مروری بر توپولوژی های مختلف اینورتر چند سطحی برای ادغام شبکه سیستم فتوولتائیک خورشیدی


اینورترهای چند سطحی (MLI) به عنوان یک فناوری جدید برای نیازهای پرقدرت معرفی شده اند. MLI ها به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند در طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله موتورهای بزرگ، FACTS، دستگاه های بهبود کیفیت توان، و انرژی های تجدید پذیر (RE) مبدل ها [1]. آنها در درجه اول شکل موج ولتاژ راه پله را از انواع منابع جریان مستقیم تولید می کنند. استفاده از MLIها راندمان موتورهای الکتریکی را در کاربردهای پرقدرت بهبود می بخشد [2]. MLI ها اخیراً به عنوان یک جایگزین اصلی در کاربردهای صنعتی با قدرت بالا و متوسط ​​مانند خودروهای برقی، محرک های کشتی، کارخانه های نورد، تولید کاغذ و شکل دهی فلز ظاهر شده اند. [3]، [4]. MLI ها مزایای ذاتی زیادی نسبت به اینورترهای دو سطحی معمولی، از جمله کاهش تنش ولتاژ، کاهش رتبه دستگاه و بهبود کیفیت توان ارسالی ارائه می‌کند. [5]. MLI های کلاسیک توپولوژی ها هنوز در اکثر بخش های حیاتی، MLI های آبشاری استفاده می شوند به دلیل کاربردهای گسترده، مبدل های توان قابل توجهی هستند [6]. MLIهای آبشاری در درجه اول به کاهش تعداد سوئیچ ها، منابع THD، DC و مقرون به صرفه کردن شبکه برای سیستم های متصل به شبکه مربوط می شود. آنجا یک هدف حیاتی در زیرساخت های در حال توسعه امروزی است [7]. RES DC را ارائه می دهد ولتاژ، که ذاتا ناپایدار است. این نوسان خروجی RES به مشکلات کیفیت برق و پایداری شبکه کمک می کند. از آنجایی که اینورتر سه سطح سنتی دارای معایب مختلفی است، اینورتر در کاربردهای با توان بالا/متوسط ​​به قطعات پرقدرت نیاز دارد. شکل موج ولتاژ خروجی از هارمونیک تشکیل شده است. همچنین تلفات سوئیچینگ بالایی دارد که باعث کاهش کارایی سیستم می شود. MLI ها انتخاب اصلی در چندین تنظیمات صنعتی هستند، زیرا MLI قوی تر و تلفات توان کم، هارمونیک ها را با SPV یکپارچه سازی شبکه مورد نیاز برای رسیدگی به این مسائل به حداقل می رساند. MLI با PV یکپارچه سازی شبکه یک فناوری پیشرفته محسوب می شود و در کاربردهای مختلفی استفاده شده است که سطح هارمونیک ها را به حداقل می رساند. [8]. در نتیجه تجدید نظرهای اخیر در طرح های یارانه ای آلمان، شرکت ها باید قیمت اینورتر را تقریباً 20 درصد ظرف 5 سال کاهش دهند. برای انجام این کار، طرح‌های اینورتر جدید ایجاد شده‌اند که مزایای بازده انرژی بالاتر اینورتر رشته‌ای و قیمت مقرون به صرفه‌تر اینورتر مرکزی را ترکیب می‌کند. رشته های PV مجزا به مبدل های DC به DC با توان پایین تر متصل می شوند. تولید انرژی از هر رشته PV به طور جداگانه توسط ردیاب MPP خود بهینه می شود.

اینورترهای چند سطحی پل H آبشاری (CHBMLI) پرکاربردترین اینورترها برای مبدل های ولتاژ متوسط ​​پرقدرت و درایوهای AC هستند [9]، [10]، [11]. از تعداد زیادی 1 تشکیل شده است

سلول های برق پل H که عموماً در حالت آبشاری به هم متصل می شوند تا عملکرد ولتاژ متوسط ​​(MV) را با حداقل اعوجاج هارمونیک ارائه دهند. [9]. استفاده از سلول های قدرت مشابه منجر به ساختار مدولار می شود که باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه می شود. سطوح ولتاژ خروجی چندگانه، THD پایین و سهولت طراحی و ساخت ماژولار همگی از مزایای CHBMLI هستند. توپولوژی ها [12]، [13]، [14]. MLIهای آبشاری هیبریدی در نتیجه پیشرفت فناوری اینورتر به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفته اند. معماری مدار اولیه آن مشابه واحدهای CHB است، اما هر واحد سطح ولتاژ و فرکانس سوئیچینگ مشخصی دارد. [15]، [16]، [17]. تریستور عایق بندی شده با دروازه (IGCT) در پل H با ولتاژ بالا استفاده می شود، در حالی که از ترانزیستور دوقطبی دروازه ایزوله (IGBT) در مورد پل H برای کاربردهای ولتاژ پایین استفاده می شود. چارچوب هیبریدی می تواند سطوح خروجی را در همان واحد با استفاده از تعداد کم سوئیچ های قدرت برای ولتاژ یکسان یا متفاوت افزایش دهد که انعطاف پذیری کنترل را بیشتر می کند. مفهوم طراحی آن با تحول در فناوری های الکترونیک قدرت سازگار است که برای خودروهای الکتریکی، خورشیدی و سایر فناوری ها مناسب است. [18]، [19]، [20]، [21].(شکل 1 را ببینید)

مفهوم اصلی MLI ها سه نوع اینورتر چند سطحی معمولی وجود دارد. آنها سال ها پیش توسعه یافتند اما به دلیل معایب زیاد، از جمله تعداد بیشتر اجزای سوئیچ، که منجر به تلفات سوئیچینگ بیشتر می شود، و روش های پیچیده “مدولاسیون عرض پالس” (PWM) به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفتند. چالش اصلی که همه محققان در این زمینه با آن روبرو هستند، تعیین توپولوژی بهینه است که از حداقل اجزا استفاده می کند. سه نوع وجود دارد:

1)

توپولوژی های MLI های با دیود گیره دار (DCMLI).

2)

خازن های پرنده MLIs (FCMLIs) و

3)

MLIهای آبشاری (CMLI) [22]، [23].

اخیراً توپولوژی های MLI شامل اجزای کاهش یافته است که به سه دسته اصلی تقسیم می شوند که در شکل 2 نشان داده شده است. در سیستم‌های هیبریدی، دو یا چند واحد مجزا با یکدیگر آبشاری می‌شوند تا سطوح خروجی و محدوده توان را در عین استفاده از عناصر کمتر افزایش دهند. جدول 1

جدول 2 و جدول 3 نتایج به‌دست‌آمده از مقایسه سطوح مختلف CHBMLI مورد استفاده برای فناوری‌های PV متصل به شبکه را مرور می‌کنند.[26]، [27].

از جدول 2 و جدول 3 مشاهدات مهمی به دست می آید:

با افزایش سطح اینورتر، خروجی به شکل سینوسی خالص تمایل پیدا می کند.

THD با افزایش سطح اینورتر به طور قابل توجهی کاهش می یابد و از خروجی PV بی تأثیر می ماند.

نیاز سوئیچ ها با افزایش سطح اینورتر افزایش یافته است.

مدولاریت مورد نیاز برای CHBMLIها برای کاربرد PV وجود ندارد.

با افزایش سطح اینورتر، سیستم کلی پیچیده تر و گران تر می شود


ترجمه و ارائه توسط: ttmnews