Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями

Ihor Serhiiovych Fedin; Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko; Yuliia Serhiivna Yamnenko

doi:10.20535/2523-4455.mea.207543

Т. 25 · № 2 · 2020 сер 31, 2020 Електронні системи та сигнали

Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями

Ihor Serhiiovych Fedin Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Yuliia Serhiivna Yamnenko Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» Україна

Сторінки18-24 Опублікованосер 31, 2020

PDF

ТОМ 25 · № 2 · 2020 Переглянути випуск

Анотація

Використання сонячних панелей широко розповсюджене при побудові сучасних користувацьких систем електроживлення. Поряд з безпосереднім розвитком сонячних джерел електроживлення власного еволюційного шляху зазнали конвертори, що входять до складу систем електроживлення з сонячними панелями. У основі їх розвитку постала необхідність у одночасному забезпеченні виконання вимог з максимізації відбору потужності сонячних панелей та забезпечення рівня коефіцієнту нелінійних спотворень (КНС) вихідної напруги перетворювача на рівні, визначеному міжнародним законодавством щодо якості напруги користувацької мережі. У сучасних системах електроживлення з використанням сонячних панелей широкого застосування зазнали інвертори з z- та квазі-z-топологіями через можливість забезпечення роботи системи у точці відбору максимальної потужності сонячної батареї без використання додаткових перетворювачів. Значення КНС даних перетворювачів перевищує параметри визначені міжнародними стандартами, що визначає актуальність задачі пошуків методів його зниження. Дана стаття присвячена визначенню, порівнянню та обговоренню методів зниження КНС для топологій інверторів систем електроживлення з сонячними панелями. У практичній частині статті описані моделі інверторів, створених за квазі-z, каскадною багаторівневою квазі-z-топологією та каскадною багаторівневою топологією з визначенням рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом застосування ортогонального ОБ-перетворення з метою демонстрації, практичної перевірки та порівняння різних підходів до вирішення задачі зменшення КНС систем електроживлення з сонячними панелями. В результаті проведених симуляцій були отримані спектри та значення КНС вихідної напруги кожної з моделей. Виходячи з них, метод на базі визначення рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом ортогонального ОБ-перетворення дозволив отримати найнижче, серед досліджених зразків, значення КНС вихідної напруги. На основі переваг та недоліків кожного з методів зниження КНС, визначених у розділі обговорення, застосування каскадної багаторівневої топології у поєднанні зі зменшеним за габаритними розмірами пасивним фільтром визначено методом, що робить можливим одночасне досягнення необхідного значення коефіцієнту нелінійних спотворень, зменшення розмірів вихідного фільтру та відсутність додаткового ускладнення будови систем керування. Перспективним напрямком подальшого розвитку тематики зниження КНС вихідної напруги систем електроживлення з сонячними панелями визначено дослідження в сфері модернізації систем керування, стабілізації вихідної напруги комірок багаторівневих інверторів та пошуку і практичної перевірки шляхів застосування методу визначення рівнів вихідних напруг комірок інвертора на базі визначення спектру бажаної вихідної напруги шляхом ортогонального ОБ-перетворення до топології каскадного багаторівневого квазі-z-інвертора. Дана можливість може привести до його популяризації при розробці нових перетворювачів, що, в свою чергу, може призвести до повної відмови від застосування пасивних фільтрів в результаті відсутності необхідності у додатковій фільтрації вихідної напруги.

Ключові слова

#інвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному колі #системи електроживлення з відновлювальними джерелами #каскадні багаторівневі інвертори #коефіцієнт нелінійних спотворень #якість вихідної напруги

