由太阳能光伏供电的ZSI-DVR的电压和电流质量改进外文翻译资料

_{Voltage and Current Quality Improvement By Solar Photovoltaic fed ZSIDVR}

_{Miska Prasad ,Asholk Kumar Akella}

_Abstract

_{This article describes a solar photovoltaic (SPV) fed Z-source inverter (ZSI) based Dynamic Voltage Restorer (DVR) for the minimization of voltage and current quality problems namely sags and harmonics under nonlinear load condition. To generate reference voltage waveforms UVT control technique is used. This control technique, control the operation of SPV fed ZSI-DVR.This work also describes the hybrid system for optimum maximum power point tracking (MPPT). This is the integration of perturbation and observation (Pamp;O) system and incremental conductance (INC) system. The obtained MATLAB/Simulink based results are investigated and compared with SPV fed voltage source inverter (VSI) and current source inverter (CSI) based DVRs.}

_{Keywords: Power quality; DVR; Voltage Sag; MPPT; Solar photovoltaic; ZSI}

_{1. Introduction}

_{Among all problems, the sags, swells and harmonics speak to the most widely recognized, regular voltage and current problems in power distribution network [1-4] Nowadays power electronics based new kinds of emerging custom power devices such as series connected Dynamic Voltage Restorer, shunt connected Distributed Static Compensator and series-shunt connected Unified Power Quality Conditioner have been more famous. DVR is the key component used in the distribution system to compensate short term voltage events such as voltage sags and swells [5-7]. Generally, the DVRs consists of voltage source inverter based DVR [8], current source inverter based DVR [8] and impedance source inverter based DVR [9-11].}

_{The voltage source inverters are step down type inverters so the most extreme yield voltage is restricted by DC link voltage. A shoot through state occur in VSI when the upper and lower switching devices of each leg fired on at same time. The current source inverters are step up type inverter so the voltage yield level is more prominent the DC voltage level. One of the enomorous issues in CSI is that the open circuit across DC inductor would show up and harm the IGBT switches if any moment of time at least one upper and lower IGBT switches cannot be go on and keep it on. The drawbacks of conventional converters namely VSI and CSI are discussed [12, 13]. Consequently the utilization of ZSI based DVR technology appears to be extremely encouraging. ZSI worked as both buck-boost so it licenses converters to be worked in the shoot-through condition [14-16]. The nonrenewable energy sources such as fossil fuels satisfied overall energy demand, however, at the same time because of expanded cost, natural contamination and a dangerous atmospheric deviation have made it mandatory utilized renewable energy sources [17]. Renewable energy such as solar photovoltaic seems to have an increasing importance because it has low maintenance cost and it is environmental friendly [18, 19]. There is a unique working point called maximum power point (MPP) on the I-V curve of the PV panel. The PV panel produces its maximum output power and operates with a maximum efficiency under certain irradiance and temperature conditions. Therefore, MPPT techniques are needed to maintain an operating point of the PV panel at its MPPT [20]. In this work, a novel hybrid method is proposed for optimum MPPT with the mix of Pamp;O and INC methods.}

_{In this work SPV fed ZSI based DVR for minimization of voltage and current problems are discussed and compared with traditional SPV fed voltage and current source inverter based DVRs. Based on obtained simulation results, the detailed comparative analysis has been given.}

_{2. Proposed Configuration of Dynamic Voltage Restorer (DVR)}

_{The proposed solar photovoltaic fed Z-source inverter based DVR is depicted in the figure 1. The proposed system consists of a six leg impedance source inverter with a DC system supplied by SPV with a low step-up chopper and a UVT control algorithm.}

_{3. Unit Vector Template (UVT) Control Method}

_{In this control method first three-phase supply voltages (Vsa ,Vsb ,Vsc ) are sensed and multified with gain k}

_{Where V m is the peak input voltage. The obtained supply voltages are passes to three-phase locked loop (PLL).The three-phase PLL is used to maintain the synchronization with supply voltage and generates unit vectors (Ua, Ub, Uc).}

_{The unit vectors are compared with the desired load voltage (Vdm ) magnitude and produce reference load voltages(V*la,V*lb,V*lc),}

_{The reference compensator voltages (V Ca * ,V Cb * ,V Cc *, ) are obtained after comparing the reference load voltages and supply voltages. The obtained reference compensator voltages are then passes through PWM generator to generate the switching waveforms.}

_{4. Maximum Power Point Tracking (MPPT) Technique}

_{The maximum power point tracking is the main part of solar photovoltaic system. İn this article, a hybrid MPPT method is used to find the optimim MPPT from the PV system.}

_{4.1 Proposed Hybrid MPPT Technique}

_{Hybrid maximim power point is the mix of Pamp;O and INC methods. This method is proposed to eliminate the drawbackes of both Pamp;O and INC methods as shown in figure3. İn this method first measure the photovoltaic voltage and current and calculate the output power. Then compare this power with a previous value of power to find the change in power and checks whether (Delta;I/Delta;V) is greater than, less than or equal to –I/V and gives its decision whether to increase or decrease the terminal voltage.}

_{5. Simulation Results and D}

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由太阳能光伏供电的ZSI-DVR的电压和电流质量改进

作者： Miska Prasad ,Asholk Kumar Akella

文摘

本文介绍了一种基于动态电压恢复器(DVR)的太阳能光伏(SPV)馈源逆变器(ZSI)，用于在非线性负载条件下，降低电压和电流质量问题，即电流电压跌落膨胀和谐波。为了产生参考电压波形，采用了UVT控制技术。该控制技术控制了SPV的运行。该工作也描述了混合系统的最佳最大功率点跟踪(MPPT)。这是扰动和观测(Pamp;O)系统和增量电导(INC)系统的集成研究，研究了基于MATLAB/Simulink的结果，并与SPV馈源逆变器(VSI)和电流源逆变器(CSI)进行了对比。

关键词:电能质量;DVR;电压凹陷;MPPT;太阳能光伏发电;ZSI

1.介绍

在所有的问题中，电压跌落,电压膨胀和谐波是常规的电压和电流分布网络的最广泛的问题，当今的电力电子设备是基于新型的新兴定制能量设备，例如串联的动态电压修复器，连接分布式的静态补偿器和串行的连接统一的电力质量调节器。DVR是配电系统中用于补偿电压跌落和膨胀等短期电压事件的关键部件。一般来说，DVR由电压源逆变器(DVR)、电流源逆变器和阻抗源逆变器组成。

电压源逆变器是降压型逆变器，因此直流链路电压限制极限屈服电压。在VSI中，每个开关的上和下切换装置同时摁下时，就会在VSI进行一次射击。电流源逆变器是步进式逆变器，因此电压屈服电平更显著。CSI中一个非常重要的问题是，如果在任何时刻至少有一个上、下IGBT开关不能继续并保持下去，直流电感器会开路并对IGBT开关损害。因此，利用基于ZSI的DVR技术显得尤为令人鼓舞。ZSI在两种方法中都发挥了作用，因它是许可在“射击”条件下的工作的转换器。然而，化石燃料等不可再生能源满足了整体能源需求，但同时由于成本增加、自然污染和危险的大气偏离，使其成为强制性利用可再生能源。像太阳能光伏这样的可再生能源似乎越来越重要，因为它的维护成本较低，而且环保。在PV板的I-V曲线上有一个独特的工作点，称为最大功率点(MPP)。光伏板产生最大输出功率，并在一定的辐照度和温度条件下最大限度地运行。因此，需要MPPT技术来维持PV板在其MPPT上的操作点。在此基础上，提出了一种基于Pamp;O和INC方法的混合优化方法。

在此工作中，我们讨论了基于ZSI的DVR在电压和电流问题上的最小化，并与传统的SPV馈电电压和电流源逆变器进行了比较。在得到的仿真结果的基础上，给出了详细的对比分析。

2.动态电压恢复器(DVR)配置

图1中描述了太阳能光伏馈电的电源逆变器DVR。所提出的系统包括带有由SPV提供的直流系统的六脚阻抗源逆变器，其具有低升压斩波和UVT控制算法。

3、单位矢量模板(UVT)控制方法。

在此控制方法中，首先对三相供电电压(Vsa、Vsb、Vsc)进行检测，并对增益k进行多化处理。

其中Vm为峰值输入电压。获得的电源电压为三相锁环(PLL)。三相PLL用于维持与电源电压的同步并产生单位向量(Ua, Ub, Uc)。

将单位矢量与所期望的负载电压(V_dm)进行比较，并产生参考负载电压(V*la,V*lb,V*lc)。

在比较基准负载电压和供电电压后，得到了参考补偿器电压(V _Ca *， V _Cb *， V _Cc *)。得到的参考补偿器电压，然后通过PWM发生器产生开关波形。

4、最大功率点跟踪(MPPT)技术。

最大功率点跟踪是太阳能光伏系统的主要部分。本文采用混合MPPT方法从PV系统中寻找优化MPPT。

4.1提出的混合MPPT技术

混合最大化的动力点是Pamp;O和INC方法的混合。这个方法是为了消除Pamp;O和INC方法的缺点，如图3所示。这种方法首先测量光伏电压和电流,计算出输出功率。然后将此功率与先前的功率值进行比较，以发现功率变化，并检查（i/v）是否大于或小于或等于i/v，并给出是否增加或减少终端电压的决定。

5.仿真结果和讨论

用MATLAB/Simulink对图1中所示的光伏馈电的基于ZSI的DVR进行了性能测试。图4显示了DC-DC变换器和无DC-DC变换器的输出电压。从图4可以清楚地看出，与没有DC-DC变换器相比，在DC-DC变换器中得到了更好的 PV阵列输出电压。提出的混合MPPT方法的最大功率点为151.58 W和151.58 W，在Pamp;O的案例中为151.58 W，在5 (a-c)中显示为Pamp;O。

5.1.PV馈电VSI-DVR在电压暂降过程中的性能。

电压降至21级发生在供应电压上，从0.05 s开始，到0.15 s，如图6所示（a-b）。在此期间，SPV将VSI-DVR连接到系统中，并注入补偿电压以最小化跌落，以维持如图6 (c-d)所示的系统电压稳定。图6e中所示电压凹陷事件中DC-link电压的行为。

5.2.PV馈电CSI-DVR在电压暂降过程中的性能

在t=0.05 s开始时，电压降为21级，并以t=0.15 s结束，如图7所示（a-b）。在此期间，只将SPV馈电的CSI-DVR连接到系统上，并向系统注入补偿电压，减轻严重的电压跌落，保持负载电压正弦，如图7 (c-d)所示。图7e显示了在切换非线性负载时dc-link感应电流的变化。

5.3.PV馈电ZSI-DVR在电压暂降过程中的性能。

从图8(a-f)可以清楚地看出，在供电电压下，电压骤降21%是在电源电压下产生的，在0.05到0.15秒之间，由电阻和电感类型的非线性负载突然切换二极管整流器。从上到下，观察到的波形是供电电压(VS)、RMS供电电压(RMS VS)、注入电压(VIn)、负载电压(VL)、跨电容(VC)电压和电感(IL)电流。在0.05秒的情况下，串联光伏并网的ZSI-DVR进行电压跌落补偿，并注入补偿电压，等于图8c所示的期望负载电压与实际源电压的差值。因此，为了保持负载电压曲线在期望的水平上，这样在负载终端上不会出现如图8d所示的电源电压下的凹陷。在图8e和8f中突出显示PV馈电ZSI-DVR的电容电压和电感电流的变化。

6.分析仿真结果

图9显示了电压下陷条件下注入电压的比较情况。在初始条件下，当PV馈电的VSI、CSI和ZSI的DVR与系统没有连接时，会观察到电源电压21% (65 V)的电压下降。在电压跌落事件PV中，VSI-DVR注入110伏电压，CSI-DVR注入110伏电压，ZSI-DVR注入60.7伏特，如图9所示。在三种逆变器中，太阳能PV给系统注入适当的缺失电压，使负载电压达到可接受的水平。

表1-2显示了SPV的谐波消除的对比分析。源电流无DVR的电流总谐波失真为7.97%，而VSI、CSI和ZSI的DVR分别为0.65%、0.75%和0.5%，如表1所示。因此，使用ZSI-DVR可以减少电流的总谐波失真的93.72%，而VSI-DVR和CSI-DVR的电流总谐波失真减少了91.8%和90.58%。

在无VSI、CSI和ZSI的DVR中测量负载电压的谐波失真为18.62%，而在VSI- DVR、CSI-DVR的情况下为2.48%，在ZSIDVR出现时为1.8%，如表2所示。因此，81.2%，86.68%和90.33%的电压总谐波减少已经实现。与VSI-DVR和CSI-DVR相比，ZSI-DVR显示了降低电压总谐波的优越性能。

7、结论

本文重点介绍了一种用于控制配电系统中电压跌落和谐波的太阳能光伏电源ZSI-DVR。在电压跌落过程中，所提出的太阳能光伏馈电ZSI-DVR可以在电压跌落过程中注入最准确的漏失电压，同时也消除了源电流和负载电压谐波，与太阳能光伏电源VSI和CSI -DVR相比。提出了一种基于Pamp;O和INC技术的混合方法。

本文提出的混合技术可以显示出比Pamp;O和INC技术更好的性能来产生最大的功率输出。该技术还通过控制MPP周围的振荡来控制功率损耗。作者感谢印度技术教育委员会（AICTE）、人力资源发展部（MHRD）和印度政府为在技术教育质量改进计划ii（TEQIP-II）下开展研究工作提供资金援助。

引用

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