طراحی و پیاده‌سازی یک مبدل dc-dc سوئیچینگ نرم بهره ولتاژ بالای سه درگاهه برای کاربردهای انرژی خورشیدی

روش‌های هوشمند در صنعت برق

مقاله 10، دوره 15، شماره 59، آذر 1403، صفحه 165-184   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سمیه گشتاسبی¹؛ فریبرز حقیقت دار فشارکی^{* 2}؛ سید محمد مهدی میرطلائی²

¹دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

²مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران

چکیده

در چند دهه اخیر، به دلایل مختلفی از جمله بحران انرژی و مشکلات زیست­محیطی، منابع انرژی تجدید­پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته­اند. سیستم­های خورشیدی یا فتوولتاییک به عنوان یکی از پرکاربرد­ترین منابع انرژی تجدید­پذیر، دارای ولتاژ خروجی پایینی هستند. به همین دلیل اخیراً تحقیقات بر روی مبدل­های dc-dc بهره ولتاژ بالا در تولید برق خورشیدی افزایش یافته است. در این مقاله یک مبدل بهره­ ولتاژ بالای غیر­ایزوله با سه درگاه ورودی-خروجی پیشنهاد شده که دو مسیر جداگانه برای شارش توان از هر منبع ورودی به بار خروجی را فراهم می­کند. به منظور کاهش تعداد اجزاء مبدل، برخی از اجزاء نقش­های چند­گانه بازی می­کنند. بنابراین وسیله ذخیره­ساز انرژی (باتری) توسط همان اجزای مدار انتقال توان، شارژ می­شود. در این مبدل، تکنیک سلف کوپل شده برای افزایش بهره ولتاژ مورد استفاده قرار می­گیرد و برای کاهش اثر سلف نشتی و فراهم شدن شرایط سوئیچینگ نرم، دو مدار کلمپ اکتیو به­کار گرفته می­شود. از آنجا که ولتاژ روی سوئیچ­ها محدود شده است، سوئیچ­ها با استرس ولتاژ کم و نتیجتاً تلفات هدایت پایین کار می‎کنند. با اضافه کردن یک سلف در ورودی مبدل، ریپل جریان ورودی کاهش پیدا می‎کند که در عملکرد و طول عمر سلول­های خورشیدی تاثیر چشم­گیری دارد. حالت­های مختلف عملکرد مبدل مورد بررسی قرار گرفته و ملاحظات طراحی ارائه شده است. یک مبدل نمونه برای تامین بار 130 وات 330 ولت با فرکانس سوئیچینگ 50 کیلوهرتز، در نرم‎افزار ارکد شبیه­سازی و سپس نمونه­ آزمایشگاهی پیاده­سازی شده و تحلیل تئوری با نتایج آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

بهره ولتاژ بالا؛ سلول فتوولتاییک؛ سوئیچینگ نرم؛ مبدل

سایر فایل های مرتبط با مقاله

1886-Extended Abstract.pdf

مراجع

[1] R. Faraji, H. Farzanehfard, "Soft-switched non-isolated high step-up three-port dc-dc converter for hybrid energy systems", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 33, no. 12, pp. 10101-10111, Dec. 2018 (doi: 10.1109/TPEL.2018.2791840).

[2] R. Faraji, H. Farzanehfard, G. Kampitsis, M. Mattavelli, E. Matioli, M. Esteki, "Fully soft-switched high step-up non-isolated three-port dc-dc converter using GaN HEMTs", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 67, no. 10, pp. 8371-8380, Oct. 2020 (doi: 10.1109/TIE.2019.2944068).

[3] R. Faraji, E. Adib, H. Farzanehfard, "Soft-switched non-isolated high step-up multi-port dc-dc converter for hybrid energy system with minimum number of switches", Electrical Power and Energy Systems, vol. 106, pp. 511-519, March 2019 (doi:10.1016/j.ijepes.2018.10.038).

