Şebeke-bağlantılı Solar NNK İnverterde Güç ve Harmonik Kayıplarının İyileştirilmesi için Etkin Modülasyon Yöntemlerinin Gerçekleştirilmesi

Abstract

Enerji talebindeki artış, fosil yakıt fiyatlarının yükselmesi ve sera gazı emisyonlarının yüksek seviyelere ulaşması, temiz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının büyük ölçekli entegrasyonuna gerek duyulmasını sağlamıştır. Solar fotovoltaik (FV) sistemler, geleneksel şebekelerde ortaya çıkan zorlukların aşılması için kullanılabilecek potansiyel enerji kaynaklarındandır. Güç ve harmonik içeriğinin optimize edilmesi için etkili güç dönüşüm topolojilerinin kullanımı, FV sistemlerin önemli hale gelen ihtiyaçlarındandır. Üç seviyeli Nötr Nokta Kenetlemeli (NNK) inverter, geleneksel ve iki seviyeli inverterlerle karşılaştırıldığında daha az harmonik üretir ve güç miktarını artırır. Bu amaçla bu çalışmada, şebekeye bağlı 250 kW solar FV sistem için anahtarlama işlemini ve güç kayıplarını optimize etmek amacıyla üç seviyeli NNK inverter uygulaması sunulmuştur. Ayrıca, güç üretimi, akım ve gerilim karakteristikleri ve hızlı Fourier dönüşümü analizi MATLAB / Simulink ortamında Simpowersystem ve Simelectronics alt programları yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Önerilen NNK inverterde, anahtarlama ve güç kayıplarını optimize etmek için sinüzoidal PWM ve uzay vektör PWM yöntemleri, IGBT güç anahtarlarının iletim süresini kontrol etmek amacıyla kullanılmıştır. Önerilen inverterin şebeke tarafındaki 3 fazlı AC çıkış gerilimi, 3 fazlı gerilim yükseltici transformatör vasıtasıyla 15 kV gerilim seviyesinde şebekeye bağlanmıştır. 3 fazlı şebekeye bağlı sistem için önerilen çalışmanın performans değerlendirmesi kısmında uzay vektör PWM yönteminin sinüzoidal PWM yöntemine göre etkinliği gösterilmiştir.

The growing energy demand, rising fossil fuel prices, and exceeding greenhouse gas emissions require large-scale integration of clean and renewable energy resources. Solar Photovoltaic (PV) system is the potential prospective energy resource to overcome the challenges of conventional grid. Effective power conversion topologies are the prominent need of the PV system to optimize the power and harmonic contents. Three level neutral point clamped (NPC) inverter comparatively produces less harmonics and increases the power delivery compared to the conventional and two-level inverters. Therefore, this research presents the deployment of three level NPC inverter to optimize the switching and power losses in grid connected 250 kW solar PV array. Moreover, power generation, current and voltage characteristics, and fast Fourier transform analysis is performed in MATLAB / Simulink directory with the help of Simpowersystem and Simelectronics toolboxes. To optimize the switching and power losses, sinusoidal PWM and space vector PWM are used to control the duty cycle of IGBT power switches in the proposed NPC inverter. The grid side 3 phase AC output voltage of the proposed inverter is connected to 15 kV grid with the help of 3 phase step up transformer. For 3 phase grid-tied system, the performance evaluation section of the proposed research shows the effectiveness of space vector PWM over sinusoidal PWM.