طراحي، مدلسازي و ساخت يك مبدل Z-Source بهره بالا براي كاربرد در اتصال منابع انرژي تجديدپذير به شبكه برق

Design, modeling and implementation of a high step up z-source converter for connection of renewable energy source to the electrical grid

آرايه هاي خورشيدي، پيل هاي سوختي و انرژي باد امروزه به عنوان منابع انرژي پاك بسيار مورد توجه قرار گرفته اند. اين منابع مي توانند انرژي خود را به شبكه برق و يا به طور مستقيم به مصرف كننده تحويل دهند. معمولا سطح ولتاژ توليدي در اين منابع پايين است و نياز به افزايش سطح ولتاژ مي باشد. براي حل اين مشكل ميتوان از مبدل هاي سوئيچينگ استفاده نمود. اين مبدل ها بايد توانايي ايجاد بهره هاي بالاي ولتاژ را داشته باشند. در اين مقاله يك مبدل سوئيچينگ بهره بالا بر اساس تكنيك z-source ارائه شده است. مبدل پيشنهادي نه تنها مي تواند بهره ولتاژ را افزايش دهد بلكه در اين مبدل استرس ولتاژ و جريان سوئيچ پايين است در نتيجه مي توان از سوئيچ ها با مقاومت زمان روشن بودن كم استفاده كنيم كه منجر به كاهش تلفات هدايتي ميشود و افزايش راندمان مي شود. همچنين در اين مبدل از يك سلف كوپل شده استفاده شده است كه منجر به كاهش حجم مدار ميشود. ابتدا مودهاي عملكردي مبدل پيشنهادي تحليل شده است سپس يك نمونه آزمايشگاهي طراحي شده و صحت عملكرد با استفاده از نتايج شبيه سازي مبدل در نرم افزار PSPICE، مورد بررسي قرار گرفته است. در انتها يك نمونهي عملي از مبدل پيشنهادي در توان 200 وات و فركانس 100 كيلو هرتز پياده سازي گرديد كه نتايج بدست آمده مؤيد تحليل تئوري و صحت عملكرد مبدل پيشنهادي ميباشد.

Today, solar energy, fuel cells and wind energy have attracted much attention as clean sources of energy. These sources can deliver energy either to the grid or directly to the consumer. The produced voltage level of these sources is usually low and needs to be increased. This problem can be solved using switching converters. These converters should have the ability to provide high voltage gain. In this paper, a high step-up switching converter is presented based on z-source technique. The proposed converter not only increases the voltage gain, but also reduces voltage and current stress of the switch, so, switches with small on-resistance cab be used which contributes to conducting loss reduction and efficiency improvement. Also, coupled inductors are used in this converter that reduces the circuit volume. At first, the operating modes of the proposed converter are analysed, then, an experimental prototype is designed, and the performance validity is investigated via simulation in PSPICE software. Finally, a practical sample of the proposed converter is implemented in 100 kHz and 200W output power. The obtained results verify the theoretical analysis as well as the correct performance of the proposed converter.