نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشیار دانشکده‌ی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 کارشناس ارشد برق، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

در این مقاله یک اینورتر پنج‌سطحی با بازدهی زیاد، هزینه‌ و میزان THD کم برای استفاده در سیستم‌های ولتاژ متوسط (MV) ارائه شده است. اینورتر پیشنهادی تعداد کلیدهای کمتری نسبت به ساختارهای مشابه دارد که این عامل سبب راحتی در پیاده‌سازی و هم‌چنین سبب کاهش هزینه‌ی مدار می‌شود. استفاده از یک فیلتر LCL مناسب در خروجی اینورتر سبب کاهش میزان هارمونیک‌های ولتاژ خروجی شده است. برای اطمینان از طراحی، یک شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزار PSpice انجام شده‌است و سپس با استفاده از نرم‌افزار PLECS تحلیل دمایی به منظور بررسی قابلیت اطمینان مدار صورت گرفته است. میزان THD حاصل از شبیهسازی برای یک نمونه‌ی اولیه به ازای جریان 20 آمپر و 400 ولت در خروجی، به میزان 3.7% می‌رسد که در مقایسه با ساختارهای مشابه بهبود قابل ملاحظه‌ای است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی درستی طرح پیشنهادی را نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A high efficiency, low cost and thd five level inverter for medium voltage application

نویسندگان [English]

  • A Akbari 1
  • A Abrishamifar 2
  • A Babaei 3

چکیده [English]

In this paper a high efficiency, low cost, and low THD five-level inverter is proposed. The proposed inverter has lower number of switches than the similar structures and this feature causes that the implementation cost of the proposed inverter becomes lower than the others. Also, a passive filter is proposed to decrease the THD value, and simulation results prove this fact that THD value has been decreased dramatically. As well, high switching frequency is another important feature of the proposed converter. According to the simulation results in the PSPICE and PLECS software, the proposed converter has several advantages such as high stability, high efficiency, low cost, and proper thermal specifications. Simulation results show the effectiveness of the proposed solution.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Five level inverter
  • Medium voltage systems
  • high efficiency
  • LCL filter
  • Low THD

[1] Barnum S.R. and Bridges J. A., “Naval Engineering in the 21st Century,” Naval Engineers Journal, Special Report 306, 2011.
[2] R. L. Harrington, Marine engineering: Society of Naval Architects & Marine Engineers, Jersey City, N.J., 1992.
[3] Patel,M. R., Shipboard Propulsion, Power Electronics, and Ocean Energy: CRC Press, 2012.
[4] Blank,D. A., Introduction to Naval Engineering: Naval Inst Pr, 1986.
[5] Elsaharty, M. A. “Passive L and LCL Filter Design Method for Grid-Connected Inverters,” 2014 IEEE Innovative Smart Grid Technologies - Asia (ISGT ASIA), Kuala Lumpur, pp.13-18, 2014.
[6] Mühlethaler, J. Kolar, J. W. and Ecklebe, A. “Loss Modeling of Inductive Components Employed in Power Electronic Systems,” 8th International Conference on Power Electronics - ECCE Asia, Jeju, , pp.945-952, 2011
[7] Zhang C., Dragicevic, T., Vasquez, J. C. and Guerrero, J. M., “Resonance Damping Techniques for Grid-Connected Voltage Source Converters with LCL Filters — A Review,” IEEE International Energy Conference, Cavtat, pp.169-176, 2014
[8] Abdalla, I. Corda J. and Zhang, L. “Multilevel DC-Link Inverter and Control Algorithm to Overcome the PV Partial Shading,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.28, No.1, pp.14-18, 2013.
[9] Buticchi, G., Lorenzani, E., and Franceschini, G., “A Five-Level Single-Phase Grid-Connected Converter for Renewable Distributed Systems,” Ind. Electron. IEEE Trans., Vol.60, No.3, pp.906–918, 2013.
[10] Zhang, Y. and Sun, L., “An Efficient Control Strategy for a Five-Level Inverter Comprising Flying-Capacitor Asymmetric H-Bridge,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.58, No.9, pp.4000-4009, 2011.
[11] Park S.J., Kang F.S., Lee M. H. and Kim C. U. , “A New Single-Phase Five-Level PWM Inverter Employing a Deadbeat Control Scheme,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.18, No.3, pp.831-843, 2003.
[12] Babaie, A., Karami B. and Abrishamifar, A. “Improved Equations of Switching Loss and Conduction Loss in SPWM Multilevel Inverters,” 7th Power Electronics and Drive Systems Technologies Conference (PEDSTC), Tehran, pp.559-564, 2016.
[13] Channegowda, P. and John, V., “Filter Optimization for Grid Interactive Voltage Source Inverters”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.57, No.12, pp.4106-4114, 2010.
[14] Liserre, M., Blaabjerg, F. and Hansen, S., “Design and Control of an LCL Filter-Based Three-Phase Active Rectifier”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.41, No.5, pp.1281-1291, 2005.
[15] Yusof, N. A., Sapari, N. M., Mokhlis, H. and Selvaraj, J., “A Comparative Study of 5-Level and 7-level Multilevel Inverter Connected to the Grid”, Power and Energy (PECon), IEEE International Conference on, Kota Kinabalu, pp.542-547, 2012.