Cancelación armónica del convertidor CC / CA suministrado por PV sin estabilización

kqbghdlaqfhwReseña1 de Diciembre de 2021

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Ioannis D. Bouloumpasis y col. / IFAC-PapersOnLine 49-27 (2016) 035–040

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IFAC-PapersOnLine 49-27 (2016) 035–040

Cancelación armónica del convertidor CC / CA suministrado por PV sin estabilización

Condensadores de entrada

Ioannis D. Bouloumpasis *, Panagis N. Vovos *, Konstantinos G. Georgakas *, Nicholas A. Vovos *

* Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Laboratorio de Sistemas de Energía, Universidad de Patras, Panepistimioupoli, Patras, Rio GR26500, Grecia (correos electrónicos: bouloumpasis@ece.upatras.gr, panagis@upatras.gr, kgeorgakas@upatras.gr, navovos@ece.upatras.gr.

Resumen: En este artículo se investiga el rendimiento de cancelación de armónicos de un convertidor de potencia, suministrado por matrices fotovoltaicas (PV). El convertidor de potencia consta de un convertidor buck-boost dc-dc conectado en serie con un inversor de intercambio de polaridad de puente completo. Debido a la forma específica de funcionamiento del convertidor, se producen ondulaciones en el voltaje de salida de PV. En consecuencia, existe una distorsión armónica en la tensión de salida del convertidor, que empeora cuando se suministra una carga no lineal. Este fenómeno se mitiga mediante el método de cancelación de armónicos propuesto. Por lo tanto, se evita el uso de condensadores estabilizadores voluminosos en la entrada de CC del convertidor o filtros en la salida de CA del convertidor. Se explica el método de compensación de armónicos y se verifica su idoneidad en tales aplicaciones mediante resultados experimentales.[pic 1]

Convertidor de potencia, matrices fotovoltaicas, reducción de armónicos, convertidor reductor-elevador, condensadores estabilizadores.

[pic 2]

1. INTRODUCCIÓN A pesar de sus ventajas, este convertidor extrae energía de la fuente de CC

Hoy en día, la preocupante situación ambiental ha llevado a un uso creciente de Fuentes de Energía Renovable (FER) (PV, turbinas eólicas) y fuentes de energía alternativas (Pilas de Combustible (FC), micro turbinas) (Yang y Blaaberg, 2015). Este tipo de generación tiene muchas ventajas, como la producción de energía limpia con baja huella ambiental. Sin embargo, la mayoría de estas fuentes producen, directa o indirectamente (a través de una etapa de rectificación), tensión continua. Como resultado, los inversores electrónicos de potencia son necesarios para la conexión a la red o para la alimentación de carga de CA. La electrónica de potencia puede permitir técnicas de control más sofisticadas y robustas, pero presenta algunas desventajas. Es decir, la operación de conmutación de sus semiconductores causa una distorsión armónica en su forma de onda de salida, lo que resulta en una mala calidad de energía para el usuario final (Blaaberg et al, 2014). Por esta razón, se han adoptado muchas técnicas para mitigar este problema (Spertino y Graditi, 2014). La forma más común es utilizar filtros pasivos, pero de esta manera el sistema se vuelve más caro y menos eficiente (Prasad et al, 2008).

En este trabajo, el convertidor de potencia se utiliza como filtro de potencia activa, de modo que la distorsión armónica de la tensión de salida se compensa entre límites aceptables. Este convertidor consta de un convertidor buck-boost dc-dc conectado en serie con un inversor de intercambio de polaridad simple (Madouh et al, 2012). La principal ventaja de esta topología es que la frecuencia de conmutación del inversor es baja, por lo que sus pérdidas de conmutación son insignificantes (Bouloumpasis et al, 2014). De esta manera, las pérdidas de conmutación se limitan a las del convertidor reductor-elevador, que funciona a alta frecuencia, lo que da como resultado una mayor eficiencia en comparación con convertidores de potencia similares que utilizan diferentes métodos (Kim et al, 2010).

[pic 3][pic 4]de forma no lineal. Especialmente cuando la fuente de CC es una matriz FV, los instantes de tiempo en que el convertidor requiere una gran corriente de la matriz FV, el voltaje de salida de la matriz desciende de acuerdo con su forma de onda característica VI. Como resultado, el voltaje de entrada de CC del convertidor se ondula, lo que lleva a una corriente de salida de CA ondulada, lo que aumenta la distorsión armónica total (THD). En caso de que el convertidor suministre una carga no lineal, la distorsión armónica se deteriorará aún más. Existen problemas similares en los sistemas fotovoltaicos que utilizan

Convertidores de modulación de ancho de pulso sinusoidal (SPWM).

