طراحی و پیاده‌سازی یک اینورتر شبه‎منبع امپدانسی بهبودیافته برای بهره‌برداری از منابع تولید توان PV

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده

از مرسوم‌‌ترین ساختار‌هایی که امروزه در سیستم‌های تبدیل انرژی و درایو ماشین‌های الکتریکی استفاده می‌شود، اینورتر‌های منبع امپدانسی و شبه‎منبع امپدانسی هستند. در این پژوهش، ساختار بهبودیافته‌ای برای اینورتر‌های شبه‎منبع امپدانسی معرفی می‌شود که دارای ضریب بوست بالاتر، تنش جریان، تنش ولتاژ خازن و تنش ولتاژ کلید کمتر نسبت به ساختار‌های ارائه‌شدۀ قبلی است. همچنین این ساختار قابلیت عملکرد با ضرایب مدولاسیون مختلف را نیز دارا می‌باشد. مبدل منبع امپدانسی قادر به رفع برخی از محدودیت‌های اینورتر‌های منبع ولتاژ و منبع جریان معمول بوده و نیز قابلیت افزایندگی و کاهندگی ولتاژ را دارد. قابلیت کاهندگی و افزایندگی ولتاژ، مبدل‌های منبع امپدانسی را به یک منبع کاربردی برای مصارف انرژی‌های تجدید‌پذیر تبدیل می‌کند. بعد از معرفی ساختار اینورتر پیشنهادی، اصول عملکردی آن تشریح می‌شود و سپس یک مقایسۀ کامل بین اینورتر پیشنهادی با ساختارهای مشابه ارائه می‌گردد. درنهایت، نتایج شبیه‌سازی کامپیوتری و همچنین نتایج اندازه‌گیری عملی عملکرد مبدل ارائه می‌گردد تا مباحث تئوری ارائه‌شده را تأیید نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Peng, Fang Z., "Z-source inverter for motor drives", 2004, IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference (IEEE Cat. No. 04CH37551), Vol 1. IEEE, 2004, https://doi.org/10.1109/PESC.2004.1355750.
[2] Peng, F.Z., Yuan, X., Fang, X., Qian, Z., "Z-source inverter for adjustable speed drives", IEEE power electronics letters, Vol. 1, No. 2, pp. 33-35, 2003, https://doi.org/10.1109/LPEL.2003.820935.
[3] Siwakoti, Y.P., Peng, F.Z., Blaabjerg, F., Loh, P.C., Town, G.E., "Impedance-source networks for electric power conversion part I: A topological review", IEEE Transactions on power electronics, Vol. 30, No. 2, pp. 699-716, 2014, https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2313746.
[4] Zhou, Z.J., Zhang, X., Xu, P., Shen, W.X., "Single-phase uninterruptible power supply based on Z-source inverter", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 8, pp. 2997-3004, 2008, https://doi.org/10.1109/TIE.2008.924202.
[5] Kulka, A., Undeland, T., "Voltage harmonic control of Z-source inverter for UPS applications", In 2008 13th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp. 657-662, IEEE, 2008, https://doi.org/10.1109/EPEPEMC.2008.4635339.
[6] Li, Y., Jiang, S., Cintron-Rivera, J.G., Peng, F.Z., "Modeling and control of quasi-Z-source inverter for distributed generation applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 60, No. 4, pp. 1532-1541, 2012, https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2213551.
[7] Siwakoti, Y.P., Town, G.E., "Performance of distributed DC power system using quasi Z-Source Inverter based DC/DC converters", In 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 1946-1953. IEEE, 2013, https://doi.org/10.1109/APEC.2013.6520561.
[8] Gajanayake, C.J., Luo, F.L., Gooi, H.B., So, P.L., Siow, L.K., "Extended-boost Z-source inverters", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 25, No. 10, pp. 2642-2652, 2010, https://doi.org/10.1109/TPEL.2010.2050908.
