Design and Analysis of a Power Quality Improvement System for Photovoltaic Generation Based on LCL-Type Grid Connected Inverter

Abstract

Grid-connected inverters are considered vital elements for effectively connecting renewable energy sources and distributed generation system applications. Ripple-induced current harmonics in DC link and high switching frequency are the disadvantages of grid-connected inverters that are reduced by LCL filters. However, the intrinsic resonance in the LCL filter leads to instability of the power transmission system. As a result, suitable damping is essential for removing resonance in the LCL filters. The contribution of this paper is to improve the quality of injectable power of LCL filter-based grid-connected photovoltaic array. For this contribution, the stability of the grid-connected inverter has been investigated using active damping method, and maximum power point tracking (MPPT) for the PV array has been performed. The capacitor voltage feedforward active damping method considering computational delay is presented in this paper. By using the inverter-side current feedback beside this method, the proposed control maintains the system's low-frequency specifications independent of the grid impedance changes. It provides high harmonic rejection capability without additional compensators. Also, the number of sensors is decreased due to the alternative measurement of the capacitor voltage instead of the grid voltage for the phase lock loop (PLL). Meanwhile, maximum power point tracking is implemented using the incremental conductance (IC) technique in the boost converter. In addition, a simple and suitable computational method for designing LCL filter parameters is presented, and the system’s sensitivity is analyzed. Finally, the simulation has been implemented in MATLAB software that indicates the accurate performance of the control system in injecting the maximum power of the photovoltaic array into the grid and the highly desirable quality of the injectable current to the grid.

Persian Abstract چکیده اینورترهای متصل به شبکه به منظور ارتباط موثر منابع انرژی تجدیدپذیر و کاربرد در سیستم تولید پراکنده به عنوان عناصر حیاتی در نظ ر گرفته میشوند. هارمونیکهای جریان تولید شده ناشی از ریپل در لینک DC و کلیدزنی فرکانس باال از جمله معایب اینورترهای متصل به شبکه هستند که با استفاده از فیلترهای LCL کاهش مییابند. با این وجود، تشدید ذاتی در فیلتر LCL منجر به ناپایداری سیستم انتقال توان می شود. در نتیجه، میراسازی مناسب برای حذف تشدید در فیلتر LCL حائز اهمیت می باشد. هدف این مقاله، بهبود کیفیت توان تزریقی آرایه فتوولتائیک متصل به شبکه مبتنی بر فیلتر LCL است. بدین منظور، پایداری سیستم اینورتر متصل به شبکه با به کارگیری روش میراسازی فعال بررسی شده و ردیابی نقطه حداکثر توان (MPPT (برای آرایه PV انجام شده است. روش میراسازی فعال پیشخور ولتاژ خازن با در نظر گرفتن تاخیر محاسباتی در این مقاله ارائه شده است. با ترکیب این روش و میراسازی فیدبک جریان سمت اینورتر، کنترل پیشنهادی مشخصات فرکانس پایین سیستم را مستقل از تغییرات امپدانس شبکه حفظ نموده و قابلیت رد هارمونیک باال را بدون استفاده از جبرانسازهای اضافی فراهم می نماید. ولتاژ خازن نیز به عنوان جای گزین ی از ولتاژ شبکه برای حلقه قفل فاز )PLL )اندازهگیر ی شده که منجر به کاهش تعداد حسگر شده است. در ضمن ردیابی نقطه حداکثر توان با استفاده از تکنیک هدایت افزایشی (IC (در مبدل بوست پیادهسازی شده است. عالوه بر این، روش محاسباتی ساده و مناسب برای طراحی پارامترهای فیلتر LCL ارائه شده و حساسیت سیستم تحلیل شده است. نهایتا، شبیه سازی در نرم افزار MATLAB پیادهسازی شده است که نتایج حاصله بیانگر عملکرد صحیح و دقیق سیستم کنترلی در تزریق حداکثر توان آرایه فتوولتائیک به شبکه و کیفیت بسیا ر مطلوب جریان تزریقی به شبکه است.