En los sistemas convencionales, los condensadores voluminosos se conectan a la entrada del convertidor para mitigar este problema, aumentando el costo y la vulnerabilidad del sistema (Kerekes et al, 2011). En este artículo se utiliza en su lugar una técnica de inyección armónica espejo. En este método se obtiene el contenido armónico exacto de la tensión de salida del convertidor y se inyectan los armónicos espejo requeridos, que tienen la misma amplitud pero un desfase de 180 ° de los obtenidos. De esta forma, el voltaje de salida THD se reduce por debajo de los límites aceptables (Georgakas et al, 2014).

El resto de este documento es el siguiente: en la Sección 2, se explica el funcionamiento del convertidor de potencia. En la Sección 3, se analiza el método de compensación armónica seguido. En la Sección 4, se presentan los resultados experimentales. En la Sección 5, se extraen conclusiones.

FUNCIONAMIENTO DEL CONVERTIDOR

En esta sección se analiza la topología y el funcionamiento de las unidades individuales del convertidor de potencia utilizado. La topología del convertidor utilizada se muestra en la figura 1.

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10.1016 / j.ifacol.2016.10.698

El voltaje de CC producido por una fuente de CC se alimenta a un convertidor reductor-elevador que funciona a alta frecuencia (20 KHz). El voltaje de salida de Buckboost es una forma de onda sinusoidal rectificada, que tiene el mismo valor rms que el voltaje de la red. Este voltaje se alimenta al inversor de intercambio de polaridad de puente completo que opera a la frecuencia de la red (50 Hz). El funcionamiento del convertidor en baja frecuencia es una de las principales ventajas que presenta esta topología, ya que combina un bajo contenido de armónicos con bajas pérdidas de conmutación. Es posible que se necesite o no un transformador elevador, según el voltaje de entrada de la fuente de CC.

2.2 Funcionamiento del inversor

Muestra: (a) voltaje de salida reductor-impulso, (b) S1, S4 pulsos de

Vcorriente continua[pic 5][pic 6]

semiconductores, (c) S2, S3 pulsos de semiconductores, (d) voltaje de salida del inversor.

INVERSOR BUCK-BOOST FUENTE DC

Fig.1 Topología del convertidor utilizado.

2.1 Funcionamiento del convertidor reductor-elevador

ciclo de trabajo D se calcula constantemente bajo la frecuencia mencionada anteriormente por (1), utilizando la técnica de Modulación de Ancho de Pulso (PWM) (Ribeiro et al, 2012).

= [pic 7]dc, fuera (1)

dc, salida + dc, entrada

Fig. 3. (a) Voltaje de salida de Buck-boost, (b) S1, S4 legumbres, (c) S2, S3 pulsos, (d) Voltaje de salida del inversor.

3. MÉTODO DE CANCELACIÓN DE ARMÓNICOS

La generación del componente armónico requerido es factible mediante la modulación de pulso adecuada del convertidor reductor-

dónde DC en es el voltaje producido por la fuente de cd. dc, fuera es una forma de onda de voltaje que depende del voltaje de salida del inversor y se analiza en detalle a continuación. Esencialmente una forma de onda se produce, que se compara con una forma de onda triangular de 20 KHz. Mediante esta comparación se generan los pulsos adecuados para el funcionamiento del convertidor reductor-elevador. Varias señales que se utilizan en aplicaciones de conversión (por ejemplo, cancelación de armónicos) se agregan a una onda sinusoidal a la frecuencia de la red. La señal total se rectifica y representa dc, fuera En 1). La figura 2 muestra formas

de onda típicas de creación de pulsos para el convertidor reductorelevador. La figura 2 (a) muestra laVdc, fuera creado por el convertidor reductor-elevador. Este voltaje es el que será invertido por el inversor de intercambio de polaridad. La figura 2 (b) muestra la comparación de la forma de onda portadora resultante (D), con el triángulo de referencia, de modo que se obtienen los pulsos que controlan el convertidor reductorelevador, como se muestra en la fig. 2 (c).

elevador. La idea clave es que una generación adecuada de impulsos de disparo conducirá al convertidor a crear una forma de onda que contenga el contenido armónico de espejo de corriente adecuado, lo que resultará en una cancelación de armónicos. Los pulsos de disparo de Buck-boost se crean inicialmente mediante la comparación de la señal de voltaje de la red rectificada y el triángulo de referencia de 20 KHz, teniendo en cuenta el ciclo de trabajo.D del convertidor buckboost, dado por (1). Se realiza un análisis FFT de la distorsión armónica en la salida del inversor. Los armónicos de espejo de esa distorsión, que tienen la misma frecuencia y amplitud pero un cambio de fase de 180 °, se agregan a la señal sinusoidal de 50 Hz durante la modulación de generación de pulsos. Tras la inyección de armónicos espejo, se vuelve a realizar FFT para que se obtenga información sobre la alternancia del contenido armónico (Bouloumpasis et al, 2015).

La topología del convertidor reductor-elevador se muestra en la fig. 1. El

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