Design an Inverter for Hybrid System

Abstract

In this paper, performance assesment was planned to be carried out by making inverter design which can be operated as grid – connected and stand – alone mode for hybrid energy systems. This paper describes the use of a general purpose microcontroller to generate the pulse width modulation (PWM) pulses for single phase inverter. A single phase inverter circuit is implemented with hardware setup and software program in C32 code. The main feature used in DSP and microcontroller is their peripherals to realize Pulse Width Modulation (PWM). This brings low cost, small size and flexibility to change the control algorithm without changes in hardware. Inverter output has been designed to be highly efficient. A laboratory inverter prototype using dsPIC32MX795F512L microcontroller is developed and results are presented. Simulations were carried out using Matlab Simulink software package.

Keywords

• Hybrid Energy System,Wind Turbine,Photovoltaic,Inverter,Renewable Energy,embedded system

Hibrid Güç Sistemleri İçin Evirici Tasarımı

Öz

Bu çalışmada, bir rüzgâr türbini ve fotovoltaikten oluşan hibrid güç sistemi için, hem şebekeye parelel ve hem de şebekeden bağımsız olarak çalışabilen bir evirici tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan tek fazlı evirici için, darbe genişlik modülasyonu kullanarak bir mikrodenetleyici yardımı ile PWM darbeleri üretilmiştir. Tek fazlı evirici devrenin tasarımı yapılmış olup, evirici devreyi kontrol etmek için C32 dilinde, bir kaynak kodu yazılmıştır. Tasarımda, DSP tabanlı bir mikrodenetleyici kullanmanın ana amacı, darbe genişlik modüleli işaretler üretmektir. DSP tabanlı bir mikrodenetleyici kullanımı, devrenin ucuz, boyutlarının küçük olmasını ve donanımda bir değişiklik yapmaksızın kontrol algoritmasında değişiklik yapmaya olanak vermektedir. Evirici çıkışı yüksek verimli olarak tasarlanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda, Microchip firmasının, dsPIC32MX795F512L mikrodenetleyicisi kullanılarak, bir laboratuar tipi evirici tasarlanmış ve sonuçlar sunulmuştur. Sistemin simulasyonu, Matlab Simulink kullanılarak yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Hibrid Enerji Sistemi,Rüzgar Türbini,Fotovoltaik,Evirici,Yenilenebilir Enerji,Gömülü sistem tasarımı

Kaynakça

1. Gülersoy T., Engin M., “PV-Wind hybrid power system performance simulation and sizing”, 6.th International Ege Energy Symposium & Exhibition, 28-30 June, İzmir, pg.993-1005, 2012
2. Deshmukh M.K., Deshmukh S.S., “Modeling of Hybrid Renewable Energy Systems”, Renewable and Sustainable Energy Reviews, No.12, pg.235-249, 2008
3. Blaabjerg F., Chen Z., “Power Electronics for Modern Wind Turbines”, Morgan & Claypool Publishers, 2006
4. Blanchi F.D., Battista H.D., Mantz R.J.,“Wind Turbine Control Systems”, Springer, 2007
5. Chang L., Guo G., Shao R., “ Development of a 10 kW Single-Phase IGBT Inverter for grid-connected PV applications “, 2.nd Canadian Solar Buildings Conference, Calgary, June 10-14, 2007
6. Palm W.J., “Introduction to Matlab for Engineers”, Mc Graw Hill, 2011
7. Akkaya R.,Kulaksız A.A.,” A microcontroller-based stand-alone photovoltaic power system for residential appliances “, Applied Energy,78,2004,pp.419-431, 2004
8. Chang Y.H., Wu M.Z., “ High Conversion Ratio Swithced Capacitor Boost DC-AC Inverter Using Sinusoidal PWM Control “, Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists, vol.2, IMECS 2010, March 17-19, 2010,Hong Kong, 2010

9. Ilango G. S., Rao P. S., Karthikeyan A., Nagamani C., “ Single-stage sine-wave inverter for an autonomous operation of solar photovoltaic energy conversion system “, Renewable Energy, 35, pp. 274-282, 2010
10. Kerekes T., Teodorescu R., Rodriguez P., “A New High-Efficiency Single Phase Transformless PV Inverter Topology”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.58, No.1, 2011
11. Gülersoy T., Çetin N. S., “Menemen Bölgesinde Rüzgar Türbinleri İçin Rayleigh ve Weibull Dağılımlarının Kullanılması”, Politeknik Dergisi, Cilt.13, Sayı.3, s.209-213, 2010
12. Ülgen K.,Hepbasli A., “ Determination of Weibull parameters for Wind Energy Analysis of Izmir,Turkey “, International Journal of Energy Research,26:495-506,2002
13. Masters G.M., “Renewable and Efficient Electric Power Systems”, Wiley-Interscience, 2004
14. Bilgili M., Şahin B., Şimşek E., “ Türkiye’nin Güney, Güneybatı ve Batı Bölgelerindeki Rüzgar Enerjisi Potansiyeli “, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 30,pp.01-12, 2010
15. Apniratsakun N., Bhaganagarapu S.R., Techakittiroj K., “ Implementation of a Single-Phase Unipolar Inverter Using DSPTMS320F241 “, AU J.T. 8(4):PP.191-195, April,2005
16. Bascope R.P.T., Alcazar Y.J.A., Lenz E.C., Branco C.G.C., Bezerra L.D.,“A DC-AC Converter for Stand-Alone Systems”, POCOSDE CALDAS, Brasil, 2008
17. Buso S., Mattavelli P.,“Digital Control in Power Electronics”, Morgan & Claypool Publishers, 2006
18. Dewan S.B., Straughen A., “ Power Semiconductor Circuits “, A Wiley-Interscience Publication, John Wiley&Sons Inc., Canada, 1975
19. Draghiciu N., Albu D., “ Control Strategy for a Single-Phase Uninterruptible Power Supply “, University of Oradea, Department of Electronics, Volume 45, Number 6, 2004
20. Prasad S.A.H., Nagaraj R, “ An Efficient Method of Controlling AC Power Using DSP2407-A Controller “, IJCSNS International Journal of Cömputer Science and Network Security, Vol.8, No.9, 2008
21. Rashid H.M., “Power Electronics Handbook”, Academic Press, 2001
22. Hassaine L., Olias E., Haddadi M., Malek A., “Asymmetric SPWM used in Inverter Grid Connected”, Revue des Energies Renouvelables, Vol.10, No.3, pg.421-429, 2007
23. Mohan N., Undeland T.M., Robbins W.P., “Power Electronics”, John Wiley and Sons,Inc, 1989