Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями

Photovoltaic power systems are quite common in modern consumer power systems. Alongside with the power sources, converters for photovoltaic energy systems made their own evolution path that was defined by two main requirements that have to be fulfilled: maximization of the power source usage and pro...

Full description

Bibliographic Details
Main Authors: Ihor Serhiiovych Fedin, Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko, Yuliia Serhiivna Yamnenko
Format: Article
Language:English
Published: Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute 2020-08-01
Series:Mìkrosistemi, Elektronìka ta Akustika
Subjects:
Online Access:http://elc.kpi.ua/article/view/207543
id doaj-bbc8411d8be046b0a2523d8eb3d94c4d
record_format Article
spelling doaj-bbc8411d8be046b0a2523d8eb3d94c4d2021-02-02T13:24:25ZengIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic InstituteMìkrosistemi, Elektronìka ta Akustika2523-44472523-44552020-08-01252182410.20535/2523-4455.mea.207543207543Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелямиIhor Serhiiovych Fedin0Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko1Yuliia Serhiivna Yamnenko2Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»Photovoltaic power systems are quite common in modern consumer power systems. Alongside with the power sources, converters for photovoltaic energy systems made their own evolution path that was defined by two main requirements 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 ratio of these topologies exceeds the limits defined by international standards therefore it has 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 which output cell’s voltages is defined by the desirable output voltage’s decomposition results achieved by orthogonal transformation were developed and simulated in Simulink environment as the models that represent different approaches on quasi-z-source THD ratio reduction. As a result of simulation output voltages waveform spectra and THD ratio for each model were obtained. According to them, a three-level cascaded z-source inverter in which output cell’s voltages are defined by the desirable output voltage’s decomposition results achieved by 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, a 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 sophistication of inverter’s control system. As potentially perspective fields of research were defined modernization of control algorithms, stabilization of the multilevel inverters cell’s output voltage of and determination of the methods that contain a mathematical determination of the cell’s output voltage in their basis implementation possibility in cascaded multilevel z-/quasi-z-topologies. That could result in their wider implementation and popularization in further converter devices that might lead to future complete elimination of the passive filters from the upcoming schematics due to lack of the additional output voltage filtering necessity. Ref.19, fig.7http://elc.kpi.ua/article/view/207543інвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному колісистеми електроживлення з відновлювальними джереламикаскадні багаторівневі інверторикоефіцієнт нелінійних спотвореньякість вихідної напруги
collection DOAJ
language English
format Article
sources DOAJ
author Ihor Serhiiovych Fedin
Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko
Yuliia Serhiivna Yamnenko
spellingShingle Ihor Serhiiovych Fedin
Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko
Yuliia Serhiivna Yamnenko
Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
Mìkrosistemi, Elektronìka ta Akustika
інвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному колі
системи електроживлення з відновлювальними джерелами
каскадні багаторівневі інвертори
коефіцієнт нелінійних спотворень
якість вихідної напруги
author_facet Ihor Serhiiovych Fedin
Tetiana Oleksandrivna Tereshchenko
Yuliia Serhiivna Yamnenko
author_sort Ihor Serhiiovych Fedin
title Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
title_short Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
title_full Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
title_fullStr Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
title_full_unstemmed Зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
title_sort зниження рівня нелінійних спотворень вихідної напруги інверторів в системах електроживлення з сонячними панелями
publisher Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
series Mìkrosistemi, Elektronìka ta Akustika
issn 2523-4447
2523-4455
publishDate 2020-08-01
description Photovoltaic power systems are quite common in modern consumer power systems. Alongside with the power sources, converters for photovoltaic energy systems made their own evolution path that was defined by two main requirements 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 ratio of these topologies exceeds the limits defined by international standards therefore it has 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 which output cell’s voltages is defined by the desirable output voltage’s decomposition results achieved by orthogonal transformation were developed and simulated in Simulink environment as the models that represent different approaches on quasi-z-source THD ratio reduction. As a result of simulation output voltages waveform spectra and THD ratio for each model were obtained. According to them, a three-level cascaded z-source inverter in which output cell’s voltages are defined by the desirable output voltage’s decomposition results achieved by 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, a 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 sophistication of inverter’s control system. As potentially perspective fields of research were defined modernization of control algorithms, stabilization of the multilevel inverters cell’s output voltage of and determination of the methods that contain a mathematical determination of the cell’s output voltage in their basis implementation possibility in cascaded multilevel z-/quasi-z-topologies. That could result in their wider implementation and popularization in further converter devices that might lead to future complete elimination of the passive filters from the upcoming schematics due to lack of the additional output voltage filtering necessity. Ref.19, fig.7
topic інвертори з імпедансним ланцюгом у вхідному колі
системи електроживлення з відновлювальними джерелами
каскадні багаторівневі інвертори
коефіцієнт нелінійних спотворень
якість вихідної напруги
url http://elc.kpi.ua/article/view/207543
work_keys_str_mv AT ihorserhiiovychfedin znižennârívnânelíníjnihspotvorenʹvihídnoínaprugiínvertorívvsistemahelektroživlennâzsonâčnimipanelâmi
AT tetianaoleksandrivnatereshchenko znižennârívnânelíníjnihspotvorenʹvihídnoínaprugiínvertorívvsistemahelektroživlennâzsonâčnimipanelâmi
AT yuliiaserhiivnayamnenko znižennârívnânelíníjnihspotvorenʹvihídnoínaprugiínvertorívvsistemahelektroživlennâzsonâčnimipanelâmi
_version_ 1714895646917394432