عنوان لاتین مقاله: Low-Cost Semi-Z-source Inverter for Single-Phase

عنوان فارسی مقاله: اینورتر نیمه منبع امپدانسی تک فاز با هزینه پایین برای سیستم های فوتو ولتاییک

پروژه درسی الکترونیک قدرت 2

این مقاله دارای شبیه سازی و گزارشکار کامل می باشد

فهرست

مقدمه.......................................2

تفاوتها.......................................4

معرفی چند توپولوژی.......................................5

اینورتر نیمه منبع امپدانسی و نیمه شبه منبع امپدانسی.................7

طرز کار اینورتر نیمه شبه منبع امپدانسی.......................................8

مدولاسیون اینورترهای نیمه شبه منبع امپدانسی و مقایسه با منبع امپدانسی معمولی..........................................11

استرس ولتاژ تجهیزات و طراحی المان ها.............................................................13

بسط توپولوژی به دو فاز و سه فاز.......................................19

شبیه سازی و نتایج.......................................21

راندمان.......................................27

نتیجه گیری.......................................28

منابع..........................29

مقدمه

در سالهای اخیر با توجه به بحران انرژی، استفاده از منابع انرژی تولید پراکنده (DG) تجدید پذیر مانند توربین بادی، سلول خورشیدی و پیل سوختی در کاربرد های صنعتی و خانگی رایج تر شده است.

از آنجایی که خیلی از منابع تولید پراکنده تجدید پذیر مانند سلول فوتوولتاییک، پیل سوختی و ... فقط ولتاژ DC تولید میکنند، برای اتصال به شبکه به یک اینورتر رابط نیاز داریم. اینورترها از لحاظ ایزولاسیون به دو نوع ایزوله شده و ایزوله نشده تقسیم می شوند. اینورتر های ایزوله شده معمولا از یک ترانس فرکانس بالا برای ایزولاسیون استفاده می کنند. این نوع اینورترها سه توپولوژی رایج دارند که در اینجا به این جزئیات نمی پردازیم فقط ذکر این نکته مهم است که توپولوژی های ترانس ایزوله شده دارای مزایایی مثل گین ولتاژ بالا و ایمنی بالا هستند و عیب آنها این است که از تعداد سویچ بیشتر با قیمت بالاتر استفاده می کنند و همچنین پیچیدگی انها بیشتر و راندمان شان پایین تر است.

در بعضی از کشورها ایزولاسیون الکتریکی در شبکه های ولتاژ پایین یا توان های پایین تر از 20kw نیاز نیست. این موضوع منجر به گسترش اینورتر های بدون ترانس با قیمت پایین میشود.

اینورتر های بدون ترانس به دو دسته تقسیم می شوند

1-توپولوژی های دوطبقه:

این توپولوژی های بدون ترانس دارای یک کانورتر dc-dc در طبقه اول و یک اینورتر تمام پل در طبقه دوم هستند. این گروه از لحاظ کاری شبیه اینورتر های ترانس ایزوله هستند با این تفاوت که تلفات سویچینگ کمتر و قیمت پایین تری دارند.

2-توپولوژی های یک طبقه

برای اینکه پیچیدگی سیستم را کمتر کنیم و همچنین قیمت را کاهش دهیم به اینورتر های یک طبقه رسیدیم. اینورتر های یک طبقه معمولا شامل دو مبدل نسبتا مستقل با تعدادی المان پسیو هستند که هرکدام یک نیم سیکل از شکل موج سینوسی را تولید می کند. اگر منبع dc و شبکه ( مخصوصا برای سیستم فوتوولتاییک ) زمین یکسانی نداشته باشند، منبع dc ورودی جریان نشتی خواهد داشت که باعث مشکلات امنیتی و تداخلات الکترومغناطیسی می شود. برای حل این مشکل یا سویچ های اضافی در مدار به کار می بریم، که ناچارا موجب پیچیدگی سیستم و افزایش قیمت می شود، و یا از توپولوژی که در آن بار و منبع زمین یکسانی[1] دارند استفاده میکنیم. بنابراین به خاطر مسائل و ملاحظات امنیتی، قیمت و سادگی سیستم در کاربرد های تولید پراکنده تجدید پذیر برای اتصال به شبکه، اینورتر های ایزوله نشده زمین مشترک ترجیح داده می شوند.

تفاوتها

تفاوت اینورتر منبع امپدانسی با اینورتر های معمول این است که اینورتر های منبع امپدانسی با اضافه کردن یک مدار LC به جای حالت صفر در کلیدزنی اینورتر های مرسوم یک حالت shoot-through اضافه می شود که این مدار LC یک گین افزایشی در ولتاژ خروجی به ما می دهد. بر اساس روش های مختلف قرار گیری shoot-through انواع مختلف مدولاسیون pwm برای کنترل مبدل منبع امپدانسی به دست می آید.

و اما تفاوت اینورتر حاضر با اینورترهای منبع امپدانسی دیگر این است که شبکه امپدانسی اینجا در طرف ac است و در نتیجه اندازه آن کوچکتر است با اینکه فرم مشابهی دارند. تفاوت دیگر در مدولاسیون آنهاست. در اینورتر های منبع امپدانسی معمول از یک موج مرجع سینوسی و یک حالت shoot-through اضافی برای تولید شکل موج خروجی سینوسی و داشتن گین افزایشی استفاده میکردیم در حالی که اینجا برای به دست اوردن خروجی سینوسی از منحنی گین ولتاژ غیر خطی برای به دست اوردن موج مرجع استفاده میکنیم که به آن سیگنال مرجع اصلاح شده می گوییم. این تفاوتها باعث شد تا ما نام اینورتر نیمه منبع امپدانسی[2] را به آنها اختصاص دهیم تا آن را از بقیه اینورتر ها جدا کنیم.

معرفی چند توپولوژی

شکل های 3 و 4 چند توپولوژی از کانورتر های نیمه منبع امپدانسی و نیمه شبه منبع امپدانسی را نشان می دهند که ورودی و خروجی زمین یکسانی دارند و شکل 5 منحنی گین ولتاژ آنها را نشان می دهد. می بینیم که شکل 5-a منحنی پیوسته ای دارد پس برای اینورتر بودن مناسب است.

شکل1. کانورتر های dc-dc. نیمه منبع امپدانسی و نیمه شبه منبع امپدانسی با گین ولتاژ ناپیوسته

[1] doubly grounded

[2] semi- z-source