طراحی و ساخت مبدل چند سطحیِ فرکانس محدود با مدار تعقیب کننده حداکثرتوان جهت سیستمهای انرژی خورشیدی متصل به شبکه

در این پایان نامه روش طراحی و ساخت واسطه های الکترونیک قدرت برای سیستم های انرژی خورشیدی با تأکید بر توپولوژی های مناسب برای کاربردهای توان بالا در سیستمهای متصل به شبکه ارائه می گردد. سلول های خورشیدی عموماً ادوات نیمه هادی هستند که مستقیماً انرژی خورشید را به برق جریان مستقیم تبدیل می کنند. پیشرفت های صورت گرفته در تکنولوژی سلول خورشیدی منجر به کاهش هزینه برق تولیدی توسط این دسته از ادوات در دهه های اخیر گردیده است. امروزه سیستم های انرژی خورشیدی کوچک و توان متوسط به صورت تجاری در دسترس هستند و پیش بینی می شود که سیستم های انرژی خورشیدی در گستره توان مگاوات به صورت اقتصادی درچند سال آینده در دسترس قرار گیرند. سیستم های انرژی خورشیدی به دو دسته سیستم های مستقل و متصل به شبکه دسته بندی می شوند. سیستم های مستقل خورشیدی عموماً برای تأمین برق نقاط دورافتاده مورد استفاده قرار می گیرند و شامل یک واحد ذخیره کننده انرژی هستند. سیستم های انرژی خورشیدی متصل به شبکه اغلب برای تزریق جریان الکتریکی تولید شده به شبکه بدون استفاده از واحد ذخیره کننده انرژی طراحی می شوند. مدار واسطه الکترونیک قدرت به دو دلیل اصلی در سیستم های انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند: 1- جذب حداکثر توان قابل دسترس از طریق تنظیم نقطه کار سلول؛ و 2- تبدیل جریان مستقیم تولید شده توسط سلول، به ولتاژ متناوب با سطح ولتاژ و فرکانس مطلوب برای کاربرد های اتصال به شبکه. این پایان نامه ابتدا به بررسی و مطالعه انواع روش های تعقیب نقطه توان بیشینه پرداخته و سپس با ارائه یک مدار پیشنهادی ساده یکی از این روش ها را مورد آنالیز و تحلیل قرار داده است. مدار پیشنهادی با کنترل کننده آنالوگ و بر اساس روش مرجع ولتاژ ثابت طراحی شده است که درآن ولتاژ سلول از طریق یک مبدل الکترونیک قدرت dc/dc در ولتاژ بهینه آن تثبیت می شود. عملکرد مدار پیشنهادی که شامل واحد حفاظت باتری نیز می باشد به صورت عملی از طریق یک سیستم تست شامل چهار سلول خورشیدی که در چهار زاویه مختلف نسبت به تابش خورشید قرار گرفته اند مورد ارزیابی قرار گرفته است.سادگی طرح پیشنهادی، ارتقاء قابلیت اطمینان را به دلیل امکان استفاده آن در سیستم های بخش پذیر فراهم می کند. همچنین سیستم های انرژی خورشیدی متصل به شبکه در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته و یک ساختار اینورتر چندسطحی با الگوریتم کنترلی مناسب جهت کاربرد های توان بالا پیشنهاد شده است. در این راستا ابتدا توپولوژی های اتصال به شبکه مرور و مقایسه شده اند. سپس اینورتر های چندسطحی به دلیل قابلیت آن ها در انتقال توان در سطوح ولتاژ متوسط به عنوان راه حل مناسب برای کاربرد های توان بالا معرفی شده اند. روش پیشنهاد شده شامل یک توپولوژی اینورتر هفت سطحی با حداکثر فرکانس کلید زنی محدود شده و روش کنترل جریان به عنوان واسطه الکترونیک قدرت برای کاربرد های اتصال به شبکه می باشد. در این روش کنترلی ولتاژ شبکه به عنوان مرجع جریان تزریقی به شبکه انتخاب شده است تا مبدل جریان را با ضریب توان واحد به شبکه تزریق کند. مدارکنترل کننده پیشنهادی همچنین مجهز به واحد تعقیب توان بیشینه سلول ها می باشد. صحت عملکرد مدار و کنترل کننده پیشنهادی از طریق یک سیستم تست اثبات و کیفیت توان آن نیز از طریق آنالیز هارمونیک کمیت های خروجی مبدل ارزیابی شده است.