بررسی و بهبود مبدل‏های بهره بالا برای کاربردهای سلول خورشیدی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد – دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

2 دانشیار، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 استادیار – دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

یکی از پاک‏ترین و ارزان‏ترین منابع انرژی تجدید پذیر، انرژی خورشیدی می‌باشد. تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی الکتریسیته به وسیله سلولهای خورشیدی انجام می‏شود. به خاطر اینکه ولتاژ تغذیه اکثر مصرف کننده‏های انرژی الکتریکی AC است، ولتاژ خروجی سلولهای خورشیدی باید به ولتاژ AC تبدیل شود. ولی سطح ولتاژ سلولهای خورشیدی بسیار کمتر از ولتاژ مورد نیاز در ورودی اینورترها است. به خاطر تفاوت زیاد سطح ولتاژها نمی‏توان از مبدل‏های بوست و باک-بوست پایه استفاده کرد. مبدل‏های بوست و باک-بوست پایه، با توجه به این که در ضریب وظیفه‏های نزدیک به یک دچار افت شدیدی در بازده می‏شوند، مشخصاً نمی‏توانند برای این کاربرد به کار روند.
در این مقاله مبدل پیشنهادی در راستای کاهش استرس ولتاژ مبدل‏های بهره بالای مبتنی بر سلف کوپل شده ارائه شده است. استرس ولتاژ سوئیچ این مبدل پیشنهادی در شرایط یکسان از استرس ولتاژ مبدل بوست بهره بالا با سلف کوپل شده کمتر می‏باشد. همچنین در این ساختار با استفاده از مدار کلمپ اکتیو سوئیچینگ نرم برای سوئیچ‏ها و دیودها محقق می‏شود و در نهایت با استفاده از این تکنیک می‏توان به بهره و بازده بالا با انتخاب مناسب ضریب وظیفه دست یافت. در این مقاله برای بررسی نحوه عملکرد مبدل‏های پیشنهادی از تحلیل‏های نظری استفاده شده است و برای بررسی صحت تحلیل‏های نظری نتایج شبیه سازی مبدل در نرم افزار PSPICE، گزارش شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation and improvement of high step- up converters for pv module applications

نویسندگان [English]

  • Hamed moradmand jazi 1
  • Ehsan Adib 2
  • Bahador Fani 3
1 MSc. - Department of Electrical Engineering, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Najafabad, Iran
2 Associate Professor, Esfahan University of Technology
3 Assistant Professor - Department of Electrical Engineering, Islamic Azad University, Najafabad Branch, Najafabad, Iran
چکیده [English]

Abstract- sun is of the clean and cheapest sources of energy. Charging slight energy to electricity is carried out by PV modules. Since most electric consumers need Ac input voltage, the PV modules output voltage should be changed into Ac form. But, the voltage level of PV modules is much lower than the voltage needed in input stage of inverters. Because of large voltage level. Difference it is not possible to use the basic boost and buck-boost converters. The basic boost and buck-boost converters definitely can not be used in this applications, for, they will face extreme drop in efficiency in duty cycles closer to unity.
In this paper The proposed converter is presented in order to decrease the voltage stress of coupled inductors based high step-up converters. The voltage stress in the proposed converter is lower than the high step-up boost converter with coupled inductors in identical condition. Also, soft switching condition for switches and diodes is realized by active clamp circuit, and with this technique and proper selection of duty cycle, large gain and high efficiency could be achieved ultimately. . In this paper theoretical analysis is used for analyzing the performance of the proposed converters, and in order to verify the theoretical analysis, simulated results from pspice software is provides.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Boost converter
  • three level converter
  • high step-up converters
  • Coupled inductors
  • stress-voltage-switching

[1] M. Fooladgar, E. Rok Rok, B. Fani, G. Shahgholian, “Evaluation of the trajectory sensitivity analysis of the DFIG control parameters in response to changes in wind speed and the line impedance connection to the grid DFIG”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 5, No. 20, pp. 37-54, Winter 2015.

[2] G. Shahgholian, K. Khani, M. Moazzami , “Frequency control in autanamous microgrid in the presence of DFIG based wind turbine”, Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, Vol. 6, No. 23, pp. 3-12, Autumn 2015.