Посилання

J. M. Carrasco et al., “P,power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey,” .IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006, DOI: 10.1109/TIE.2006.878356.
B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, “A review of solar photovoltaic technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011, DOI: 10.1016/j.rser.2010.11.032.
Y. Goswami and J. F. Kreider, “Photovoltaic systems,” in Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium, 2001.
H. E. K. Baitie and T. Selmi, “Review of smart grid systems’ requirements,” in 2015 10th International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, EVER 2015, 2015, DOI: 10.1109/EVER.2015.7113004.
M. Bouzguenda, A. Gastli, A. H. A. Badi, and T. Salmi, “Solar photovoltaic inverter requirements for smart grid applications,” in 2011 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies - Middle East, ISGT Middle East 2011, 2011, DOI: 10.1109/ISGT-MidEast.2011.6220799.
R. Dogga and M. K. Pathak, “Recent trends in solar PV inverter topologies,” Solar Energy. 2019, DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.
B. Subudhi and R. Pradhan, “A comparative study on maximum power point tracking techniques for photovoltaic power systems,” IEEE Trans. Sustain. Energy, 2013, DOI: 10.1109/TSTE.2012.2202294.
M. A. G. De Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. De Azevedo Melo, and C. A. Canesin, “Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2198036.
Fang Zheng Peng, “Z-source inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 504–510, Mar. 2003, DOI: 10.1109/TIA.2003.808920.
F. Z. Peng, “Z-source inverter,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2002, DOI: 10.1109/ias.2002.1042647.
J. Anderson and F. Z. Peng, “A class of quasi-Z-source inverters,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2008, DOI: 10.1109/08IAS.2008.301.
Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng, and L. Dichen, “Quasi-z-source inverter for photovoltaic power generation systems,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2009, DOI: 10.1109/APEC.2009.4802772.
B. Ge et al., “An energy-stored quasi-Z-source inverter for application to photovoltaic power system,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2217711.
Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, “Z-source inverter for residential photovoltaic systems,” IEEE Trans. Power Electron., 2006, DOI: 10.1109/TPEL.2006.882913.
V. Y. Zhuikov et al., Efficiency icrease of the renewable power systems:monography. Kiev: Igor Sikorsky KPI, 2018.
T. О. Tereshchenko, Y. S. Yamnenko, D. V. Kuzin, and L. E. Klepach, “MULTILEVEL INVERTER TOPOLOGY AND CONTROL SIGNALS DEFINITION BASED ON ORTHOGONAL SPECTRAL TRANSFORMATIONS,” Tekhnichna Elektrodynamika, vol. 2018, no. 4, pp. 57–60, May 2018, DOI: 10.15407/techned2018.04.057.
J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai, and Fang Zheng Peng, “Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002, DOI: 10.1109/TIE.2002.801052.
N. Mittal, B. Singh, S. P. Singh, R. Dixit, and D. Kumar, “Multilevel inverters: A literature survey on topologies and control strategies,” in ICPCES 2012 - 2012 2nd International Conference on Power, Control and Embedded Systems, 2012, DOI: 10.1109/ICPCES.2012.6508041.
K. A. Corzine, M. W. Wielebski, F. Z. Peng, and J. Wang, “Control of cascaded multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., 2004, DOI: 10.1109/TPEL.2004.826495.

Попередня у випуску Керування трифазним паралельним активним фільтром у ковзних режимах Наступна у випуску Енергоефективне управління шахтною водовідливною установкою

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

Квазістатична ідентифікація структури затінення сонячних панелей за методом векторів кардинальних чисел

PhD, доц. Олена Олегівна Абакумова, д-р техн. наук, проф. Валерій Якович Жуйков, Микола О. Лук'янов

У статті розглянуто проблему ідентифікації структури затінення сонячних панелей. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю швидкої та адекватної реконфігурації…

#Сонячні панелі #Фотоелектрична поверхня #Моделювання структури тіней #Квазістатична ідентифікація

с. 362283.1-362283.7

10.20535/2523-4455.mea.362283

Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій

Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна

Стаття присвячена розробці комплексного методу виділення фетального електрокардіосигналу (ФЕКГ) з неінвазивних абдомінальних записів та подальшої автоматизованої…

#абдомінальні електрокардіограми #фетальна електрокардіограма #аритмія #сліпе розділення джерел

с. 356487.1-356487.11

10.20535/2523-4455.mea.356487

Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен

У цій статті розглядається критична проблема погіршення якості електроенергії в сучасних енергосистемах, спричинена поширенням нелінійних навантажень. Такі навантаження…

#фільтр-компенсаційний перетворювач #трифазна трипровідна мережа #якість електроенергії #повне гармонійне спотворення

