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

الموضوعات :

سمیه گشتاسبی ¹ (دانشکده مهندسی برق- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران)
فریبرز حقیقت دار فشارکی ² (مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران)
سید محمد مهدی میرطلائی ³ (مرکز تحقیقات ریزشبکه های هوشمند- واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران)

تاريخ الإرسال : 11 الإثنين , جمادى الأولى, 1444 تاريخ التأكيد : 10 السبت , رمضان, 1444 تاريخ الإصدار : 19 الخميس , جمادى الأولى, 1446

الکلمات المفتاحية: مبدل, سوئیچینگ نرم, بهره ولتاژ بالا, سلول فتوولتاییک,

ملخص المقالة :

در چند دهه اخیر، به دلایل مختلفی از جمله بحران انرژی و مشکلات زیست محیطی، منابع انرژی تجدید پذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته اند. سیستم های خورشیدی یا فتوولتاییک به عنوان یکی از پرکاربرد ترین منابع انرژی تجدید پذیر، دارای ولتاژ خروجی پایینی هستند. به همین دلیل اخیراً تحقیقات بر روی مبدل های dc-dc بهره ولتاژ بالا در تولید برق خورشیدی افزایش یافته است. در این مقاله یک مبدل بهره ولتاژ بالای غیر ایزوله با سه درگاه ورودی-خروجی پیشنهاد شده که دو مسیر جداگانه برای شارش توان از هر منبع ورودی به بار خروجی را فراهم می کند. به منظور کاهش تعداد اجزاء مبدل، برخی از اجزاء نقش های چند گانه بازی می کنند. بنابراین وسیله ذخیره ساز انرژی (باتری) توسط همان اجزای مدار انتقال توان، شارژ می شود. در این مبدل، تکنیک سلف کوپل شده برای افزایش بهره ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد و برای کاهش اثر سلف نشتی و فراهم شدن شرایط سوئیچینگ نرم، دو مدار کلمپ اکتیو به کار گرفته می شود. از آنجا که ولتاژ روی سوئیچ ها محدود شده است، سوئیچ ها 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 سلول های خورشیدی تاثیر چشم گیری دارد. حالت های 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 شبیه سازی و سپس نمونه آزمایشگاهی پیاده سازی شده و تحلیل تئوری با نتایج آزمایشگاهی مورد تایید قرار گرفته است.

المصادر:

[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).