ارایه یک مبدل بسیار افزاینده مرتبه دوم با کلید‌زنی در ولتاژ صفر و قابلیت بازیابی انرژی سلف نشتی برای کاربردهای فوتوولتائیک

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده، انتشار آنلاین از تاریخ 06 آذر 1402

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

علیرضا عبدالهی؛ مجید دلشاد^* ؛ رامتین صادقی

دانشکده فنی مهندسی- واحد اصفهان (خوراسگان)، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

در این تحقیق یک مبدل بسیار افزاینده با بازیابی انرژی سلف نشتی و کلیدزنی در ولتاژ صفر برای هر دو سوئیچ ارائه شده است. مدار کمکی نه تنها از انرژی سلف نشتی برای افزایش بهره ولتاژ استفاده می­کند، بلکه تلفات کلیدزنی و هدایتی المان­های نیمه هادی را نیز کاهش می­دهد. مدار کمکی فقط یک خازن اسنابر و یک کلید کمکی دارد و از خازن­های مدار به عنوان خازن اسنابر استفاده می­شود. استرس ولتاژ پایین سوئیچ­ها امکان استفاده از سوئیچ­های ارزان­تر با مقاومت کمتر در درین-سورس را فراهم می­کند. همچنین خازن بالابر ولتاژ، انرژی سلف نشتی را جذب می­کند. به دلیل کلیدزنی ولتاژ صفر سوئیچ­ها، تلفات روشن شدن خازنی وجود ندارد و به دلیل خاموش شدن دیودها در شرایط جریان صفر، مشکل بازیابی معکوس در آنها حل می­شود، بنابراین تلفات هدایتی مبدل به میزان قابل توجهی کاهش می­یابد. از طرفی ریپل جریان ورودی در مبدل به­طور چشم­گیری کاهش یافته که آن را برای استفاده در سیستم های فتوولتائیک بسیار مناسب می­کند. مبدل برای خروجی 200 وات و 350 ولت پیاده­سازی شده و نتایج عملی تحلیل­های نظری را تایید می­کند.

کلیدواژه‌ها

تلفات روشن شدن خازنی؛ فوتوولتاییک؛ کلیدزنی در ولتاژ صفر؛ مبدل بسیار افزاینده

مراجع

[1] M. Emamdad, E. Akbari, S. Karbasi, A. Zare Ghaleh Seyyedi, "Design and analysis of a new structure for non-isolated dc-dc boost converters", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 15, no. 58, pp. 109-120, Sept. 2024 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1403.15.58.8.9).

[2] A. Dalirian, A.R. Solat, S.M.J. Rastegar-Fatemi, "Smart control of photovoltaic static compensator system based on fuzzy logic control to improve voltage stability", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 15, no. 60, pp. 119-134, March 2025 (in Persian).

[3] D. Taheri, G. Shahgholian, M.M. Mirtalaei, "Analysis, design and implementation of a high step-up multi-port non-isolated converter with coupled inductor and soft switching for photovoltaic applications", IET Generation, Transmission and Distribution, vol. 16, no. 17, pp. 3473-3497, Sept. 2022 (doi: 10.1049/g­td2.1­2­537).

[4] M. Rahimi, B. Fani, M. Moazzami, M. Dehghani, G. Shahgholian, "An online free penetration multi-stage fuse saving protection scheme in distribution systems with photovoltaic sources", Iranian Electric Industry Journal of Quality and Productivity, vol. 9, no. 2, pp. 24-35, Sept. 2020 (doi: 10.29252/ieijq­p.9.2.24).

[5] I. Es-Haghpour, M. Delshad, S. Javadi, "A new interleaved ZVT high step-up converter with low input current ripple", International Journal of Electronics, vol. 109, no. 11, pp. 1935-1953, Dec. 2021 (doi: 10.1­08­­0/00207217.2021.2001861).

[6] A. Kianpour, G. Shahgholian, "A floating-output interleaved boost dc-dc converter with high step-up gain", Automatika, vol. 58, no. 1, pp. 18-26, April 2017 (doi: 10.1080/00051144.2017.1305605).

[7] R. Ling, G. Zhao, Q. Huang, "High step-up interleaved boost converter with low switch voltage stress", Electric Power Systems Research, vol. 128, pp. 11-18, Nov. 2015 (doi: 10.1016/j.epsr.2015.06.016).

[8] R. Rahimi, S. Habibi, M. Ferdowsi, P. Shamsi, "An interleaved high step-up dc-dc converter based on integration of coupled inductor and built-in-transformer with switched-capacitor cells for renewable energy applications", IEEE Access, vol. 10, pp. 34-45, Dec. 2022 (doi: 10.1109/ACCESS.2021.3138390).

[9] R. Beiranvand, S.H. Sangani, "A family of interleaved high step-up dc–dc converters by integrating a voltage multiplier and an active clamp circuits", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 7, pp. 8001-8014, Jan. 2022 (doi: 10.1109/TPEL.2022.3141941).

[10] G. Haghshenas, S.M.M. Mirtalaei, H. Mordmand, G. Shahgholian,"High step-up boost-flyback converter with soft switching for photovoltaic applications", Journal of Circuits, Systems, and Computers, vol. 28, no. 1, pp. 1-16, Jan. 2019  (doi: 10.1142/S0218126619500142).

[11] S. Hasanpour, Y.P. Siwakoti, F. Blaabjerg, "Analysis of a new soft-switched step-up trans-inverse DC/DC converter based on three-winding coupled-inductor", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 37, no. 2, pp. 2203-2215, Aug. 2022 (doi: 10.1109/TPEL.2021.3103978).

[12] V.F. Pires, D. Foito, J.F. Silva, "A single switch hybrid DC/DC converter with extended static gain for photovoltaic applications", Electric Power Systems Research, vol. 146, pp. 228-235, May 2017 (doi: 10.1016/j.epsr.2017.02.001).

[13] Y. Zhao, X. Xiang, C. Li, Y. Gu, W. Li,  X. He, "Single-phase high step-up converter with improved multiplier cell suitable for half-bridge-based PV inverter system", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, no. 6, pp. 2807-2816, July 2014 (doi: 10.1109/TPEL.2013.2273975).

[14] L. Schmitz, D.C. Martins, R.F. Coelho, "High step-up nonisolated ZVS/ZCS DC–DC converter for photovoltaic thin-film module applications", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 7, no. 1, pp. 565-575, March 2019 (doi: 10.1109/JESTPE.2018.2830650).

[15] R. Cheraghi, E. Adib, M.S. Golsorkhi, "A nonisolated high step-up three-port soft-switched converter with minimum switches", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 10, pp. 9358-9365, Sept. 2021 (doi: 10.1109/TIE.2020.3026306).

[16] Y. Zheng, B. Brown, W. Xie, S. Li, K. Smedley, "High step-up DC–DC converter with zero voltage swit­ch­i­ng and low input current ripple", IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 35, pp. 9416-9429, Sept. 2020 (doi  10.1109/TPEL.2020.2968613).

[17] S. Shabani, M. Delshad, R. Sadeghi, H.H. Alhelou, "A high step-up PWM non-isolated DC-DC converter with soft switching operation", IEEE Access, vol. 10, pp. 37761-37773, March 2022 (doi: 10.1109/ACC­ESS.­2­022.3163146).

[18] B.W. Williams, "Unified synthesis of tapped-inductor dc-to-dc converters", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 29, pp. 5370–5383, Oct. 2014 (doi: 10.1109/TPEL.2013.2291561).

[19] T. F. Wu, Y.S. Lai, J.C. Hung, Y. M. Chen, "Boost converter with coupled inductors and buck-boost type of active clamp", IEEE Trans.on Industrial Electronics, vol. 55, pp. 154–162, Jan. 2008 (doi: 10.1109/TIE.2­007­.9­03925).

[20] M. Mirtalaee, R.A. Nafchi, "Boost high step-up dc/dc converter with coupled inductors and diode-capacitor technique", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 10, no.39, pp. 3-12, Nov. 2019 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1398.10.39.1.9).

[21] J. Jalili, S.M.M. Mirtalaei, M.R. Mohammadi, B. Majidi, "A non-isolated high step-up soft-switching converter with coupled-inductor", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 15, no. 57, pp. 1-14, June 2022 (in Persian) (dor: 20.1001.1.23223871.1403.15.57.1.0).