اینورتر 13 سطحی مبتنی بر کلیدزنی خازنی با مدولاسیون شیفت فاز ترکیبی اصلاح شده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشگاه کالج دوبلین، دوبلین، ایرلند

چکیده
در این مقاله یک ساختار جدید برای اینورتر چندسطحی کلیدزنی خازنی با روش کلیدزنی شیفت فاز ترکیبی با هدف کاهش تعداد اجزا و ریپل ولتاژ و جریان شارژ خازن‌ها پیشنهاد شده است. ساختار پیشنهادی ترکیبی از یک واحد کلیدزنی خازنی (SC) و واحد خازن شناور (FC) است. مزایای ساختار پیشنهادی شامل کاهش تعداد ادوات، کنترل ساده، قابلیت افزایندگی 3 برابری ولتاژ، کاهش ریپل ولتاژ و جریان هجومی خازن‌ها با مدولاسیون شیفت فاز ترکیبی پیشنهادی است. اعمال مدولاسیون پیشنهادی منجر به کاهش بیشینه دوره دشارژ پیوسته شده و ریپل ولتاژ و جریان هجومی خازن‌ها را کاهش‌ می‌دهد که نهایتاً باعث کاهش موثر تلفات ریپل و هدایتی می‌شود. برای ایجاد 13 سطح از ده کلید، دو دیود و سه خازن استفاده می‌شود. ساختار پیشنهادی با تعداد ادوات کمتر در مقایسه با اینورترهای 13 سطحی دیگر، نیازی به خازن با ولتاژ نامی زیاد ندارد. خازن شناور استفاده شده در ساختار پیشنهادی به طور طبیعی می‌تواند در نصف ولتاژ DC ورودی (0.5Vdc) به تعادل برسد. به دنبال کنترل ساده در تعادل ولتاژ خازن‌ها، این ساختار تنها به پنج سیگنال کلیدزنی نیاز دارد که منجر به کاهش هزینه کلی سیستم می‌شود. عملکرد مدار، طرح مدولاسیون پیشنهادی، تعادل خودکار خازن‌ها و فرایند شارژ و دشارژ آن‌ها بررسی شده است. پس از آن، مقایسه عددی با اینورتر‌های 13 ‌سطحی‌ ارائه شده اخیر انجام شده است که مزایای کنترل ساده، مقرون‌به‌صرفه بودن و کاهش ریپل ولتاژ و جریان هجومی خازن‌ها را نشان می‌دهد. در نهایت، برای تأیید صحت عملکرد ساختار پیشنهادی، نتایج شبیه‌سازی ارائه و بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

- مراجع
[1] M. Hosseinpour, S. Ebrahimzadeh, Resonance damping of LCL filters using integral-proportional capacitor current feedback method for PEMFC power injection into LV networks, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 12, No. 1, pp. 57-71, 2025. (in Persian)
[2] H. khodkam, The best approach to build a solar power plant to increase efficiency and location in several climatic climates of Iran using AHP software, Journal of Renewable and New Energy, Vol. 11, No. 1, pp. 148-157, 2024, (in Persian)
[3] S. Kumari, N. Sandeep, A. K. Verma, T-type seven-level inverter with triple voltage-boosting gain, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Industrial Electronics, Vol. 4, No. 3, pp. 899-906, 2023.
[4] N. Sandeep, J. S. Ali, An improved quadruple-boost switched-capacitor-based nine-level inverter, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 38, No. 8, pp. 9335-9339, 2023.
[5] S. Pourfarrokh, J. Adabi, F. Zare, A novel multilevel inverter with self-balancing capability of capacitors voltage; structure, modulation, and operation, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 11, No. 2, pp. 1854-1864, 2022.
[6] R. Barzegarkhoo, Y. P. Siwakoti, R. P. Aguilera, M. N. Habib Khan, S. S. Lee, F. Blaabjerg, A novel dual-mode switched-capacitor five-level inverter with common-ground transformerless concept, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 36, No. 12, pp. 13740-13753, 2021.
[7] M. N. Habib Khan, M. Forouzesh, Y. P. Siwakoti, L. Li, F. Blaabjerg, Switched capacitor integrated (2n+ 1)-level step-up single-phase inverter, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 35, No. 8, pp. 8248-8260, 2019.
[8] K. P. Panda, P. R. Bana, G. Panda, A reduced device count single DC hybrid switched-capacitor self-balanced inverter, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 68, No. 3, pp. 978-982, 2020.
[9] T. Roy, P. K. Sadhu, A step-up multilevel inverter topology using novel switched capacitor converters with reduced components, IEEE Transactions on industrial electronics, Vol. 68, No. 1, pp. 236-247, 2020.
[10] M.D. Siddique,  S. Mekhilef, A. Sarwar, A. Alam, N. M. Shah, Dual asymmetrical dc voltage source based switched capacitor boost multilevel inverter topology, IET Power Electronics, Vol. 13, No. 7, pp. 1481-1486, 2020.
[11] K. P. Panda, P. R. Bana, G. Panda, A switched-capacitor self-balanced high-gain multilevel inverter employing a single DC source, IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 67, No. 12, pp. 3192-3196, 2020.
[12] Y. Ye, S. Chen, X. Zhang, Y. Yi, Half-bridge modular switched-capacitor multilevel inverter with hybrid pulsewidth modulation, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 35, No. 8, pp. 8237-8247, 2020.
[13] Y. Ye, G. Zhang, X. Wang, Y. Yi, K. W. E.Cheng, Self-balanced switched-capacitor thirteen-level inverters with reduced capacitors count. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 69, No. 1, pp. 1070-1076, 2021.
[14] K. M. Kim, J. K. Han, G. W. Moon, A high step-up switched-capacitor 13-level inverter with reduced number of switches, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 36, No. 3, pp. 2505-2509, 2020.
[15] S. Foti, T. Scimone, A. Oteri, G. Scelba, A. Testa, A reduced switch count, self-balanced, 13-level inverter based on a Dual T-Type configuration, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 38, No. 9, pp. 11010 – 11022, 2023.
[16] T. Roy, P. K. Sadhu, A. Dasgupta, Cross-switched multilevel inverter using novel switched capacitor converters, IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 66, No. 11, pp. 8521-8532, 2019.
[17] F. Esmaeili,  H. R. Koofigar, H. Qasemi, A novel single-phase multilevel high-gain inverter with low voltage stress, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 10, No. 5, pp. 6084-6092, 2023.
[18] P. Bhatnagar, A. K. Singh, K. K. Gupta, Y. P. Siwakoti, A switched-capacitors-based 13-level inverter. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 37, No. 1, pp. 644-658, 2021.
[19] V. Anand, V. Singh, A 13-level switched-capacitor multilevel inverter with single DC source, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 10, No. 2, pp. 1575-1586, 2021.
[20] S. Islam, M.D. Siddique, A. Iqbal, S. Mekhilef, A 9-and 13-Level Switched-Capacitor-Based Multilevel Inverter With Enhanced Self-Balanced Capacitor Voltage Capability. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 10, No. 6, pp. 7225-7237, 2022.
[21] K. Jena, C. K. Panigrahi, K. K. Gupta, A 6X-voltage-gain 13-level inverter with self-balanced switched-capacitors, CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, Vol. 7, No. 1, pp. 94-102, 2022.
[22] N. Sandeep, A 13-level switched-capacitor-based boosting inverter. IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, Vol. 68, No. 3, pp. 998-1002, 2022..
[23] B. Kumar, H. K. Janardhan, H. Javvaji, B. Jyothi, A. Marthanda, D. Kadam, A Single Source Thirteen Level Switched Capacitor Boost Inverter for PV applications, El-Cezeri, Vol. 11, No. 1, pp. 23-29, 2024.
[24] R. Anand, R. K. Mandal, A novel 13‐level switched‐capacitor step‐up inverter with reduced component count. International Journal of Circuit Theory and Applications, Vol. 52, No. 10, pp. 5295-5317, 2024.
 
دوره 13، شماره 1 - شماره پیاپی 25
اردیبهشت 1405
صفحه 25-36

  • تاریخ دریافت 06 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری 28 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش 09 شهریور 1404