THD Reduction of Inverters in Photovoltaic Power Systems

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorFedin, I. S.
dc.contributor.authorTereshchenko, T. O.
dc.contributor.authorYamnenko, J. S.
dc.date.accessioned2022-11-21T12:54:27Z
dc.date.available2022-11-21T12:54:27Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenPhotovoltaic power systems are quite common in modern consumer power systems. Alongside the power sources, converters for photovoltaic energy systems made their own evolution path that was defined by two main require-ments that have to be fulfilled: maximization of the power source usage and provision of the output voltage THD ratio on the levels defined by international standards. In modern power systems z-/quasi-z- source inverters are commonly used due to their ability to maintain system operation in maximum power point of the solar panel without the implementation of the additional devices. THD ratios of these topologies exceed the limits defined by international standards therefore they have to be reduced. This article is devoted to determination, comparison, and discussion of THD reduction methods for the PV power system’s inverters. In the practical part of the article three inverter topologies, quasi-z-source, three-level cascaded quasi-z-source and three-level cascaded inverter in which output cell’s voltages are defined by the desirable output voltage decomposition result achieved by the orthogonal transformation were developed and simulated in Simulink model-ing environment as the models that represent different approaches on THD ratio reduction. As a result of simulation output voltages waveform, their spectra, and THD ratio for each model were obtained. According to them, three-level cascaded z-source inverter which output cell’s voltages are defined by the desirable output voltage decomposition results achieved by the orthogonal transformation could provide the lowest THD ratio among considered devices. In conclusion to the study based on the advantages and drawbacks of each THD reduction method, outlined in the discussion section, the combination of cascaded multilevel topology implementation with size-reduced passive output filter was chosen as a solution that will simultaneously allow to achieve proper values of THD ratio, reduce the size of an output filter and avoid excessive sophisti-cation of inverter’s control system. As potentially perspective fields of research were defined modernization of control algo-rithms, stabilization of the multilevel inverters cell’s output voltage of and further research of the methods that are based on the mathematical determination of the cell’s output voltage and their implementation possibility in cascaded multilevel z-/quasi-z-topologies. This could result in their wider implementation and popularization in future converter devices that might lead to the future complete elimination of the passive filters from the upcoming schematics due to the lack of the additional output voltage filtering necessity.uk
dc.description.abstractukАнотація—Використання сонячних панелей широко розповсюджене при побудові сучасних користувацьких си-стем електроживлення. Поряд з безпосереднім розвитком сонячних джерел електроживлення власного еволюцій-ного 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 сис-темах 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 сис-тем 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 застосу-вання 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 обгово-рення, застосування каскадної багаторівневої топології у поєднанні зі зменшеним за габаритними розмірами паси-вним фільтром визначено методом, що робить можливим одночасне досягнення необхідного значення коефіцієнту нелінійних спотворень, зменшення розмірів вихідного фільтру та відсутність додаткового ускладнення будови сис-тем керування. Перспективним напрямком подальшого розвитку тематики зниження КНС вихідної напруги сис-тем електроживлення з сонячними панелями визначено дослідження в сфері модернізації систем керування, стабі-лізації 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 можли-вість 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.uk
dc.format.pagerangeС. 18-24uk
dc.identifier.citationFedin, I. S. THD Reduction of Inverters in Photovoltaic Power Systems / I. S. Fedin, T. O. Tereshchenko, J. S. Yamnenko // Мікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал. – 2020. – Т. 25, № 2(115). – С. 18-24. – Бібліогр.: 19 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.207543
dc.identifier.orcid0000-0003-0264-5067uk
dc.identifier.orcid0000-0003-4009-2854uk
dc.identifier.orcid0000-0002-9796-6420uk
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/51152
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.sourceМікросистеми, Електроніка та Акустика : науково-технічний журнал, 2020, Т. 25, № 2(115)uk
dc.subjectz-source invertersuk
dc.subjectrenewable power systemsuk
dc.subjectcascaded multilevel invertersuk
dc.subjectTHD ratiouk
dc.subjectoutput voltage qualityuk
dc.subjectінвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному коліuk
dc.subjectсистеми електроживлення з відновлювальними джереламиuk
dc.subjectкаскадні багаторівневі інверториuk
dc.subjectкоефіцієнт нелінійних спотвореньuk
dc.subjectякість вихідної напругиuk
dc.subject.udc621.314.58uk
dc.titleTHD Reduction of Inverters in Photovoltaic Power Systemsuk
dc.title.alternativeЗниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелямиuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
MEA_2_2020_p18-24.pdf
Розмір:
930.88 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
1.71 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Мікросистеми, Електроніка та Акустика: науково-технічний журнал, Т. 25, № 2(115)