[4] K.R. Kothapalli, M.R. Ramteke, H.M. Suryawanshi, N.K. Reddi, R.B. Kalahasthi, "A coupled inductor based high step-up converter for dc microgrid applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 68, no. 6, pp. 4927-4940, June 2021 (doi: 10.1109/TIE.2020.2992019).

[5] K. Zaoskoufis, E.C. Tatakis, "Isolated ZVS-ZCS dc-dc high step-up converter with low-ripple input current", IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, vol. 2, no. 4, pp. 464-480, Oct. 2021 (doi: 10.1109/JESTIE.2021.3063913).

[6] M. Shahabi, S.H. Fathi, S. Salehi-Dobakhshari, "A novel SEPIC-based quasi-resonant high step-up dc/dc converter with soft-switching", Proceeding of the IEEE/PEDSTC, pp. 1-7, Tabriz, Iran, Feb. 2021 (doi: 10.1109/PEDSTC52094.2021.9405865).

[7] G. Zhou, Q. Tian, L. Wang, "Soft-Switching High Gain Three-Port Converter Based on Coupled Inductor for Renewable Energy System Applications", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 69, no. 2, pp. 1521-1536, Feb. 2022 (doi: 10.1109/TIE.2021.3060614).

[8]  K. Varesi, S.H. Hosseini, M. Sabahi, E. Babaei, S. Saeidabadi, N. Vosoughi, "Design and analysis of a developed multiport high step-up dc-dc converter with reduced device count and normalized peak inverse voltage on the switches/diodes", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 34, no. 6, pp. 5464-5475, June 2019 (doi: 10.1109/TPEL.2018.2866492).

[9] P. Mohseni, S.H. Hosseini, M. Sabahi, T. Jalilzadeh, M. Maalandish, "A new high step-up multi-input multi-output dc-dc converter", IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 66, no. 7, pp. 5197-5208, July 2019 (doi: 10.1109/TPEL.2018.2866492, July 2019).

[10] B. Zhu, Q. Zeng, Y. Chen, Y. Zhao, S. Liu, "A dual-input high step-up dc-dc converter with ZVT auxiliary circuit",  IEEE Trans. on Energy Conversion, vol. 34, no. 1, pp. 161-169, March 2019 (doi: 10.1109/TEC.­2018­.28­76303).

[11] M. Dhivya, P. Shanmugapriya "A high step-up three-port SEPIC & zeta converter for stand-alone photovoltaic systems", Proceeding of the IEEE/ICCPEIC, pp. 419-424, Melmaruvathur, India, April 2016 (doi: 10.1109/ICCPEIC.2016.7557267).

[12] H. Khoramikia, M. Heydari, S.M. Dehghan, "A new three-port non-isolated dc-dc converter for renewable energy sources application", Proceeding of the IEEE/ICEE, pp. 1101-1106, Mashhad, Iran, May 2018 (doi: 10.1109/ICEE.2018.8472538).

[13] D.B.S. Alves, P. Praca, D.S. Oliviera, L.H. Barreto, L.C.G. de Freitas, "A single-stage three-port boost converter with high voltage gain based on the bidirectional version of the three-state switching cell", Proceeding of the IEEE/APEC, pp. 1934-1940, Cahrlotte, NC, USA, March 2015 (doi: 10.11­09/A­PEC.­20­15.­7104611).

[14] Z. Saadatizadeh, E. Babaei, F. Blaabjerg, C. Cecati, "Three-port high step-up and high step-down dc-dc conventer with zero input current ripple", IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 36, no. 2, pp. 1804-1813, Feb. 2021 (doi: 10.1109/TPEL.2020.3007959).

[15] M. Shahsavari, S.M.M. Mirtalaei, "Design and implementation of a non-isolated multi-port converter with high voltage gain", Journal of Intelligent Procedures in Electrical Technology, vol. 12, no. 46, pp. 33-48, Summer 2021 (in Persian), (dor: 20.1001.1.23223871.1400.12.2.3.1).