DOI:10.30857/1813-6796.2018.4.6.
|
УДК 621.314.26
|
ШАВЬОЛКІН О. О. Київський національний університет технологій та дизайну
Удосконалення перетворювального агрегату системи електроживлення з фотоелектричною сонячною батареєю |
Мета. Удосконалення перетворювального агрегату системи електроживлення з фотоелектричною сонячною батареєю шляхом зменшення втрат енергії та виключення перехідних складових струму за зміною режиму роботи.
Методика. Синтез структури системи керування перетворювача на базі аналізу процесів у електричних колах з урахуванням зміни напруги, втрат енергії в напівпровідникових ключах та з використанням комп’ютерного моделювання.
Результати. Обґрунтовано можливість зменшення втрат енергії в ключах перетворювального агрегату і покращення гармонійного складу вихідного струму мережевого інвертора; розроблено структуру системи керування перетворювача з регулюванням напруги на вході мережевого інвертора та перемиканням з роботи паралельно з мережею в автономний режим і навпаки; розроблено комп’ютерну модель системи: «перетворювальний агрегат з сонячною батареєю, мережа і навантаження» з блоком визначення втрат енергії в ключах схеми.
Наукова новизна. Удосконалено: структуру системи керування перетворювального агрегату з регулюванням напруги у ланці постійного струму; структуру генератора з суміщенням функції фазового автопідстроювання частоти. Отримано залежність значення напруги на вході мережевого інвертора відповідно напрузі мережі за умови підтримання якості струму в точці підключення до мережі.
Практична значимість. Отримані рішення є основою для проектування перетворювачів комбінованих систем електроживлення з поновлювальними джерелами електроенергії.
Ключові слова: мережевий інвертор, втрати енергії в ключах, регулятор струму, регулятор напруги, фазове автопідстроювання частоти, моделювання.
Совершенствование преобразовательного агрегата системы электроснабжения с фотоэлектрической солнечной батареей
ШАВЁЛКИН А. А.
Киевский национальный университет технологий и дизайна
Цель. Совершенствование преобразовательного агрегата системы электроснабжения с фотоэлектрической солнечной батареей путем уменьшения потерь энергии и исключения переходных составляющих тока при изменении режима работы.
Методика. Синтез структуры системы управления преобразователя на основе анализа процессов в электрических цепях с учетом изменения напряжения, потерь энергии в полупроводниковых ключах и с использованием компьютерного моделирования.
Результаты. Обоснована возможность уменьшения потерь энергии в ключах преобразовательного агрегата и улучшения гармонического состава выходного тока сетевого инвертора; разработана структура системы управления преобразователя с регулированием напряжения на входе сетевого инвертора и переключением с работы параллельно с сетью в автономный режим и наоборот; разработана компьютерная модель системы «преобразовательный агрегат с солнечной батареей, сеть и нагрузка» с блоком определения потерь энергии в ключах схемы.
Научная новизна. Усовершенствовано: структуру системы управления преобразовательного агрегата с регулированием напряжения в звене постоянного тока; структуру генератора с совмещением функции фазовой автоподстройки частоты. Получено зависимость значения напряжения на входе сетевого инвертора согласно напряжению сети при условии поддержания качества тока в точке подключения к сети;
Практическая значимость. Полученные решения являются основой для проектирования преобразователей комбинированных систем электропитания с возобновляемыми источниками электроэнергии.
Ключевые слова: система электроснабжения, сетевой инвертор, силовой активный фильтр, потери энергии в ключах, регулятор тока, регулятор напряжения, фазовая автоподстройка частоты, коэффициент гармоник, моделирование.
IMPROVEMENT OF THE CONVERTER UNIT OF POWER SUPPLY SYSTEM WITH A PHOTOVOLTAIC SOLAR BATTERY
SHAVOLKIN O. O.
Kyiv National University of Technologies and Design
Purpose. Improving of the converter unit for the power supply system with a photovoltaic solar battery by reducing power losses and eliminating transient components of the current when the operating mode changes.
Methodology. Synthesis of structure of the converter control system based on the analysis of processes in electrical circuits taking into account voltage changes, energy losses in semiconductor switches and using computer simulation.
Findings. The possibility of reducing energy losses in the keys of the converter unit and improving the harmonic composition of the output current of the grid inverter has been substantiated; the structure of the converter control system has been developed with voltage regulation at the input of the grid inverter and switching from work in parallel with the grid to the autonomous mode and vice versa; a computer model of the system “converter unit with solar battery, grid and load” with a unit for determining energy losses in keys of circuit was developed.
Originality. Improved: the structure of the control system of the converter unit with voltage regulation in the DC link; the structure of the generator with the combination of the function of phase-locked loop. The dependence of the voltage value at the input of the grid inverter is obtained according to the grid voltage, provided that the current quality is maintained at the grid connection point.
Practical value. Solutions that are obtained are the basis for the development for converters of combined power supply systems with renewable sources of electricity.