с. 361138.1-361138.6

10.20535/2523-4455.mea.361138

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Tetiana Andriivna Khyzhniak, Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Maksym Yu. Ovsiienko, Liudmila H. Laikova, Діагностика DC-DC перетворювачів з квазі-імпедансною ланкою , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Yuliia Serhiivna Yamnenko, Vitalii Viktorovych Levchenko, Kateryna Serhiivna Niemchinova, Метод оброблення цифрового відео на базі вейвлет-перетворення в орієнтованому базисі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Yuliia Serhiivna Yamnenko, Ihor Serhiiovych Fedin, Огляд основних топологій багаторівневих каскадних інверторів напруги , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Vladyslav Oleksandrovych Osokin, Vitalii Viktorovych Levchenko, Yuliia Serhiivna Yamnenko, Порівняння дискретних спектральних перетворень при використанні у задачі аналізу електроспоживання локального об’єкту , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 25 № 3 (2020)
Oleksandr Mykolajovych Komarevych, Yuriy Vitaliyovych Khokhlov, Yuliia Serhiivna Yamnenko, Виявлення аномальної поведінки людини у MicroGrid на базі машинного навчання , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 4 (2018)
M. Yu. Ovsienko, Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Прогнозування аварійних станів квазі-Z DC-DC перетворювача , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 4 (2019)

Схожі статті

Іван Андрійович Вакуленко, канд. техн. наук, доц. Дмитро Анатолійович Миколаєць, канд. техн. наук, доц. Катерина Сергіївна Клен, Імітаційне моделювання фільтро-компенсаційного перетворювача для трифазної трипровідної мережі , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Дмитро А. Шевчук, канд. техн. наук, доц. Наталія Георгіївна Іванушкіна, Комплексний метод виділення неінвазивного сигналу фетальної електрокардіограми та класифікації серцевих аритмій , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 2 (2026)
Myhailo Yuhymovych Artemenko, Larysa Mykolaivna Batrak, Serhii Yosyfovych Polishchuk, Повна потужність та коефіцієнт корисної дії трифазної чотирипровідної системи живлення , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)
Igor Yevheniiovych Korotyeyev, Marius Klytta, Аналіз процесу в просторі двох змінних , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 2 (2018)
Yana Vjyatsheslavivna Kabushka, Anton Serhiiovych Zotko, Ivan Viktorovich Kandrachuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Дальність виявлення малих повітряних об’єктів наземною системою шумопеленгування , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Viktor Fedorovich Zavorotnyi, Olexander Vasylovych Borisov, Лабораторний тестер сонячних елементів з динамічною реконфігурацією вимірювальної схеми , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 1 (2018)
Liubomyr Mykolaiovych Korolevych, Natalia Maksimchuk, Oleksandr Vasyliovych Borysov, Вплив методів отримання тонких плівок оксиду церію на вольт-фарадні характеристики МДН-структур , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 24 № 3 (2019)
д-р техн. наук, проф. Сергій Анатолійович Найда, д-р техн. наук, доц. Олександр Іванович Дрозденко, канд. техн. наук, доц. Павло Васильович Попович, PhD, Assoc. Prof. Kateryna Serhiivna Drozdenko, канд. техн. наук Олександр Ігорович Нижник, канд. техн. наук Ярослав Іванович Старовойт, Акустична локалізація повітряних об’єктів та практична оцінка її точності , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 31 № 1 (2026)
Oksana Yuriivna Kutova, Tetyana Yuriivna Obukhova, Mykhailo Hryhorovych Dusheiko, Bogdan Oleksiyovych Loboda, Tetyana Ivanivna Borodinova, Serhii Viktorovych Tkach, Сенсори на польових та фототранзисторах з металевими наночастинками та пористим кремнієм , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 5 (2018)
Maksim Oleksiiovych Korzhyk, Serhii Viktorovych Kurdiuk, Oleksii Volodymyrovych Korzhyk, Імпедансні характеристики плоско-паралельного акустичного хвилеводу з комбінуванням межами при порушенні його двочастотних сигналом , Мікросистеми, Електроніка та Акустика: Том 23 № 3 (2018)

1-10 з 257 Наступне

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.

