Analysis and Simulation of Overmodulation Modes of a Three-Inverter Block of the Photovoltaic Installation
Închide
Conţinutul numărului revistei
Articolul precedent
Articolul urmator
340 11
Ultima descărcare din IBN:
2023-03-16 22:59
Căutarea după subiecte
similare conform CZU
621.314.572 (10)
Electrotehnică (1146)
SM ISO690:2012
OLESCHUK, Valentin. Analysis and Simulation of Overmodulation Modes of a Three-Inverter Block of the Photovoltaic Installation. In: Problemele Energeticii Regionale, 2022, nr. 3(55), pp. 17-26. ISSN 1857-0070. DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.3-55.02
EXPORT metadate:
Google Scholar
Crossref
CERIF

DataCite
Dublin Core
Problemele Energeticii Regionale
Numărul 3(55) / 2022 / ISSN 1857-0070

Analysis and Simulation of Overmodulation Modes of a Three-Inverter Block of the Photovoltaic Installation

Analiza și simularea modurilor de supramodulare ai unui bloc cu trei invertoare ale instalației fotovoltaice

Анализ и моделирование режимов сверхмодуляции трехинверторного блока фотоэлектрической установки

DOI: https://doi.org/10.52254/1857-0070.2022.3-55.02
CZU: 621.314.572

Pag. 17-26

Oleschuk Valentin
 
Institute of Power Engineering
 
Disponibil în IBN: 1 septembrie 2022


Rezumat

The purpose of this work is to modernize the control scheme of a transformer-based photovoltaic system with three inverters controlled by the modified algorithms of synchronous space-vector PWM in order to ensure linear regulation of the system in the overmodulation zone of the inverter block in the process of forming a symmetrical and synchronized (with the operating frequency of the system) voltage on the inverter-side windings of a power transformer. This goal is achieved by the fact that the process of two-stage control of the system in the zone of overmodulation of inverters is carried out on the basis of synchronized phase shifts between the control signals of inverters (a constant phase shift, as well as an additional adjustable phase shift between the inverter signals as a function of the duration of clock subintervals), with an appropriate modification of the algorithms of synchronous PWM of inverters due to the inclusion of two specialized correction factors in the basic functional dependencies. The most significant results of the work include the fact that in a system with a modified control scheme and modulation of the inverter block in the overmodulation zone, the resulting voltage on the inverter-side windings of the power transformer is characterized by quarter-wave symmetry, and its spectrum contains no even-order harmonics, as well as subharmonics, including regimes of fluctuations in the operating frequency of the system connected to a three-phase network, thereby helping to reduce losses in the transformer windings and improve the efficiency of photovoltaic systems.

Eficiența sistemelor de fotoconversie bazate pe invertoare de tensiune depinde atât de topologia sistemelor, cât și de legile și algoritmii de modulare a impulsurilor în durată (PWM) utilizați pentru controlul invertoarelor. Scopul acestei lucrări este de a moderniza circuitul de control al unui sistem fotoconvertizor de tip transformator bazat pe trei invertoare cu vector PWM sincronă, pentru a asigura reglarea liniară a sistemului în zona de supramodulație a unității invertorului în procesul de formare a unui simetric si sincronizat cu frecventa de functionare a sistemului de tensiune pe infasurarile invertorului transformatorului de putere. Acest obiectiv este realiazat prin faptul că controlul în două etape al sistemului în zona de supramodulație a invertorului se realizează pe baza realizării decalajelor de fază sincronizate între semnalele de control al trei invertoare (cu semnal cu decolaj de fază constant, precum și un semnal reglabil suplimentar defazaj între semnalele invertorului în funcție de durata subintervalelor de ceas), cu o modificare corespunzătoare a algoritmilor sincroni ale invertoarelor PWM datorită includerii de doi factori de corecție specializați în dependențele funcționale de bază. Cel mai important rezultat al lucrării includ faptul că într-un sistem cu un circuit de control modificat și modulare a unității invertorului în zona de supramodulare, tensiunea rezultată pe înfășurările invertorului transformatorului de putere este caracterizată de simetrie cu sfert de undă și spectrul său nu conține armonici de ordinul par, precum și subarmonici, inclusiv fluctuații ale frecvenței de funcționare a unui sistem conectat la o rețea trifazată, contribuind astfel la reducerea pierderilor în înfășurările transformatorului și la creșterea eficienței sistemelor de fotoconversie.