[3] L. Quan, P. Wolfs, "A review of the single phase photovoltaic module integrated converter topologies with three different DC link configurations", IEEE Trans. on Power Electronics, , Vol. 23, pp. 1320-1333, 2008.

[4] J. Selvaraj, N.A. Rahim, "Multilevel inverter for grid-connected PV system employing digital PI controller," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 56, pp. 149-158, 2009.

[5] K. Jung-Min, K. Bong-Hwan, "High step-up active-clamp converter with input-current doubler and output-voltage doubler for fuel cell power systems", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 24, pp. 108-115, 2009.

[6] T. Kerekes, R. Teodorescu, U. Borup, "Transformerless photovoltaic inverters connected to the grid", In Applied Power Electronics Conference, APEC 2007 - Twenty Second Annual IEEE, pp. 1733-1737, 2007.

[7] S. Jemei, D. Hissel, M.C. Pera, J.M. Kauffmann, "A new modeling approach of embedded fuel-cell power generators based on artificial neural network", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 55, pp. 437-447, 2008.

[8] K.I. Hwu, Y.T. Yau, "An interleaved AC-DC converter based on current tracking", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 56, pp. 1456-1463, 2009.

[9] G. Franceschini, E. Lorenzani, M. Cavatorta, A. Bellini, "3boost: A high-power three-phase step-up full-bridge converter for automotive applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 55, pp. 173-183, 2008.

[10] C.M. de Oliveira Stein, J.R. Pinheiro, H.L. Hey, "A ZCT auxiliarycommutation circuit for interleaved boost converters operating in critical conduction mode", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 17, pp. 954-962, 2002.

[11] G. Spiazzi, S. Buso, "Small-signal modeling of the interleaved boost with coupled inductors converter", Proceeding of the COBEP, pp. 456-461, 2013.

[12] H. Xudong, W. Xiaoyan, T. Nergaard, L. Jih-Sheng, X. Xingyi, L. Zhu, "Parasitic ringing and design issues of digitally controlled high power interleaved boost converters", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 19, pp. 1341-1352, 2004.

[13] Y. Gang, C. Alian, H. Xiangning, "Corrections to soft switching circuit for interleaved boost converters", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 22, pp. 712-712, 2007.

[14] J. Li, X. Yang, P. Fan, "Improved small signal modeling and analysis of the PI controlled Boost converter", Proceeding of the ICECC, pp. 3763-3767, 2011.

[15] F. Xiaoyun, S. Wensheng, X. Ge, "A novel single-phase three-level PWM rectifier with asymmetrical legs", Proceeding of the ICEMS, pp. 1820-1825, 2008.

[16] M.T. Zhang, J. Yimin, F.C. Lee, M.M. Jovanovic, "Single-phase three-level boost power factor correction converter", Proceeding of the APEC, Vol. 1, pp. 434-439, 1995.

[17] W. Hongyang, H. Xiangning, "A novel single phase three-level power factor correction with passive lossless snubber", Proceeding of the IEEE/APECE, Vol. 2, pp. 968-974, 2002.

[18] L. Yuang-Shung, Y. Ling-Chia, and C. Tzu-Han, "High voltage conversion ratio cascade boost converter with DC snubber", Proceeding of the IPEC, pp. 208-215, 2014.

[19] F. Xiaogang, L. Jinjun, F.C. Lee, "Impedance specifications for stable DC distributed power systems", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 17, pp. 157-162, 2002.

[20] B.R. Lin, J.J. Chen, "Analysis and implementation of a soft switching converter with high-voltage conversion ratio", Power Electronics, IET, Vol. 1, pp. 386-394, 2008.

[21] S.Y. Tseng, S.H. Tseng, J.G. Huang, "High step-up converter with partial energy processing for livestock stunning applications", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 7, 2006.

[22] C. Woo-Young, Y. Ju-Seung, C. Jae-Yeon, "High efficiency dc-dc converter with high step-up gain for low PV voltage sources", Proceeding of the IEEE/ECCE, pp. 1161, 2011.