Keywords: power supply system, a grid inverter, power active filter, energy losses in keys, current controller, voltage controller, phase locked loop, total harmonic distortion, modeling.
| Література | References | |
|
1. Tsao-Tsung Ma. Power Quality Enhancement in Micro-grids Using Multifunctional DG Inverters / Tsao-Tsung Ma //Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, 2012 Vol II, IMECS 2012, March 14 – 16, 2012, Hong Kong. – pp.996 -1001. 2 Vigneysh T. Grid interconnection of renewable energy sources using multifunctional grid-interactive converters: A fuzzy logic based approach. /T. Vigneysh, N. Kumarappan// Electric Power Systems Research 151.- 2017.- Р.359–368. http://dx. doi.org/10.1016/j.epsr. 2017.06.010 3. Edris Pouresmaeil. A Control Technique for Integration of DG Units to the Electrical Networks / Edris Pouresmaeil, Carlos Miguel-Espinar, Miquel Massot-Campos, Daniel Montesinos-Miracle, Oriol Gomis-Bellmunt//. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 60, NO. 7, JULY 2013.- Р.2881-2893. DOI 10.1109/TIE.2012.2209616. 4. Шавёлкин А. А. Структуры однофазных преобразовательных агрегатов для комбинированных систем электроснабжения с фотоэлектрическими солнечными батареями / А. А. Шавёлкин // «Технічна електродинаміка» ИЭД НАН Украины № 2. – 2018. – Р. 39 – 46. DOI:https://doi.org/10.15407//techned2018.02.039. 5. Шавьолкін О. О. Перетворювальний агрегат з функцією стабілізації напруги для комбінованої системи електроживлення з поновлювальними джерелами електроенергії / О. О. Шавьолкін, Є. Ю. Становський, М. І. Кравченко // Наукові праці ДонНТУ. Серія: «Електротехніка і енергетика» №1(18), 2017, с. 31 – 37. 6. Siyu Gao. Phase-Locked Loops for Grid-Tied Inverters: Comparison and Testing / Siyu Gao, M. Barnes.// PEMD 2016, Publisher: IET.- 6 р. DOI: 10.1049/cp.2016.0304 7. Brochure. ABB solar inverters. www.abb.com /solarinverters. 8. Колпаков А. И. Программа SEMISEL — скорая помощь разработчику / А. И. Колпаков // Компоненты и технологии. 2006. № 10. 9. SEMIKR ON IGBT modules. https://www. semikron.com/products/product-classes/igbtmodules.html. 10. Шавьолкін О. О. Енергетична електроніка: навч. посібник / О. О. Шавьолкін.- К.: КНУТД, 2017. – 396 с. |
1. Tsao-Tsung Ma. Power Quality Enhancement in Micro-grids Using Multifunctional DG Inverters. Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, 2012 Vol II, IMECS 2012, March 14 – 16, 2012, Hong Kong. – pp.996 -1001. 2 Vigneysh T., Kumarappan N. Grid interconnection of renewable energy sources using multifunctional grid-interactive converters: A fuzzy logic based approach. Electric Power Systems Research 151.- 2017.- Р.359–368. http://dx. doi.org/10.1016/j.epsr.2017.06.010 3. Edris Pouresmaeil, Carlos Miguel-Espinar, Miquel Massot-Campos, Daniel Montesinos-Miracle, Oriol Gomis-Bellmunt. A Control Technique for Integration of DG Units to the Electrical Networks. IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL. 60, NO. 7, JULY 2013.- Р.2881-2893. DOI 10.1109/TIE.2012.2209616. 4. Shavelkin A.A. (2018) Struktury odnofaznykh peretvoryuvalʹnykh ahrehativ dlya kombinovanykh system elektropostachannya z fotoelektrychnymy sonyachnymy bata-reyamy [Structures of single-phase converter units for combined power supply systems with photovoltaic solar batteries] «Tekhnichna elektrodinamika» IED NAN Ukrayiny –“Technical electrodynamics” IED of NAS of Ukraine, 2, 39 – 46 [in Russian]. 5. Shavʹolkin O.O., Stanovsʹkyy YE.YU., Kravchenko M.I. (2017) Peretvoryuvalʹnyy ahrehat z funktsiyeyu stabilizatsiyi napruhy dlya kombinovanoyi systemy elektrozhyvlennya z ponovlyuvalʹnymy dzherelamy elektroenerhiyi [Converter unit with function of voltage stabilization for combined power supply system with renewable energy sources]. Naukovi pratsi DonNTU. Seriya: «Elektrotekhnika i enerhetyka» – Scientific works of DonNTU Series: “Electrical engineering and power engineering”, 1(18), 31 – 37 [in Ukrainian]. 6. Siyu Gao, M. Barnes. Phase-Locked Loops for Grid-Tied Inverters: Comparison and Testing. PEMD 2016, Publisher: IET.- 6 р. DOI: 10.1049/cp.2016.0304 7. Brochure. ABB solar inverters. www.abb.com /solarinverters 8. Kolpakov A. I. (2006). Programma SEMISEL – skoraya pomoshch’ razrabotchiku [SEMISEL program – an ambulance to the developer]. Komponenty i tekhnologii – Components and technologies. №10. [in Russian]. 9. SEMIKRON IGBT modules. https://www. semikron.com/products/product-classes/igbtmodu les.h tml. 10. Shavʹolkin O. (2017) Enerhetychna elektronika [Power Electronics]. K.: KNUTD [in Ukrainian]. |
|
|
SHAVELKIN ALEXANDER ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3914-0812 Kiev National University of Technologies & Design |