Система керування мережевим багаторівневим інвертором напруги

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню системи керування мережевим багаторівневим інвертором напруги при роботі з сонячним модулем та мережею, що дозволяє покращити якість електроенергії та підвищити ефективність роботи інвертора. З цією метою в роботі розроблені математичні моделі системи керування мережевим багаторівневим інвертором напруги при роботі з сонячним модулем та розроблені структурні схеми систем для їх реалізації, що поєднують задачі утримання режиму роботи сонячного модуля в точці відбору максимальної потужності, що дозволяє збільшити продуктивність сонячного модуля, привести у відповідність баланс згенерованої сонячним модулем та спожитої електричної потужності в режимі реального часу. Розроблені математичні моделі враховуються параметри сонячного модуля (струм, напруга, температура), параметри мережі (струм, напруга), температура навколишнього середовища, а також струм намагнічування трансформатора. На основі розроблених математичних моделей побудовані комп’ютерні моделі для перевірки адекватності роботи регуляторів повздовжньої та поперечної складових струму інвертора та здійснено моделювання, яким підтверджено адекватність розроблених математичних моделей. Також визначено оптимальні параметри для налаштування регуляторів системи керування багаторівневим мережевим інвертором напруги. В дисертаційній роботі розроблено структуру мікропроцесорного пристрою системи керування мережевим багаторівневим інвертором напруги сонячного модуля, який дозволяє утримувати режим роботи сонячного модуля в області відбору максимальної потужності, з врахуванням температури сонячного модуля. Для даного пристрою розроблено алгоритм його роботи, який дозволяє реалізувати різні режими його функціонування. Здійснено оцінку похибок помилок першого і другого роду при визначенні температури сонячного модуля, яка за номограмами та з врахуванням вартості цін для відповідних помилок дозволяє визначити розмір середнього ризику.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию системы управления сетевым многоуровневым инвертором напряжения при работе с солнечным модулем и сетью, позволяющей улучшить качество электроэнергии и повысить эффективность работы инвертора. В работе проанализированы существующие системы управления многоуровневым инвертором напряжения. В частности сделан обзор: систем управления многоуровневым инвертором напряжения в системах электропривода, систем управления многоуровневыми инвертораминапряжения с применением алгоритма определения точки отбора максимальной мощности солнечным модулем и систем управления сетевым многоуровневым инвертором напряжения фотоэлектрической установки. Проведено сравнение всех преимуществ и недостатков рассмотренных систем. Установлено, что системы управления многоуровневыми инверторами напряжения, которые применяются в качестве преобразовательных агрегатов регулируемых асинхронных электроприводов исследованы для двигательного режима электропривода с традиционной для многоуровневых инверторов векторной системой управления, однако в них отсутствует анализ работы инверторов в генераторном режиме работы электропривода, анализ параллельной работы на электрическую сеть, что подтверждает необходимость проведения исследований в направлении разработки систем управления многоуровневым и инверторами, ориентированными на применение в солнечных электростанциях. При анализе систем управления многоуровневыми инверторами напряжения с применением алгоритма определения точки отбора максимальной мощности солнечным модулем установлено, что их объединяет то, что в них применяется метод определения точки отбора максимальной мощности солнечным модулем. Однако, он используется только для автономных систем, но это показывает, что можно использовать данный метод для управления сетевыми многоуровневыми инверторами напряжения фотоэлектрических систем. Проанализировав системы управления сетевыми многоуровневыми инверторами напряжения фотоэлектрических установок можно прийти к выводу, что такие системы рассматриваются только с синхронизацией с сетью, но без учета параметров солнечного модуля. Обоснована необходимость поиска новых решений в этой области.

The thesis is devoted to improving the control system grid-tied multilevel voltage inverter while working with solar module and the grid, which allow improving the quality of electricity and increasing the efficiency of the inverter. The work presents the existing control systems of grid-tied multilevel voltage inverter. Such systems are particular analyzed: control systems of multilevel voltage inverter in electric drive, control systems of multilevel voltage inverter with using of maximum power point tracking algorithm by solar module and control systems of grid-tied multilevel voltage inverter of photovoltaic module. Their advantages and disadvantages, the necessity of finding new solutions in this area are shown. Control law for grid-tied multilevel inverter of solar module and modified structure for his realization is created in the thesis. It allows to hold the solar module operation in terms of maximum power point tracking, which increases productivity. An improved model of the longitudinal component of the current controller of the inverter is proposed, which considers current and desired voltage and voltage of the solar modules to optimize the inverter from both sides of the solar module and from the network by voltage. A model of the transverse component of the current controller of the inverter is proposed, which allows a given value of active power and network node set transverse component of the current, which is necessary for the inverter selection in terms of maximum power, allowing you to optimize work of inverter by frequency. A control law of grid-tied multilevel voltage inverter is improved, which takes into account the temperature of the solar module and the environment, and transformers magnetizing current. Based on developed mathematical models, computer models for testing the adequacy of regulators of longitudinal and transverse inverter components were built. Optimal parameters for regulators configuration of control system of grid-tied multilevel voltage inverter were identified. The structure of microprocessor device for control system of grid-tied multilevel voltage inverter of solar module is developed in the thesis, that allows to hold the solar module operation in the selection of maximum power, taking into account the temperature of the solar module. An algorithm that allows to realize different operating modes was developed for this device.