Розгляд DC/DC конвертора для фотовольтаїки з м’якою комутацією з ланкою інвертора струму за модифікованою нульовою схемою

Автор(и)

  • Володимир Вікторович Івахно Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0002-2122-6151
  • Володимир Васильович Замаруєв Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Україна https://orcid.org/0000-0003-0598-5673
  • Олександр Андрійович Плахтій Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-1535-8991
  • Володимир Павлович Нерубацький Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0002-4309-601X
  • Марина Віталіївна Філіп’єва Український державний університет залізничного транспорту, Україна https://orcid.org/0000-0001-6499-7493

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.310800

Ключові слова:

фотоенергетичні системи, DC/DC перетворювач, інвертор струму, інвертор напруги, MOSFET, діод Шотткі, м’яка комутація, статичні втрати, MATLAB/Simulink

Анотація

Об’єктом дослідження є дволанковий перетворювач постійної напруги (DC/DC конвертор). У роботі дається оцінка параметрів силової частини DC/DC конвертора з трансформаторною гальванічною розв’язкою, призначеного для передачі енергії сонячної батареї до мережі постійної напруги 400 В з можливістю підтримки опції maximum power point tracker (MPPT). Первинна ланка перетворювача має топологію інвертора струму за нульовою схемою з додатковим ключем, який встановлено між спільною точкою первинних напівобмоток трансформатора та спільною точкою ключа первинної ланки. Ключі первинної ланки виконані як послідовне з’єднання транзисторів MOSFET і діодів Шотткі. Вторинна ланка перетворювача має традиційну топологію напівмостового інвертора напруги на MOSFET. В роботі описаний спеціальний алгоритм розділеної комутації, який забезпечує бездисипативне снаберне вмикання ключів інвертора струму та природне їх вимикання у режимі нулів струмів (zero current switching, ZCS). Роль снабера у цьому випадку виконує індуктивність розсіяння трансформатора. Для ключів інвертора напруги вмикання є природним в нулях напруги (zero voltage switching, ZVS). Роль бездисипативних ємнісних снаберів вимикання можуть виконувати власні вихідні ємності MOSFET. Суть цього алгоритму полягає у створенні затримки між моментом примусового вмикання основного ключа первинної ланки та моментом примусового вимикання транзистора вторинної ланки. Має місце також невеличкий інтервал повернення енергії у вхідне джерело. Регулювання перетворювача для реалізації МРРТ може здійснюватися шляхом регулювання співвідношення відносних до тривалості напівперіоду частоти перетворення тривалостей провідного стану основного та додаткового ключів первинної ланки. Здійснено вибір типів ключів, дана оцінка потужності статичних втрат у ключах перетворювача, проведено імітаційне моделювання процесів у середовищі MATLAB/Simulink, яке підтвердило теоретичні висновки та наявність режимів м’якої комутації ключів

Біографії авторів

Володимир Вікторович Івахно, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Доктор технічних наук, доцент, професор

Кафедра промислової та біомедичної електроніки

Володимир Васильович Замаруєв, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»

Кандидат технічних наук, доцент, професор

Кафедра промислової та біомедичної електроніки

Олександр Андрійович Плахтій, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Володимир Павлович Нерубацький, Український державний університет залізничного транспорту

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Марина Віталіївна Філіп’єва, Український державний університет залізничного транспорту

Аспірант

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Посилання

  1. Renewables 2023 (2024). International Energy Agency. Available at: https://www.iea.org/reports/renewables-2023 Last accessed: 01.06.2024
  2. Ramasamy, V., Feldman, D., Desai, J., Margolis, R. (2021). U.S. Solar Photovoltaic System and Energy Storage Cost Benchmarks: Q1 2021. Golden: National Renewable Energy Laboratory. Available at: https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/80694.pdf Last accessed: 01.06.2024
  3. Kholousi, M., Elhami, M., Tohidi, S. (2023). High Step Down/Step Up Full Soft Switching Bidirectional DC-DC Converter Without Auxiliary Switches. 2023 14th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC). Babol. https://doi.org/10.1109/pedstc57673.2023.10087090
  4. Zeng, Y., Li, H., Du, H., Qiu, Z., Chen, Z. (2021). A Single-Switch Capacitor Clamped Non-Resonant Linear Soft-Switching DC-DC Converter. 2021 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). Vancouver, 1757–1761. https://doi.org/10.1109/ecce47101.2021.9595650
  5. Hajilou, M., Farzanehfard, H. (2022). Soft Switched Non-Isolated High Step-up DC-DC Converter Based on Combination of Buck-Boost and Switched Resonator Converters. 2022 13th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC). Tehran, 287–293. https://doi.org/10.1109/pedstc53976.2022.9767210
  6. Reshma, T. M., Renjini, G. (2016). PWM control of soft-switched single switch isolated DC-DC converter. 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT). Chennai, 301–306. https://doi.org/10.1109/iceeot.2016.7755238
  7. Singh, J. P., Kumar, S. S., Kumar, D., Lalitha, A. S. (2022). A Soft Switching Boost DC-DC Converter Based on ZVS for Vehicle to Grid Applications with Enhanced Efficiency. 2022 IEEE Region 10 Symposium (TENSYMP). Mumbai. https://doi.org/10.1109/tensymp54529.2022.9864523
  8. Yi, L., Wang, L., Wang, X., Yang, S. (2016). Analysis of soft switch of DC/DC boost converter based on new device. 2016 International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, Ship Propulsion and Road Vehicles & International Transportation Electrification Conference (ESARS-ITEC). Toulouse. https://doi.org/10.1109/esars-itec.2016.7841343
  9. Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Mykhalkiv, S., Hordiienko, D., Shelest, D., Khomenko, I. (2021). Research of Energy Characteristics of Three-Phase Voltage Source Inverters with Modified Pulse Width Modulation. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). Kharkiv, 422–427. https://doi.org/10.1109/khpiweek53812.2021.9570071
  10. Reshma, T. M., Renjini, G. (2016). PWM control of soft-switched single switch isolated DC-DC converter. 2016 International Conference on Electrical, Electronics, and Optimization Techniques (ICEEOT). Chennai, 301–306. https://doi.org/10.1109/iceeot.2016.7755238
  11. Azadeh, Y., Babaei, E., Sabahi, M., Fard, A. Y. (2018). Soft commutated soft-two-switch DC/DC converter. 2018 IEEE 12th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG 2018). Doha. https://doi.org/10.1109/cpe.2018.8372601
  12. Meban, B., Donoghue, T. O., Murdoch, L. (2023). Global Market Outlook for Solar Power 2023–2027. SolarPower Europe. Available at: https://www.solarpowereurope.org/insights/outlooks/global-market-outlook-for-solar-power-2023-2027/detail Last accessed: 01.06.2024
  13. Sokol, Ye., Honcharov, Yu., Ivakhno, V., Zamaruiev, V., Styslo, B., Mezheritskij, M. et al. (2014). Using the separated commutation in two-stage dc/dc converter in order to reduce of the power semiconductor switches dynamic losses. Energy saving. Power engineering. Energy audit. Spets. vyp.: Sylova elektronyka ta enerhoefektyvnist, 2 (9), 55–69.
  14. Ivakhno, V., Zamaruiev, V., Styslo, B., Blinov, A. (2019). Experimental Verification of a Two-Stage Bidirectional DC/DC Converter with Separated Commutation and Asymmetrical Structure of Current-Source Stage. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). Lviv, 369–374. https://doi.org/10.1109/ukrcon.2019.8879821
  15. Ivakhno, V., Zamaruiev, V., Styslo, B., Blinov, A., Vinnikov, D., Kosenko, R. (2020). Wide ZVS Range Full-Bridge DC-DC Converter with Quasi-Resonant Switching. 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 317–322. https://doi.org/10.1109/ieps51250.2020.9263222
  16. Blinov, A., Vinnikov, D., Ivakhno, V. (2014). Full soft-switching high step-up dc-dc converter for photovoltaic applications. Proceedings of the 16th Conference on Power Electronics and Applications, EPE’14-ECCE Europe. Lappeenranta, 1–7. https://doi.org/10.1109/epe.2014.6911013
  17. PNGNH60-B8 470-500W 182 (2023). Hefei Pinergy Solar Technology Co., Ltd. Available at: https://www.pnsolarpv.com/storage/uploads/mp4/202309/05/1693897277_6v6kjrd0ZQ.pdf Last accessed: 01.06.2024
  18. High Performance Schottky Rectifier, 8 A (2023). Vishay Semiconductors. Available at: https://www.vishay.com/docs/96265/vs-8tq060-m3.pdf Last accessed: 01.06.2024
  19. N-Channel 150 V (D-S) MOSFET (2022). Vishay Siliconix. Available at: https://www.vishay.com/docs/62048/sir5710dp.pdf Last accessed: 01.06.2024
  20. E Series Power MOSFET (2021). Vishay Siliconix. Available at: https://www.vishay.com/docs/92105/siha180n60e.pdf Last accessed: 01.06.2024
  21. Naayagi, R. T., Shuttleworth, R., Forsyth, A. J. (2011). Investigating the effect of snubber capacitor on high power IGBT turn-off. 2011 1st International Conference on Electrical Energy Systems, 50–55. https://doi.org/10.1109/icees.2011.5725301
Consideration of DC/DC converter for photovoltaics with soft switching with modified push-pull current source inverter circuit

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-08-31

Як цитувати

Івахно, В. В., Замаруєв, В. В., Плахтій, О. А., Нерубацький, В. П., & Філіп’єва, М. В. (2024). Розгляд DC/DC конвертора для фотовольтаїки з м’якою комутацією з ланкою інвертора струму за модифікованою нульовою схемою. Technology Audit and Production Reserves, 4(1(78), 51–57. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.310800

Номер

Том 4 № 1(78) (2024): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Технології та системи енергопостачання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Volodymyr Ivakhno, Volodymyr Zamaruiev, Oleksandr Plakhtiy, Vоlоdymyr Nеrubаtskyі, Maryna Filipieva

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.