Skip to main content
SUPERVISOR
Ehsan Adib,Hossein Farzanehfard
احسان ادیب (استاد راهنما) حسین فرزانه فرد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Behnam Fazlali
بهنام فضلعلی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1392

TITLE

Performance Improvement of Single Phase Transfomer-less PV Inverters With DC-Decoupling
Renewable energy plays an important role toreplace traditional natural resources such as fuel and coal as the energydemand is increasing due to the rapid increase of the human population andfast-growing industries. Photovoltaic (PV) energy has recently become a commoninterest of research because it is free, green, and inexhaustible. Meanwhile thetransformer-less grid connected PV inverters are manifested to offer thebenefits of lower cost, higher efficiency, smaller size, and weight. However, agalvanic connection is formed between the power grid and the PV module when thetransformer is omitted. Therefore, a varying CM voltage is generated; as aresult, leakage current flows through the loop consisting of the parasiticcapacitors, the filter inductors, the bridge, and the utility grid. Thisleakage current can compromise their higher efficiency. So the low leakagecurrent and high efficiency are two crucial points in transformer-less PVsystems. In recent years some efforts have been made toimprove the efficiency of these PV inverters by reducing switching losses viaZVT and ZCT techniques considering leakage current limitations. This researchwork engages in single phase transformer-less PV inverters which are facing twocrucial as well as intrinsic challenges of efficiency and leakage current. Themain focus of this dissertation is to find the novel solutions for improving theperformance of these inverters by taking into account the limitations and ofcourse with minimum effects on leakage current characteristics. Following thesegoals, this work presents quasi-resonant DC-Link transformer-less PV inverters,utilizing dc-decoupling topologies. The proposed quasi-resonant auxiliary circuits areapplied to H6 and H5 structures and the expectations are met according to calculationsand simulation reports. Finally a 20 kHz 1-kWuniversal prototype is built and operation characteristics, soft switchingconditions and efficiency improvement of proposed QRDCL transformer-less PVinverters are verified.
اینورترهایPV بدونترانسفورمر به دلیل مزیت های بازدهی بیشتر، چگالی توان بالاتر، هزینه کمتر وپیچیدگی کمتر در مقایسه با اینورترهای دارای ترانسفورمر، در سال های اخیر توجهبیشتری را هم در حوزه صنعت و هم تحقیقات به خود جلب کرده اند. ایمنی و تلفات سیستم مهمترین نگرانیدر مورد سیستم های PV بدون ترانسفورمر است که یکی از مهمترین عوامل تاثیر گذار در آنجریان پارازیتی موسوم به جریان نشتی زمین در این سیستم هاست. برای کاهش جریان نشتیتا حد استاندارد از پیکربندی های مختلف و با تکنیک های مدولاسیون متنوع در سیستمهای PV بدونترانسفورمر استفاده می شود تا با ایجاد ولتاژ مد مشترک ثابت ، جریان نشتی را کاهشدهد. در کنار بحث جریان نشتی موضوع حفظ و افزایش بازدهی از نکات مهم در این میدل هاست.در واقع بازدهی بالا یکی از عوامل حرکت به سمت این ساختارها بوده و پارامتر مهمیدررتبه بندی مبدل هایPV بدون ترانسفورمر به شمار می رود. نگاهی به تحقیقات صورت گرفته درسالهای اخیر نشان می دهد که تلاشهایی برای بهبود کارایی این مبدلها از طریق حذف ویا کاهش تلفات کلیدزنی با در نظر گرفتن محدودیت های جریان نشتی صورت گرفته است. بهعنوان مثال برای ایجاد وضعیت کلیدزنی نرم از تکنیک های ZVT و ZCT استفاده شده است. این تحقیق به موضوع مبدل های PV بدون ترانسفورمر تکفاز می‌پردازد. مبدل هاییکه دو چالش مهم والبته ذاتی، یعنی جریان نشتی و بازدهی را پیش روی خود می بینند.دو چالشی که به صورت مستقیم و غیر مستقیم در تقابل با هم قرار می گیرند و تحقیقاتبرای بهبود توامان هر دو پارامتر از موضوعات روز این مبدل ها به شمار می رود. عمده‌یتمرکز این رساله یافتن راه‌حل‌های نوین از منظر تئوری و کاربردی برای بهبود کاراییدر اینورترهای PV بدون ترانسفورمر با در نظر گرفتن محدودیت ها و با کمترین تاثیر برروی مشخصه جریان نشتی این مبدل هاست. در راستای پیگیری اهداف رساله، پس از بررسیراهکارهایی که تا کنون ارائه شده شامل روشهای پیشنهادی جهت کاهش جریان نشتی وساختارهای ایجاد کلیدزنی نرم در اینورترهای PV بدون ترانسفورمر، ایده لینک DC شبه رزنانسی به جهت بهره گیری در مبدل های PV با قابلیت جداسازی DC مورد توجه قرار گرفته و مزایای استفاده ازاین روش در کنار موانع موجود از منظر تشدید جریان نشتی مورد ارزیابی واقع شده است.در ابتدا مبدل H6 با مدار کمکی لینک DC شبه رزنانسی پیشنهاد شده است. سپس با کاهش تعداد راه انداز گیت درمدار کمکی، مبدل H6 با مدار کلمپ و لینک DC شبه رزنانسی ارائه می شود که بهبود در مدار کمکی و جریان نشتی رابه همراه دارد. در ادامه ایده لینک DC شبه رزنانسی به مبدل H5 تعمیم داده شده و روشی برای مدار H5 با لینک DC شبیه رزنانسی پیشنهاد شده است که مشکل تشدیدجریان نشتی را مرتفع می کند. در پایان با ترکیب ترانسفورمر فوروارد و لینک DC شبه رزنانسی مبدل H5 با مدار کمکی بهبود یافته با تنها یک کلیدکمکی و بدون تاثیر بر جریان نشتی پیشنهاد شده است. در تمامی مراحل فوق صحت عملکردمدار در حصول کلیدزنی نرم و حفظ مشخصه جریان نشتی علاوه بر شبیه سازی با پیاده سازیعملی تایید شده و در نتایج ارائه شده قابل ملاحظه است.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی