Yarı empedans kaynaklı bir inverterin tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Öz

Bu çalışmada, geleneksel akım ve gerilim kaynaklı inverterlerin sahip olduğu kavramsal ve teorik sınırlamaları ortadan kaldırarak yeni bir güç dönüştürme konsepti sunan ve ZSI’nin geliştirilmiş hali olan tek fazlı yarı empedans kaynaklı inverter (QZSI) devresi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Empedans katındaki pasif devre elemanları üzerinde düşük frekanslı dalgalanmalar üretmemesi ve çıkışta daha az distorsiyon oluşturmasından dolayı anahtarlama elemanlarını sürmek için NUCLEO-F411RE geliştirme kiti ile üretilen basit yükseltici PWM kontrol tekniği uygulanmıştır. Geliştirilen QZSI devresinin farklı kısa devre çalışma oranlarında hem düşürücü hem de yükseltici olarak çalışabileceği gösterilmiştir. 300W’a kadar yüklenen devrenin çıkışında %85 verimle AC çıkış gerilimi elde edilmiştir. Benzetim çalışmaları ile laboratuvar ortamında gerçekleştirilen deneysel verilerin uyumlu olduğu görülmüştür

Anahtar Kelimeler

• Basit yükseltici PWM kontrol
• Yarı empedans kaynaklı inverter
• Yükseltme faktörü

Design and implementation of a Quasi-Z-Source inverter

Abstract

In this study, single phase quasi-Z-source inverter (QZSI) circuit was designed and realized which is an improved version of ZSI and offers a unique power conversion concept by eliminating the conceptual and theoretical limitations of the conventional current and voltage source inverters. Simple boost PWM control technique has been employed to the switches using NUCLEO-F411RE development board since this technique doesn’t involve low-frequency ripples on the passive components of the impedance network and has lower distortions at the output. It has been shown that the developed QZSI circuit can work as a buck-boost converter at different shoot-through duty ratios. At the output of the circuit up to 300W, the AC output voltage is obtained with 85% efficiency. It has been observed that simulation and experimental results carried out in the laboratory environment are compatible.

Keywords

• Boost factor
• Quasi-Z-source inverter
• Simple boost PWM control

Kaynakça

1. [1] Endiz MS, Akkaya R. “Fotovoltaik uygulamalar için empedans kaynaklı bir mikroinverterin matlab/simulink yardımıyla analizi”. Academic Perspective Procedia, 1(1), 654-662, 2018.
2. [2] Hassaine L, OLias E, Quintero J, Salas V. “Overview of power inverter topologies and control structures for grid connected photovoltaic systems”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 30, 796-807, 2014.
3. [3] Zeb K, Uddin W, Khan M A, Ali Z, Ali MU, Christofides N, Kim HJ. “A comprehensive review on inverter topologies and control strategies for grid connected photovoltaic system”. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 94, 1120-1141, 2018.
4. [4] Endiz MS, Erel S, Yagci M. “Comparative study of single phase power ınverters based on efficiency and harmonic analysis”. i-Manager's Journal on Instrumentation & Control Engineering, 4(1), 1-9, 2015.
5. [5] Peng FZ. “Z-Source Inverter”. IEEE Transactions on Industry Applications, 39(2), 504-510, 2003.
6. [6] Anderson J, Peng FZ. “Four quasi-Z-source inverters”. IEEE Power Electronics Specialists Conference, Rhodes, Greece, 15-19 June 2008.
7. [7] Noroozi N, Zolghadri MR. “Three-phase quasi-Z-source inverter with constant common-mode voltage for photovoltaic application”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 65(6), 4790-4798, 2017.
8. [8] Stepenko S, Husev O, Vinnikov D, Fesenko A, Matiushkin O. “Feasibility study of ınterleaving approach for quasi-Zsource inverter”. Electronics, 9(2), 1-11, 2020.

9. [9] Mande D, Trovão JP, Ta MC. “Comprehensive review on main topologies of impedance source inverter used in electric vehicle applications”. World Electric Vehicle Journal, 11(2), 1-17, 2020.
10. [10] Endiz MS, Akkaya R. “Yarı empedans kaynakli inverterlerde farkli PWM kontrol tekniklerinin performans etkisinin incelenmesi”. Necmettin Erbakan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, 2(1), 12-26, 2020.
11. [11] Vadi S, Bayindir R, Hossain E. “A review of control methods on suppression of 2ω ripple for single-phase quasi-Zsource inverter”. IEEE Access, 8, 42055-42070, 2020.
12. [12] Shuai D, Qianfan Z. “Analysis and control of current ripples of Z-source inverters”. IEEE Access, 8, 41220-41228, 2020.
13. [13] Hu S, Liang Z, Zhou J, Yu X. “Optimal energy efficiency tracking in the energy-stored quasi-Z-Source inverter”. Energies, 13(22), 1-14, 2020.
14. [14] Ayad A, Kennel R. “A comparison of quasi-Z-source inverters and conventional two-stage inverters for PV applications”. Epe Journal, 27(2), 43-59, 2017.
15. [15] Yüksel A, Özkop E. “Control of single phase grid connected transformerless PV inverter system”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 25(2), 143-150, 2019.
16. [16] Zengin S, Deveci F, Boztepe M. “Design of Flyback Microinverter for Grid Connected Photovoltaic Systems.” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(2), 30-36, 2015.
17. [17] Kabalcı E, Canbaz R. “Şebeke bağlantılı tek fazlı dokuz seviyeli asimetrik evirici tasarımı ve analizi.” Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 23(5), 512-518, 2017.
18. [18] Grgić I, Bubalo M, Vukadinović D, Bašić M. “Power losses analysis of a three-phase quasi-Z-source inverter”. In 2020 5th International Conference on Smart and Sustainable Technologies (SpliTech), Split, Croatia, 23-26 September 2020.