[9] Nguyen, M.K., Lim, Y.C., Cho, G.B., "Switched-inductor quasi-Z-source inverter", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 26, No. 11, pp. 3183-3191, 2011, https://doi.org/10.1109/TPEL.2011.2141153.
[10] Ravindranath, A., Mishra, S.K., Joshi, A., "Analysis and PWM control of switched boost inverter", IEEE Transactions on industrial electronics, Vol. 60, No. 12, pp. 5593-5602, 2012, https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2230595.
[11] Nguyen, M.K., Le, T.V., Park, S.J., Lim, Y.C., Yoo, J.Y., "Class of high boost inverters based on switched‐inductor structure", IET Power Electronics Vol. 8, No. 5, pp. 750-759, 2015,
https://doi.org/10.1049/iet-pel.2014.0471.
[12] Fathi, H., Madadi, H., "Enhanced-boost Z-source inverters with switched Z-impedance", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 2, pp. 691-703, 2015,
https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2477346.
[13] Jagan, V., Kotturu, J., Das, S., "Enhanced-boost quasi-Z-source inverters with two-switched impedance networks", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 64, No. 9, pp. 6885-6897, 2017,
 https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2688964.
[14] Zhu, X., Zhang, B., Qiu, D., "Enhanced boost quasi-Z-source inverters with active switched-inductor boostnetwork", IET Power Electronics, Vol. 11, No. 11, pp. 1774-1787, 2018,
https://doi.org/10.1049/iet-pel.2017.0844.
[15] Gu, Y., Chen, Y., Zhang, B., "Enhanced-boost quasi-Z-source inverter with an active switched Z-network", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No.10, pp. 8372-8381, 2017, https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2786214.
[16] Gu, Y., Chen, Y., Zhang, B., "Enhanced-boost quasi-Z-source inverter with an active switched Z-network", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 10, pp. 8372-8381, 2017,
https://doi.org/10.1109/TII.2019.2899937.
[17] Abbasi, M., Mardaneh, M., Babaei, E., Pilehvar, M.S., "Two high stepped up continuous input current active switched-inductor quasi-z-source inverters", In 2020 IEEE Kansas Power and Energy Conference (KPEC), pp. 1-6. IEEE, 2020, https://doi.org/10.1109/KPEC47870.2020.9167644.
[18] Kumar, A., Wang, Y., Raghuram, M., Naresh, P., Pan, X., Xiong, X., "An ultra-high gain quasi Z-source inverter consisting active switched network", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 67, No. 12, pp. 3207-3211, 2020, https://doi.org/10.1109/TCSII.2020.2970723.
[19] Abbasi, M., Eslahchi, A.H., Mardaneh, M., "Two symmetric extended-boost embedded switched-inductor quasi-Z-source inverter with reduced ripple continuous input current", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 6, pp. 5096-5104, 2017, https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2779433.
[20] Jamal, I., Elmorshedy, M.F., Dabour, S.M., Rashad, E.M., Xu, W., Almakhles, D.J., "A comprehensive review of grid-connected PV systems based on impedance source inverter", IEEE Access Vol. 10, pp. 89101-89123, 2022, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2022.3200681.
[21] Gayen, P.K., Das, S., An enhanced ultra-high gain active-switched quasi Z-source inverter", IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 69, No. 3, pp. 1517-1521, 2021,
https://doi.org/10.1109/TCSII.2021.3129903.
[22] Abbasi, M., Mardaneh, M., Jamshidpour, E., "High gain PWM method and active switched boost Z-source inverter with less voltage stress on the devices", IEEE Transactions on Power Electronics Vol. 37, No. 2, pp. 1841-1851, 2021, https://doi.org/10.1109/TPEL.2021.3104295.
[23] Babayi Nozadian, M.H., Babaei, E., Hosseini, S.H., "Effect of different pulse-width modulation control methods on the behaviour of the series modified switched boost inverter", IET Power Electronics Vol. 12, No. 12, pp. 3041-3055, 2019, httpsa://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.5748.