Эффективность работы фотопреобразовательных систем на базе инверторов напряжения зависит как от топологии систем, так и от законов и алгоритмов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), используемых при управлении инверторами. Целью данной работы является модернизация схемы управления фотопреобразовательной системы трансформаторного типа на базе трех инверторов с синхронной векторной ШИМ, с целью обеспечения линейного регулирования системы в зоне сверхмодуляции инверторного блока в процессе формировании симметричного и синхронизированного с рабочей частотой системы напряжения на инверторных обмотках силового трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что двухэтапное управление системой в зоне сверхмодуляции инверторов осуществляется на базе синхронизированных фазовых сдвигов между управляющими сигналами трех инверторов (постоянного фазового сдвига, а также дополнительного регулируемого фазового сдвига между сигналами инверторов в функции продолжительности тактовых подинтервалов), при соответствующей модификации алгоритмов синхронной ШИМ инверторов за счет включения в базовые функциональные зависимости двух специализированных корректирующих коэффициентов. К наиболее существенным результатам работы следует отнести тот факт, что в системе с модифицированной схемой управления и модуляции инверторного блока в зоне сверхмодуляции результирующее напряжение на инверторных обмотках силового трансформатора характеризуется четвертьволновой симметрией, и в его спектре отсутствуют гармоники четного порядка, а также субгармоники, в том числе при флюктуации рабочей частоты системы, связанной с трехфазной сетью, способствуя тем самым снижению потерь в обмотках трансформатора и повышению эффективности функционирования фотопреобразовательных систем. Также, важными и значимыми являются полученные в результате моделирования сведения о том, что при регулировании инверторного блока фотопреобразовательной системы в зоне сверхмодуляции улучшенные интегральные спектральные характеристики напряжения на обмотках силового трансформатора достигаются при использовании для управления инверторами модифицированных алгоритмов прерывистой синхронной модуляции с 60-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей.

Cuvinte-cheie
voltage source inverter, photovoltaic system, Multi-winding transformer, synchronous pulse modulation, spectrum of the voltage waveform,

invertor de tensiune, sistem fotovoltaic, transformator cu multe înfășurări, modulare sincronă a impulsului, componență spectrală a tensiunii,

инвертор напряжения, фотопреобразовательная система, многообмоточный трансформатор, синхронная импульсная модуляция, спектральный состав напряжения

