مقایسه کنترل مبدل بوست سه‌سطحی مدولار در سامانه‌های انرژی تجدیدپذیر با دو روش: کنترل‌کننده مدلغزشی غیرمستقیم و کنترل‌کننده PI

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی،تهران، ایران

2 گروه مهندسی انرژی های تجدیدپذیر، دانشکده مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی انرژی های تجدیدپذیر، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در سامانه‌های انرژی‌های تجدیدپذیر، پیل‌های سوختی و سامانه‌های فتوولتاییک دارای کاربرد زیادی هستند. مبدل‌هایDC  علاوه بر تغییر ولتاژ نقش به‌سزایی در رفع چالش‌های این منابع به‌عهده دارند. با توجه به ویژگی‌های سامانه‌های تجدیدپذیر، کنترل این مبدل‌ها که دارای رفتار غیرخطی هستند، در عملکرد مناسب سامانه بسیار مهم است. در این مقاله، کنترل یک مبدل مدولار DC مورد بررسی قرار می‌گیرد. این مبدل بر اساس بوست سه‌سطحی بنا شده‌است. این ساختار، علاوه بر افزایش سطح ولتاژ ورودی می‌تواند تعادل ولتاژDC  را در خروجی ایجاد کند. در هر مدول این مبدل، دو خازن وجود دارد و یک خازن میان هر دو مدول مشترک است. نحوه پیاده‌سازی یک کنترل‌کننده‌ غیر خطی براساس مدلغزشی غیر مستقیم و یک کنترل‌کننده خطی سنتی PI بیان‌شده‌است. عملکرد دو کنترل‌کننده با یکدیگر مقایسه شده‌است. به‌کمک نرم‌افزار متلب/ سیمولینک، مدار شبیه‌سازی شده است. نتایج و شکل‌موج‌های ساختار مورد مطالعه ارائه داده شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی، در چند بخش معرفی شده است. یک بخش شامل مقایسه دینامیک‌های توان‌های ورودی است و بخش دیگر ولتاژهای خازن‌ها جهت تعادل ولتاژ است. این بررسی‌ها برای تغییرات توان ورودی، مقدار بار و ولتاژ ورودی انجام شده است. برتری کنترل پیشنهادی نسبت به کنترل‌کننده سنتی در هر بخش نشان‌داده شده‌است. در حالت گذرا، کنترل‌کننده خطی به‌ازای تغییرات توان‌های ورودی، بار و یا ولتاژ ورودی، تعادل ولتاژ خازن‌ها را نمی‌تواند برقرار سازد.

کلیدواژه‌ها


[1]   S. Wang, G. Geng, J. Ma, Q. Jiang, H. Huang, and B. Lou, Operational bottleneck identification based energy storage investment requirement analysis for renewable energy integration, IEEE Trans. Sustain. Energy, Vol. 12, No. 1, pp. 92–102, 2021.
[2]   C. Salvadores and J. Francisco, Shadowing effect on the performance in solar PV-cells, MSc Thesis, University of Gavel, 2015.
[3]   F. S. Fabiani Appavou, Adam Brown, Bärbel Epp, Duncan Gibb, Bozhil Kondev, Angus McCrone, Hannah E. Murdock, Evan Musolino, Lea Ranalder, Janet L. Sawin, Kristin Seyboth, Jonathan Skeen, REN21, Global Status Report, 2019.
[4]   M. Bahrami, R. Gavagsaz-Ghoachani, M. Zandi, M. Phattanasak, Gaël Maranzana, B. Nahid-Mobarakeh, S. Pierfederici, and F. Meibody-Tabar, Hybrid maximum power point tracking algorithm with improved dynamic performance, Renewable Energy, Vol. 130, pp. 982–991, 2019.
[5]   A. G. Olabi, T. Wilberforce, and M. A. Abdelkareem, Fuel cell application in the automotive industry and future perspective, Energy, Vol. 214, pp. 118955, 2021.
[6]   The Fuel Cell Industry Review, Annual Report, pp. 1–50, 2018.
[7]   M. Meraj, M. S. Bhaskar, B. P. Reddy, and A. Iqbal, Non-Isolated DC-DC Power Converter with High Gain and Inverting Capability, IEEE Access, Vol. 9, pp. 62084–62092, 2021.
[8]   M. B. and P. D. H. Sartipizadeh, F. Harirchi, Robust Model Predictive Control of DC-DC Floating Interleaved Boost Converter With Multiple Uncertainties, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 36, No. 2, pp. 1403-1412, 2021.
[9]   T. W. Hariyadi and A. Adriansyah, Comparison of DC-DC Converters Boost Type in Optimizing the Use of Solar Panels, 2nd International Conference Broadband Communication Wireless Sensors Powering, pp. 189–194, 2020.
[10] F. Deng, Y. Lü, C. Liu, Q. Heng, Q. Yu and J. Zhao, Overview on submodule topologies, modeling, modulation, control schemes, fault diagnosis, and tolerant control strategies of modular multilevel converters, Chinese Journal of Electrical Engineering , pp. 1-21, 2021.
[11] Z. Di Wang et al., A Coordination Control Strategy of Voltage-Source-Converter-Based MTDC for Offshore Wind Farms, IEEE Transaction on Industrial Application, Vol. 51, No. 4, pp. 2743–2752, 2015.
[12] Y. Yin et al., Advanced Control Strategies for DC-DC Buck Converters with Parametric Uncertainties via Experimental Evaluation, IEEE Transaction on Circuits Systems I: Regular Paper, Vol. 67, No. 12, pp. 5257–5267, 2020.
[13] R. Nagarajan, R. Yuvaraj, V. Hemalatha, S. Logapriya, A. Mekala, and S. Priyanga, Implementation of PV - Based Boost Converter Using PI Controller with PSO Algorithm, International Journal Of Engineering And Computer Science, No. 3, pp. 20479-20484, 2017.
[14] A. T. Alexandridis and G. C. Konstantopoulos, Modified PI speed controllers for series-excited dc motors fed by dc/dc boost converters, Control Engineering Practice, Vol. 23, No. 1, pp. 14–21, 2014.
[15] H. Li and X. Ye, Sliding-mode PID control of DC-DC converter, 5th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, pp. 230–734, 2010.
[16] M. Afkar, G. Ghochani, M. Phattanasak, A. Siangsanoh, J. P. Martin, and S. Pierfederici, A Modular DC-DC Converter Topology Based on A Three-Level DC-DC Converter for Distributed Fuel Cell Architecture, IEEE Energy Conversion and Congress Exposition, pp. 4747–4753, 2019.
[17] M. Afkar, M. Jebraeilzadeh, R. Gavagsaz-Ghoachani, M. Phattanasak, and S. Pierfederici, A Proposed Configuration Based on Three-Level Boost Converter for Unbalancing Voltage issue in Photovoltaic Systems Operation, Iranian Conference on Renewable and Energy Distributed Generation, pp. 5–10, 2019.
[18] M. Afkar, R. Gavagsaz-Ghoachani, Investigation of performance of an indirect sliding mode controller in a renewabble energy system, 8th Iranian conference on renewable energies and distributed generation, Birjand, Iran, 2019. (in persian)
[19] M. Afkar, R. Gavagsaz-Ghoachani, M. Phattanasak, J. P. Martin, and S. Pierfederici, Proposed System Based on a Three-Level Boost Converter to Mitigate Voltage Imbalance in Photovoltaic Power Generation Systems, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 37, No. 2, pp. 2264–2282, 2022.