژی تجدیدپذیر ترکیبی با سیستم کنترل بهبودیافته با استفاده از الگوریتم جست‌وجوی هارمونی»، نشریه مهندسی و مدیریت انرژی، جلد ۴، شماره 4، صفحه ۲-۱۵، ۱۳۹۳. [4] Guo, X., Wei, B., Zhu, T., Lu, Z., Tan, X., Sun, X., Zhang, C., "Leakage Current Suppression of Three-Phase Flying Capacitor PV Inverter With New Carrier Modulation and Logic Function", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 3, pp. 2127-2135, 2018. [5] Anandababu, C., Fernandes, B., "Leakage Current Generation in View of Circuit Topology of Non-Isolated Full-Bridge Neutral Point Clamped Grid-Tied Photovoltaic Inverters", IET Power Electronics, Vol. 9, No. 8, pp. 1571-1580, 2016. [6] Siwakoti, Y. P., Blaabjerg, F., "Common-Ground-Type Transformerless Inverters for Single-Phase Solar Photovoltaic Systems", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 3, pp. 2100-2111, 2018. [7] Dutta, S., Debnath, D., Chatterjee, K., "A Grid-Connected Single-Phase Transformerless Inverter Controlling Two Solar PV Arrays Operating Under Different Atmospheric Conditions", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 1, pp. 374-385, 2018. [8] Kadam, A., Shukla, A., "A Multilevel Transformerless Inverter Employing Ground Connection Between PV Negative Terminal and Grid Neutral Point", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 64, No. 11, pp. 8897-8907, 2017. [9] Ardashir, J. F., Sabahi, M., Hosseini, S. H., Blaabjerg, F., Babaei, E., Gharehpetian, G., "A Single-Phase Transformerless Inverter With Charge Pump Circuit Concept for Grid-Tied PV Applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 64, No. 7, pp. 5403-5415, 2017. [10] Islam, M., Mekhilef, S., "Efficient Transformerless MOSFET Inverter for a Grid-Tied Photovoltaic System", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 31, No. 9, pp. 6305-6316, 2016. [11] Cho, Y. W., Cha, W. J., Kwon, J. M. Kwon, B. H., "Improved Single-Phase Transformerless Inverter with High Power Density and High Efficiency for Grid-Connected Photovoltaic Systems", IET Renewable Power Generation, Vol. 10, No. 2, pp. 166-174, 2016. [12] Germany Standards, "Automatic Disconnection Device between a Generator and the Public Low-Voltage Grid", DIN VDE, Vol. 0126-1-1, 2006. [13] Steca Grid. [Online]. Available: WWW.STECA.COM. [14] Goodway. [Online]. Available: WWW.GOODWE.COM. [15] Moslehi, K., Kumar, R ., "A Reliability Perspective of the Smart Grid", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol. 1, No. 1, pp. 57-64, 2010. [16] IEEE Standards, "IEEE Draft Guide for the Application of Insulation Coordination", in IEEE PC62.82.2/D3, 2015. [17] Ferrero, A., Petri, D, Carbone, P, Catelani, M., "Reliability Measurements in Modern Measurements: Fundamentals and Applications", Wiley-IEEE Press, Vol. 1, No. 1, pp. 400-420, 2015. [18] Goodrich, A., James, T., Woodhouse, M., "Residential, Commercial, and Utility-Scale Photovoltaic (PV) System Prices in the United States: Current Drivers and Cost-Reduction Opportunities", NREL Technical Report, Vol. 1, No. 1, pp. 1-64, 2012. [19] Nguyen, L. V., Tran, H., Johnson, T. T., "Virtual Prototyping for Distributed Control of a Fault-Tolerant Modular Multilevel Inverter for Photovoltaics", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 29, No.4, pp. 841–850, 2014. [20] Meneses, D, Blaabjerg, F., Garcia, O., Cobos, J. A., "Review and Comparison of Step-Up Transformerless Topologies for Photovoltaic AC-Module Application", IEEE Transactions on Power Electronic, Vol. 28, No. 6, pp. 2649-2663, 2013. [21] Ma, L., Kerekes, T., Rodriguez, P., Jin, X., Teodorescu, R., Liserre, M., "A New PWM Strategy for Grid-Connected Half-Bridge Active NPC Converters With Losses Distribution Balancing Mechanism", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 30, No. 9, pp. 5331-5340, 2015. [22] Zhou, L., Gao, F., Xu, T., "A Family of Neutral-Point-Clamped Circuits of Single-Phase PV Inverters: Generalized Principle and Implementation", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 32, No. 6, pp. 4307-4319, 2017. [23] Wang, L., Shi, Y., Xie, R., Li, H., "Ground Leakage Current Analysis a Suppression in a 60-kW 5-Level T-Type Transformerless SiC PV Inverter", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 2, pp. 1271-1283, 2018. [24] Khan, A. A., Cha, H., "Dual-Buck-Structured High-Reliability and High-Efficiency Single-Stage Buck–Boost Inverters", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 4, pp. 3176-3187, 2018. [25] Zaid, S. A., Kassem, A. M., "Review, Analysis and Improving the Utilization Factor of a PV-Grid Connected System via HERIC Transformerless Approach", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 73, No. , pp. 1061-1069, 2017. [26] Saridakis, S., Koutroulis, E., Blaabjerg, F., "Optimization of SiC-Based H5 and Conergy-NPC Transformerless PV Inverters", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 3, No. 2, pp. 555-567, 2015. [27] Zhang, L., Sun, K., Xing, Y., Xing, M., "H6 Transformerless Full-Bridge PV Grid-Tied Inverters", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 29, No. 3, pp. 1229-1238, 2014. [28] Cha, W. J., Kim, K. T., Cho, Y. W., Lee, S. H., Kwon, B. H., "Evaluation and Analysis of Transformerless Photovoltaic Inverter Topology for Efficiency Improvement and Reduction of Leakage Current", IET Power Electronics, Vol. 8, No. 2, pp. 255-267, 2015.