Yenilenebilir enerji sistemleri için yüksek performanslı çokseviyeli eviricilerin tasarımı ve benzetimi

Bu çalışma, güneş panelleri, rüzgar türbinleri ve yakıt hücrelerini yöneterek tek ve üç fazlı Sinüzoidal Darbe Genişlik Modülasyonu (SPWM) invertör devrelerinin geliştirilmesini amaçlamaktadır. Doğru akım (DC)-DC boost dönüştürücülerde kullanılan maksimum güç noktası izleme yöntemi, yenilenebilir enerji kaynaklarının verimli kullanımını sağlamaktadır. Fotovoltaik (PV), rüzgar türbinleri, yakıt hücreleri ve çift yönlü bataryalar enerji yönetiminde kullanılmaktadır. Verimlilik, malzeme maliyetlerinin azaltılması ve kullanıcı konforu enerji yönetimine bağlıdır. Teknoloji, tüm kaynakların mevcut olduğu durumlarda yedek bataryayı tam olarak şarj etmektedir. Bir kaynak arızalandığında ise diğer yenilenebilir enerji kaynakları sistemi besleyecektir. Boost dönüştürücü devrelerden önce, yenilenebilir enerjiler PV için 310V, rüzgar enerjisi dönüşümü için 60V, yakıt hücreleri için 215V ve çift yönlü bataryalar için 25.9V üretmiştir. Proporosyonel-integra (PI) kontrolörler, invertör anahtarlamalarını yöneterek yüksek kaliteli sinüzoidal çıkışlar elde edilmesini sağlarken toplam harmonik bozulmayı (THD) azaltmaktadır. Direnç yükünde tek fazlı yük gerilimi ve akımı %0.65419 THD değerine sahiptir. Yük gerilimi ve akımı kök ortalama kare (RMS) değerleri sırasıyla 217.3617 (V) ve 3.1052 (A) olarak hesaplanmıştır. R yüküne bağlandığında, üç fazlı invertör devresi yük gerilimi ve akımı için %1.5146 THD sağlamaktadır. Yük gerilimi ve akımı RMS değerleri sırasıyla 218.4261 (V) ve 2.1843 (A) olarak ölçülmüştür. RL yükü ile yük gerilimi için %1.5969 ve yük akımı için %1.2905 THD değerleri elde edilmiştir. Bu durumda yük gerilimi ve akımı RMS değerleri sırasıyla 214.201 (V) ve 2.0916 (A) olmuştur. Simülasyonlar, enerji ihtiyaçlarını karşılamak ve güç kaynağını sürdürmek için yenilenebilir kaynakların başarılı bir şekilde entegre edildiğini göstermektedir. Yukarıdaki çözümler, yenilenebilir enerjiyi verimli bir şekilde kullanmakta ve şebekeye entegre olmaktadır. Sonraki bölümde, yenilenebilir enerji uygulamaları için özel olarak geliştirilen asimetrik 49 seviyeli kademeli bir invertörün tasarımı ve performansı incelenmiştir. İnvertörün çalışması üç farklı senaryo altında analiz edilmiştir: per-unit voltaj oranı (1:2:7:14) ile yapılandırılmış DC batarya kaynaklarının kullanımı, gerçek voltaj seviyelerine sahip DC bataryaların kullanımı (40:80:280:560 V), ve DC kaynaklarının fotovoltaik (PV) modüllerle değiştirilmesi. Simülasyon sonuçları, invertörün yüksek kaliteli sinüzoidal çıkış gerilimi ve akımı dalga formları üretmedeki üstün yeteneğini ve önemli ölçüde düşük harmonik bozulmasını göstermektedir. Son olarak, yenilenebilir enerji sistemleri için özel olarak tasarlanmış 343 seviyeli asimetrik bir kademeli invertör sisteminin tasarım ve performans yönleri ele alınmıştır. Sistem, (1:2:7:14:49:98) Vdc yapısı kullanılarak eşit olmayan DC kaynak (Vdc) değerlerine dayanarak oluşturulmuş ve 343 seviyeli bir çıkış elde edilmiştir. Simülasyonlar, invertörün yüksek kaliteli sinüzoidal çıkış gerilimi ve akımı üretme performansını geliştirdiğini ve minimum harmonik bozulma ile çalıştığını göstermiştir.