CC BY
49УДК 621.314.2
Моделирование импульсного преобразователя постоянного напряжения для фотоэлектрического модуля с использованием Matlab / Simulink
Кулдашов О.Х.1, Кулдашов Г. О.2, Умаров Ш.А.1
1 Ташкентский университет информационных технологий
Ферганский филиал, Республика Узбекистан
2 НПО «Физика-солнце» АН РУз, Республика Узбекистан
Аннотация: Рассмотрено моделирование и анализ фотоэлектрической панели, а также проектирование и моделирование высокоэффективного повышающего преобразователя. Приведены результаты моделирования повышающего DC-DC преобразователя с использованием Matlab / Simulink при входном напряжений 12 В.
Ключевые слова: фотоэлектрическая панель, модуль переменного тока, DC-DC преобразователь, индуктор, повышающий преобразователь напряжения, выключатель.
ВВЕДЕНИЕ
В мировой практике расширяется использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для нужд энергоснабжения различных сельскохозяйственных и
промышленных объектов. Актуальность и перспективность данного направления энергетики обусловлена двумя основными факторами: катастрофически тяжелым положением экологии и необходимостью поиска новых видов энергии. При этом Узбекистан обладает большим потенциалом альтернативных источников энергии, которые, по оценкам экспертов в три раза превышают ресурсы органического невозобновляемого топлива.
В стране более 300 солнечных дней в году, имеются продуваемые ветром территории, а также горные реки, которые можно использовать для генерации электроэнергии [1]. Такой богатый природный потенциал необходимо использовать по назначению, широко применять на практике высокоэффективные возобновляемые источники энергии, популярность которых растет во всем мире.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная энергия занимает особое место своей повсеместностью, доступностью и величиной суммарной мощности [2-3].
В настоящее время фотоэлектрические станции (ФС) широко применяются в системах генерации электрической энергии. В фотоэлектрической матрице последовательно соединяются многочисленные панели для получения более высокого напряжения
постоянного тока. Общая мощность, генерируемая из фотоэлектрической матрицы, заметно снижается, когда часть модулей оказываются в тени, чтобы преодолеть эту проблему, требуется предпринимать
необходимые шаги, например, интерактивный инвертор монтируется индивидуально на каждом фотоэлектрическом модуле и работает так, чтобы генерировать максимальную мощность от соответствующего
фотоэлектрического модуля [4].
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Целью данной статьи является моделирование импульсного преобразователя постоянного напряжения для
фотоэлектрического модуля с использованием Matlab / Simulink. Как известно диапазон мощностей одной фотоэлектрической панели составляет от 100 Вт до 300 Вт, а диапазон максимального напряжения в точке питания (MPP ДМН) составляет от 15 В до 40 В, что будет входным напряжением модуля переменного тока; в случаях с более низким входным напряжением для модуля переменного тока трудно достичь высокой эффективности. Тем не менее , использование повышающего DC-DC преобразователя в передней части инвертора повышает эффективность преобразования мощности и обеспечивает стабильную связь с инвертором. Микроинвертор включает в себя повышающий преобразователь постоянного тока, преобразователь постоянного тока в переменный с цепью управления, как показано на Рис. 1. Преобразователь постоянного тока в постоянный требует повышающего
преобразования низкого напряжения панели.
Преобразователь постоянного тока должен повышать напряжение 48 В на шине постоянного тока примерно до 380-400 В. Преобразователи постоянного тока имеют следующие общие особенности:
1) большое усиление напряжения;
2) высокая эффективность;
3) не требуется изоляции [5];
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Существует два основных фактора, связанных с эффективностью повышающего преобразователя: большой входной ток и высокое выходное напряжение. На Рис. 1 показана солнечная фотоэлектрическая панель и микроинвертор [6].
На Рис. 2 показана блок схема повышающего преобразователя. Основная цель здесь состоит в
том, чтобы получить максимальное выходное напряжение.
Для достижения высокой эффективности рассмотрим DC-DC преобразователь с индуктором из двух обмоток. На Рис. 3 показано моделирование повышающего преобразователя с использованием
Matlab/Simulink, он состоит из входа источника постоянного напряжения U1, MOSFET транзистора Г1, индуктивности L1 и L2, 3 диодов (D1, D2, D3), 3 конденсаторов (C1, C2, C3) и нагрузки R. Основными задачами работы являются проектирование и построение схемы преобразователя постоянного тока
(повышающего типа) практически с входным напряжением от 12В до 24 В и выходным напряжением 200-400 В.
Рис.1. Блок схема системы: SPP - солнечная фотоэлектрическая панель, Ю - повышающий конвертор, Ш инвертор, CS - схема управления
Рис. 2. Блок схема повышающего преобразователя, а) балластная нагрузка; Ь) преобразователь двумя входами
Рис. 3. Моделирование DC-DC преобразователя с использованием Matlab /Simulink
Преобразователь, показанный на Рис. 3, состоит из индуктора и транзисторного переключателя Т1. Индуктор состоит из двух обмоток, первой обмотки L1 и второй обмотки L2. Конденсатор б! и диод D1 получают энергию от L1, а конденсатор С2 и диод D2 от L2. Обмотки L1 и L2 включены последовательно чтобы дополнительно увеличить выходное напряжение. Выпрямительный диод D3 подключается к конденсатору С3.
Данный преобразователь имеет несколько особенностей:
1) соединение двух пар катушек индуктивности, конденсатора и диода даёт
большой коэффициент преобразования постоянного напряжения;
2) энергия накопленная на индуктора может быть использована повторно, что повышает эффективность преобразователя;
3) транзисторный переключатель эффективно изолирует энергию фотоэлектрической панели в нерабочих условиях, что повышает безопасность.
