Design and Analysis of a New Single-Phase Topology for Grid Tied Photovoltaic Systems

Abstract

Fosil kaynaklı yakıtların çevreye verdiği zararlar ve sınırlı olmaları yenilenebilir enerji kaynaklarına olan ilgiyi arttırmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından üretilen elektrik enerjisinin düşük çıkış gerilim karakteristiğine sahip olması gibi bir dezavantajı vardır. Özellikle, şebekeye bağlı FV sistemlerde elde edilen düşük DA gerilimi, şebekenin istediği seviyedeki AA gerilime çevrilmesi için eviricinin gerek duyduğu yüksek bara gerilimini sağlayacak DA-DA yükselten dönüştürücü devrelere ihtiyaç duyulmaktadır. Klasik DA-DA yüksekten dönüştürücülerin gerilim kazancının sınırlı olmasından dolayı yüksek çıkış gerilimi ihtiyacı duyulan uygulamalarda yüksek gerilim kazancına sahip DA-DA dönüştürücüler kullanılır. Bu tez çalışmasında şebeke bağlantılı FV sistemler için yüksek gerilim kazançlı ve düşük giriş akım dalgacık oranına sahip faz farklı (sarmaşık) yapılı DA-DA yükselten dönüştürücü devresi önerilmiştir. Önerilen DA-DA yükselten dönüştürücü devresi, LCL filtreli tam köprü eviriciye entegre edilerek şebeke bağlantılı tek-faz bir FV sistem elde edilmiştir. ANSYS/Simplorer programı ile benzetim çalışmaları yapılan tüm devrelerin uygulaması da gerçekleştirilmiştir. Kontrolcü olarak C2000 Delfino MCU F28379D LaunchPad geliştirme kiti kullanılmıştır. Kontrolcü, Embedded Coder destek paketi sağlanan MATLAB/Simulink ortamında algoritmalar ve aygıt sürücü blokları kullanılarak programlanmıştır. Önerilen sistemin benzetim-deneysel çalışmalarına ait sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu, sistemin yüksek doğrulukta ve verimlilikte çalıştığı görülmüştür.

The damage caused by fossil fuels to the environment and their scarcity have increased the interest in renewable energy sources. Electric energy produced from renewable energy sources has the disadvantage of having low output voltage characteristics. In particular, DC-DC boost converter circuits that will provide the high busbar voltage required by the inverter are needed in order to convert the low DC voltage obtained in the PV systems connected to the grid to the AC voltage at the desired level of the grid. DC-DC converters with high voltage gain are used in applications where high output voltage is required due to the limited voltage gain of conventional DC-DC boost converters. In this thesis, a phase different (interleaved) DC-DC boost converter circuit with high voltage gain and low input current ripple ratio is proposed for grid connected PV systems. A single-phase PV system with grid connection is obtained by integrating the proposed DC-DC boost converter circuit into a full-bridge inverter with LCL filter. Simulation studies were performed with ANSYS/Simplorer simulation program and the application of all the circuits was also carried out. C2000 Delfino MCU F28379D LaunchPad development kit is used as controller. The controller is programmed using algorithms and device driver blocks in the MATLAB/Simulink environment with the Embedded Coder support package provided. It has been seen that the results of the simulation-experimental studies of the proposed system are compatible with each other, and the system works with high accuracy and efficiency.