Dublin Core Export

<?xml version='1.0' encoding='utf-8'?>
<oai_dc:dc xmlns:dc='http://purl.org/dc/elements/1.1/' xmlns:oai_dc='http://www.openarchives.org/OAI/2.0/oai_dc/' xmlns:xsi='http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance' xsi:schemaLocation='http://www.openarchives.org/OAI/2.0/oai_dc/ http://www.openarchives.org/OAI/2.0/oai_dc.xsd'>
<dc:creator>Olesciuk, V.I.</dc:creator>
<dc:date>2022-08-15</dc:date>
<dc:description xml:lang='en'><p>The purpose of this work is to modernize the control scheme of a transformer-based photovoltaic system with three inverters controlled by the modified algorithms of synchronous space-vector PWM in order to ensure linear regulation of the system in the overmodulation zone of the inverter block in the process of forming a symmetrical and synchronized (with the operating frequency of the system) voltage on the inverter-side windings of a power transformer. This goal is achieved by the fact that the process of two-stage control of the system in the zone of overmodulation of inverters is carried out on the basis of synchronized phase shifts between the control signals of inverters (a constant phase shift, as well as an additional adjustable phase shift between the inverter signals as a function of the duration of clock subintervals), with an appropriate modification of the algorithms of synchronous PWM of inverters due to the inclusion of two specialized correction factors in the basic functional dependencies. The most significant results of the work include the fact that in a system with a modified control scheme and modulation of the inverter block in the overmodulation zone, the resulting voltage on the inverter-side windings of the power transformer is characterized by quarter-wave symmetry, and its spectrum contains no even-order harmonics, as well as subharmonics, including regimes of fluctuations in the operating frequency of the system connected to a three-phase network, thereby helping to reduce losses in the transformer windings and improve the efficiency of photovoltaic systems.</p></dc:description>
<dc:description xml:lang='ro'><p>Eficiența sistemelor de fotoconversie bazate pe invertoare de tensiune depinde at&acirc;t de topologia sistemelor, c&acirc;t și de legile și algoritmii de modulare a impulsurilor &icirc;n durată (PWM) utilizați pentru controlul invertoarelor. Scopul acestei lucrări este de a moderniza circuitul de control al unui sistem fotoconvertizor de tip transformator bazat pe trei invertoare cu vector PWM sincronă, pentru a asigura reglarea liniară a sistemului &icirc;n zona de supramodulație a unității invertorului &icirc;n procesul de formare a unui simetric si sincronizat cu frecventa de functionare a sistemului de tensiune pe infasurarile invertorului transformatorului de putere. Acest obiectiv este realiazat prin faptul că controlul &icirc;n două etape al sistemului &icirc;n zona de supramodulație a invertorului se realizează pe baza realizării decalajelor de fază sincronizate &icirc;ntre semnalele de control al trei invertoare (cu semnal cu decolaj de fază constant, precum și un semnal reglabil suplimentar defazaj &icirc;ntre semnalele invertorului &icirc;n funcție de durata subintervalelor de ceas), cu o modificare corespunzătoare a algoritmilor sincroni ale invertoarelor PWM datorită includerii de doi factori de corecție specializați &icirc;n dependențele funcționale de bază. Cel mai important rezultat al lucrării includ faptul că &icirc;ntr-un sistem cu un circuit de control modificat și modulare a unității invertorului &icirc;n zona de supramodulare, tensiunea rezultată pe &icirc;nfășurările invertorului transformatorului de putere este caracterizată de simetrie cu sfert de undă și spectrul său nu conține armonici de ordinul par, precum și subarmonici, inclusiv fluctuații ale frecvenței de funcționare a unui sistem conectat la o rețea trifazată, contribuind astfel la reducerea pierderilor &icirc;n &icirc;nfășurările transformatorului și la creșterea eficienței sistemelor de fotoconversie.</p></dc:description>
<dc:description xml:lang='ru'><p>Эффективность работы фотопреобразовательных систем на базе инверторов напряжения зависит как от топологии систем, так и от законов и алгоритмов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), используемых при управлении инверторами. Целью данной работы является модернизация схемы управления фотопреобразовательной системы трансформаторного типа на базе трех инверторов с синхронной векторной ШИМ, с целью обеспечения линейного регулирования системы в зоне сверхмодуляции инверторного блока в процессе формировании симметричного и синхронизированного с рабочей частотой системы напряжения на инверторных обмотках силового трансформатора. Поставленная цель достигается тем, что двухэтапное управление системой в зоне сверхмодуляции инверторов осуществляется на базе синхронизированных фазовых сдвигов между управляющими сигналами трех инверторов (постоянного фазового сдвига, а также дополнительного регулируемого фазового сдвига между сигналами инверторов в функции продолжительности тактовых подинтервалов), при соответствующей модификации алгоритмов синхронной ШИМ инверторов за счет включения в базовые функциональные зависимости двух специализированных корректирующих коэффициентов. К наиболее существенным результатам работы следует отнести тот факт, что в системе с модифицированной схемой управления и модуляции инверторного блока в зоне сверхмодуляции результирующее напряжение на инверторных обмотках силового трансформатора характеризуется четвертьволновой симметрией, и в его спектре отсутствуют гармоники четного порядка, а также субгармоники, в том числе при флюктуации рабочей частоты системы, связанной с трехфазной сетью, способствуя тем самым снижению потерь в обмотках трансформатора и повышению эффективности функционирования фотопреобразовательных систем. Также, важными и значимыми являются полученные в результате моделирования сведения о том, что при регулировании инверторного блока фотопреобразовательной системы в зоне сверхмодуляции улучшенные интегральные спектральные характеристики напряжения на обмотках силового трансформатора достигаются при использовании для управления инверторами модифицированных алгоритмов прерывистой синхронной модуляции с 60-градусными интервалами непроводящего состояния вентилей.</p></dc:description>
<dc:identifier>10.52254/1857-0070.2022.3-55.02</dc:identifier>
<dc:source>Problemele Energeticii Regionale 55 (3) 17-26</dc:source>
<dc:subject>voltage source inverter</dc:subject>
<dc:subject>photovoltaic system</dc:subject>
<dc:subject>Multi-winding transformer</dc:subject>
<dc:subject>synchronous pulse modulation</dc:subject>
<dc:subject>spectrum of the voltage waveform</dc:subject>
<dc:subject>invertor de tensiune</dc:subject>
<dc:subject>sistem fotovoltaic</dc:subject>
<dc:subject>transformator cu multe înfășurări</dc:subject>
<dc:subject>modulare sincronă a impulsului</dc:subject>
<dc:subject>componență spectrală a tensiunii</dc:subject>
<dc:subject>инвертор напряжения</dc:subject>
<dc:subject>фотопреобразовательная система</dc:subject>
<dc:subject>многообмоточный трансформатор</dc:subject>
<dc:subject>синхронная импульсная модуляция</dc:subject>
<dc:subject>спектральный состав напряжения</dc:subject>
<dc:title>Analysis and Simulation of Overmodulation Modes of a Three-Inverter Block of the Photovoltaic Installation</dc:title>
<dc:type>info:eu-repo/semantics/article</dc:type>
</oai_dc:dc>