طراحی و بهبود یک مبدل بوست بهره بالا با مدار چندبرابر کننده ولتاژ

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 2، دوره 9، شماره 33، اردیبهشت 1397، صفحه 15-24   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

صادق حیدری بنی¹؛ سید محمد مهدی میرطلائی^{* 2}

¹کارشناس ارشد شرکت مدیریت تولید برق اصفهان، اصفهان، ایران

²استادیار - دانشکده مهندسی برق، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

از آنجا که انرژی فسیلی سنتی تجدیدپذیر نیست جوامع امروزی با مشکل کمبود انرژی مواجه می‏باشند. در نتیجه باید انرژی جدید توسعه داده شود که پاک و تجدیدپذیر باشد. انرژی خورشیدی و انرژی هیدروژنی نویدبخش هستند و تولید توان فتوولتائیک و پیل سوختی به عنوان روش‏های مورد استفاده برای دو منبع انرژی در مقیاس بزرگی مورد استفاده قرار گرفته‏اند. در یک سیستم تک فاز با ساختار دو مرحله‏ای اگر ولتاژ خط 220 ولت باشد ولتاژ باس اینورتر متصل به شبکه لازم است که در حدود 380 ولت باشد. هرچند ولتاژ خروجی سلول‏های فتوولتائیک و سلول‏های سوختی به طور کلی بین 25 تا 40 ولت است که این ولتاژ بسیار کمتر از ولتاژ باس می‏باشد. بنابراین یک مبدل DC-DC بهره بالا لازم است تا ولتاژ خروجی پیل‏های سوختی و سلول‏های فتوولتائیک را تقویت کند. در این مقاله، ساختار بهبود یافته ای تحت عنوان مبدل بوست بهره بالا به همراه مدار چندبرابر کننده ولتاژ برای کاربردهای سلول خورشیدی ‏ارائه خواهد شد. در ساختار پیشنهادی برای افزایش بهره از تکنیک مدار چندبرابر کننده ولتاژ و سلف کوپل‌شده استفاده شده است. به طور کلی مزایای مبدل پیشنهادی شامل بهره ولتاژ و راندمان بالا، استرس ولتاژ پایین برای سوئیچ‌ها و دیود‌ها، فراهم آوردن شرایط سوئیچینگ نرم و نهایتا کاهش حجم المان‌های مغناطیسی و حجم کلی مدار می باشد. در این پژوهش علاوه بر تشریح عملکرد مدار و ارائه‌ی تحلیل‌های تئوری، صحت عملکرد مدار از طریق شبیه‌سازی نرم‌افزاری بررسی خواهد شد و در انتها با پیاده‌سازی عملی نمونه آزمایشگاهی، نتایج شبیه‌سازی مورد ارزیابی قرار می‏گیرد.

کلیدواژه‌ها

مبدل بوست؛ چندبرابر کننده ولتاژ؛ مبدل‏های بهره بالا؛ سلف‏های کوپل شده؛ استرس ولتاژ

مراجع

[1] J. M. Carrasco, L.G. Franquelo, J.T. Bialasiewicz, E. Galvan, R.C. PortilloGuisado, M.A.M. Prats, et al., "Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 53, No. 4, pp. 1002-1016, June 2006.

2] K. Sun, L. Zhang, Y. Xing, J. M. Guerrero, "A distributed control strategy based on dc bus signaling for modular photovoltaic generation systems with battery energy storage", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 26, pp. 3032-3045, Oct. 2011.

[3] F.L. Tofoli, D.C. Pereira, W.J. Paula, D.S.O.Junior, "Survey on non-isolated high-voltage step-up dc-dc topologies based on the boost converter", IET Power Electronics, Vol. 8, pp. 2044-2057, Sep. 2015.

[4] H.W. Seong, H.S. Kim, K.B. Park, G.W. Moon, M.J. Youn, "High step-Up dc-dc converters using zero-voltage switching boost integration technique and light-load frequency modulation control," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 27, No. 3, pp. 1383-1400, March 2012.

[5] W. Li, X. He, "Review of nonisolated high-step-up dc/dc converters in photovoltaic grid-connected applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 4, pp. 1239-1250, April 2011.

[6] A. Ajami, H. Ardi, A. Farakhor, "A novel high step-up dc/dc converter based on integrating coupled inductor and switched-capacitor techniques for renewable energy applications", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 30, No. 8, pp. 4255-4263, Aug. 2015.

[7] L.S. Yang, T.J. Liang, H.C. Lee, J.F. Chen,  'Novel high step-up DC-DC converter with coupled-inductor and voltage-doubler circuits', IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 58, No. 9, pp. 4196-4206, Sep. 2011.

[8] M. Khalilzadeh, K. Abbaszadeh, “Non-isolated high step-up DC-DC converter based on coupled inductor with reduced voltage stress”, IET Power Electronics, Vol. 8, No. 11, pp. 2184-2194, Nov. 2015.

[9] M. Muhammad,M., Armstrong,M.A. Elgendy, “A nonisolated interleaved boost converter for high-voltage gain applications", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 4, No. 2, pp. 352-362, June 2016.

[10] T. Kuo-Ching, C.C. Huang, W.Y. Shih, "A high step-up converter with a voltage multiplier module for a photovoltaic system", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 28, No. 6, pp. 3047-3057, Sep. 2012.

[11] Y. Hu, Y. Deng, J. Long, X. Lu, “'High step-up passive absorption circuit used in non-isolated high step-up converter', IET Power Electron., Vol. 7, No. 8, pp. 1945-1953, Aug. 2014.

[12] N. Molavi, E. Adib, H. Farzanehfard, “Soft-switched non-isolated high step-up DC-DC converter with reduced voltage stress”, IET Power Electroncis, Vol. 9, No. 8, pp. 1711-1718, June 2016.

[13] S. Sathyan, H.M. Suryawanshi, M.S. Ballal, A.B. Shitole, “Soft-switching DC-DC converter for distributed energy sources with high step-up voltage capability”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 62, No. 11, pp. 7039-7050, Nov. 2015.

[14] S. Sathyan, H. Suryawanshi, B. Singh, C. Chakraborty, V. Verma, M.S. Ballal,  "ZVS-ZCS high voltage gain integrated boost converter for DC microgrid",  IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 11, No. 2016.

[15] K.C. Tseng, J.T. Lin, C.C. Huang, 'High step-up converter with three-winding coupled inductor for fuel cell energy source applications”, IEEE Trans. on Power Electroncs, Vol. 30, No. 2, pp. 574-581, Feb. 2015.

16] T. J. Liang, Y. T. Huang, J. H. Lee, L.P. Ting, "Study and implementation of a high step-up voltage DC-DC converter using coupled-inductor and cascode techniques", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 1900-1906, Long Beach, CA, USA, March 2016.