[1] J. M. Carrasco et al., “P,power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey,” .IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2006, DOI: 10.1109/TIE.2006.878356.

[2] B. Parida, S. Iniyan, and R. Goic, “A review of solar photovoltaic technologies,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2011, DOI: 10.1016/j.rser.2010.11.032.

[3] Y. Goswami and J. F. Kreider, “Photovoltaic systems,” in Distributed Generation: The Power Paradigm for the New Millennium, 2001.

[4] H. E. K. Baitie and T. Selmi, “Review of smart grid systems’ requirements,” in 2015 10th International Conference on Ecological Vehicles and Renewable Energies, EVER 2015, 2015, DOI: 10.1109/EVER.2015.7113004.

[5] M. Bouzguenda, A. Gastli, A. H. A. Badi, and T. Salmi, “Solar photovoltaic inverter requirements for smart grid applications,” in 2011 IEEE PES Conference on Innovative Smart Grid Technologies - Middle East, ISGT Middle East 2011, 2011, DOI: 10.1109/ISGT-MidEast.2011.6220799.

[6] R. Dogga and M. K. Pathak, “Recent trends in solar PV inverter topologies,” Solar Energy. 2019, DOI: 10.1016/j.solener.2019.02.065.

[7] B. Subudhi and R. Pradhan, “A comparative study on maximum power point tracking techniques for photovoltaic power systems,” IEEE Trans. Sustain. Energy, 2013, DOI: 10.1109/TSTE.2012.2202294.

[8] M. A. G. De Brito, L. Galotto, L. P. Sampaio, G. De Azevedo Melo, and C. A. Canesin, “Evaluation of the main MPPT techniques for photovoltaic applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2198036.

[9] Fang Zheng Peng, “Z-source inverter,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 39, no. 2, pp. 504–510, Mar. 2003, DOI: 10.1109/TIA.2003.808920.

[10] F. Z. Peng, “Z-source inverter,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2002, DOI: 10.1109/ias.2002.1042647.

[11] J. Anderson and F. Z. Peng, “A class of quasi-Z-source inverters,” in Conference Record - IAS Annual Meeting (IEEE Industry Applications Society), 2008, DOI: 10.1109/08IAS.2008.301.

[12] Y. Li, J. Anderson, F. Z. Peng, and L. Dichen, “Quasi-z-source inverter for photovoltaic power generation systems,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2009, DOI: 10.1109/APEC.2009.4802772.

[13] B. Ge et al., “An energy-stored quasi-Z-source inverter for application to photovoltaic power system,” IEEE Trans. Ind. Electron., 2013, DOI: 10.1109/TIE.2012.2217711.

[14] Y. Huang, M. Shen, F. Z. Peng, and J. Wang, “Z-source inverter for residential photovoltaic systems,” IEEE Trans. Power Electron., 2006, DOI: 10.1109/TPEL.2006.882913.

[15] V. Y. Zhuikov et al., Efficiency icrease of the renewable power systems:monography. Kiev: Igor Sikorsky KPI, 2018.

[16] T. О. Tereshchenko, Y. S. Yamnenko, D. V. Kuzin, and L. E. Klepach, “MULTILEVEL INVERTER TOPOLOGY AND CONTROL SIGNALS DEFINITION BASED ON ORTHOGONAL SPECTRAL TRANSFORMATIONS,” Tekhnichna Elektrodynamika, vol. 2018, no. 4, pp. 57–60, May 2018, DOI: 10.15407/techned2018.04.057.

[17] J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai, and Fang Zheng Peng, “Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 49, no. 4, pp. 724–738, Aug. 2002, DOI: 10.1109/TIE.2002.801052.

[18] N. Mittal, B. Singh, S. P. Singh, R. Dixit, and D. Kumar, “Multilevel inverters: A literature survey on topologies and control strategies,” in ICPCES 2012 - 2012 2nd International Conference on Power, Control and Embedded Systems, 2012, DOI: 10.1109/ICPCES.2012.6508041.

[19] K. A. Corzine, M. W. Wielebski, F. Z. Peng, and J. Wang, “Control of cascaded multilevel inverters,” IEEE Trans. Power Electron., 2004, DOI: 10.1109/TPEL.2004.826495.