Результаты моделирования повышающего DC-DC преобразователя с использованием Matlab / Simulink при входном напряжении 12 В и 15 В показаны на Рис. 4.
Рис. 4. Результаты моделирования повышающего преобразователя при входном напряжении 12 В (а), 15 В (б) и 24 В.(в)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработана имитационная модель повышающего преобразователя, обеспечивающая исследование ее рабочих режимов. Исходными данными моделирования являются напряжение на выходе солнечных панелей. Полученные при моделировании результаты показывают возможность преобразования выходного напряжения солнечных панелей в широком диапазоне. Применение данной схемы позволит избежать необходимости в дополнительных промежуточных преобразователях, что в итоге увеличивает КПД и снижает массогабариты устройства.
ЛИТЕРАТУРА:
[1] Авезов Р.Р., Лутпуллаев С. Л. Состояние, перспективы и проблемы использования возобновляемых источников энергии в Узбекистане. Конференция, посвященная году Физики: Тезисы докладов. Ташкент.2005. С.119-121.
[2] Ирха В. А. Чеботарев С. Н. Пащенко А. С. Региональный опыт инсталляции и эксплуатации индивидуальной солнечной энергоустановки в условиях юга России. Renewable energy forum, REEFOR 2013 - M, 2013, с. 205-209.
[3] А. да Роза. Возобновляемые источники энергии. Физико-технические основы. Перевод с англ. под ред. С. П. Малышенко и О. С. Попеля. - М.: Издательский дом 2010,704 с.
[4] Т. Шимицу, К. Вада и Н. Накамура, однофазный интерактивный инвертор типа «обратная связь» с развязкой пульсации мощности на входе постоянного тока для системы фотоэлектрических модулей переменного тока, Transactions IEEE Transactions on Power Electronics. 2006, 21 (5). С. 1264-1272.
[5] Q. Zhao and F. C. Lee. High-efficiency, high step-up dc-dc converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 18(1) :65-73.
[6] S. M. Chen, T. J. Liang, L. S. Yang, and J. F. Chen. A cascaded high step-up dc-dc converter with single switch formicrosource applications, IEEE Transactions on Power Electronics., 2011, 26(4). C. 1146-1153.
Оббозжон Хокимович
Кулдашов — к.т.н, доцент, кафедры Телекоммуникация инжиниринг Ферганского
филиала Ташкентского
университета информационных технологий, Республика
Узбекистан, г.Фергана,
ул.Мустакиллик 185 kuldashov.abbos@mail.ru.
Голибжон Оббозович
Кулдашов — старший научный сотрудник НПО «Физика-солнце» АН РУз, Республика Узбекистан, г.Ташкент,
ул.Бодомзор, 12.
Шухратжон Умаров —
старший преподователь,
кафедры «Информационные технологии» Ферганского
филиала Ташкентского
университета информационных технологий, Республика
Узбекистан, г.Фергана,
ул.Мустакиллик 185.
Статья получена 10.04.2019.
Modeling of A Pulse Converter of a Constant Voltage for a Photoelectric Module Using
MATLAB / Simulink
T. Dadajonov1, O.Kh. Kuldashov1, G.O. Kuldashov2
1 Tashkent University of Information Technologies Fergana Branch, Republic of Uzbekistan 2 NPO "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan
Abstract: The simulation and analysis of a photovoltaic panel, as well as the design and simulation of a high-efficiency boost converter, are considered. The simulation results of a step-up DC-DC converter using Matlab / Simulink with an input voltage of 12V are presented.
Key words: photovoltaic panel, AC module, DC/DC converter, inductor, step-up voltage converter, switch.
REFERENCES
[1] Avazov R.R., Lutpullaev S.L. State, prospects and problems of using renewable energy sources in Uzbekistan. Conference dedicated to the year of Physics: Abstracts. Tashkent 2005. P.119-121.
[2] Irkha V.A. Chebotaryov S.N. Pashchenko A.S. Regional experience in the installation and operation of an individual solar power plant in the conditions of southern Russia. Renewable energy forum, REEFOR 2013. M, 2013. P. 205-209.
[3] A. yes Rosa. Renewable energy sources. Physical and technical foundations. Translated from English. by ed. S. P. Malyshenko and O. S. Popel. - M.: Publishing house 2010, 704 p.
[4] T. Shimizu, K. Wada and N. Nakamura, single-phase interactive inverter of the "feedback" type with decoupling of the DC input power pulsation for the system of photovoltaic alternating current modules, Transactions IEEE Transactions on Power Electronics., 2006, 21 (5): 1264-1272.
[5] Q. Zhao and F. C. Lee, High-efficiency, high step-up dc-dc converters. IEEE Transactions on Power Electronics, 2003, 18(1). P. 65-73.
[6] S. M. Chen, T. J. Liang, L. S. Yang, and J. F. Chen. A cascaded high step-up dc-dc converter with single switch formicrosource applications. IEEE Transactions on Power Electronics., 2011, 26(4). P. 1146-1153.
Obbozhozhon Kuldashov —
Ph.D., associate professor, department Telecommunications engineering of the Fergana branch of the Tashkent University of Information Technologies,
Republic of Uzbekistan, Fergana, Mustakillik St. 185 kuldashov.abbos@mail.ru.
Golibzhon Kuldashov - Senior Researcher of the NGO "Physics-Sun" of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent, Bodomzor str. 12.
Shukhratjon Umarov - Senior Lecturer, Information
Technologies Department,
Fergana Branch of Tashkent University of Information Technologies, Republic of Uzbekistan, Fergana, Mustaqillik Street 185.
The paper has been recieved on 10.04.2019.
