A Three Phase Interleaved Boost Converter with L & C Voltage Extension Mechanism

In this paper a high step-up dc-dc voltage converter is proposed. The proposed converter employs coupled inductors and voltage extension capacitors for obtaining a high voltage gain. The coupled inductors and extension capacitors are merged in traditional interleaved boost converters to get the additional advantage of high step-up voltage conversion ratio and reduced voltage stress on switches along with existing features of interleaved boost converters. The main operating principle of the proposed converter is discussed and the key principle waveforms and equations are analysed. A simulation in PSIM is carried out for the proposed converter as well as traditional interleaved boost converter for the same parameters which shows that the proposed converter has better performance as compared to the traditional interleaved boost converter. Finally, an experiment is carried on a 32 W, 20 V input, 160 V output prototype in the laboratory for experimental validation of the proposed converter. Important future directions have also been given for future research on the proposed topology

Otimização meta heurística e controle baseado no modelo interno aplicados em sistemas de geração fotovoltaica conectados à rede elétrica monofásica

This paper presents the study, development and application of new control techniques for photovoltaic power generation systems, connected to single-phase power grid in order to improve the efficiency of these systems in relation to control methods typically used. The work is divided into two main parts, which are related to tracking the maximum power point (Maximum Power Point Tracking - MPPT) and then the internal controller of boost quadratic converters - side of the photovoltaic panels - as well as the controllers the voltage inverter, the side of the single-phase mains. The first part of the work is the development of a heuristic goal algorithm for MPPT, which is based on the method of simulated annealing (Simulated Annealing - SA) and aims at determining the overall maximum point, seeking out solutions in a close vicinity, so as to prevent the docking local maxima in the curve of power output of the photovoltaic array, thereby improving the utilization of energy in partial shading situations. The second part presents the design of controllers based on internal model (Internal Model Control - IMC) with 1 degree of freedom (1 Degree of Freedom - 1 DOF) applied, first, the DC-DC Boost Quadratic converter, used for MPPT, and thereafter, a voltage inverter with LCL filter connected to the single phase power supply operating in current injection mode. A mathematical modeling of both converters and analyzed the compensation of internal feedback to the voltage inverter system corresponding to the disconnection of the mains voltage through the power strategy a head (feedforward). A basis of comparison for the performance analysis of IMC-1DOF converter is aiming at, is also applied to the current injection system, Proportional-Resonant Controller (P + Res). They are presented computer simulation and experimental results of both controllers, which allow you to check the system performance in low and non-linear local load network situation.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível SuperiorTese (Doutorado)Este trabalho apresenta o estudo, desenvolvimento e aplicação de novas técnicas de controle aos sistemas de geração de energia fotovoltaica, conectados à rede elétrica monofásica, visando a melhoria da eficiência destes sistemas em relação aos métodos de controle tipicamente utilizados. O trabalho é dividido em duas partes principais, as quais estão relacionadas ao rastreamento do ponto de máxima potência (Maximum Power Point Tracking – MPPT) e, depois, ao controlador interno dos conversores boost-quadrático – lado dos painéis fotovoltaicos – assim como aos controladores do inversor de tensão, no lado da rede elétrica monofásica. A primeira parte do trabalho consiste no desenvolvimento de um algoritmo de meta heurística para o MPPT, o qual é baseado no método do recozimento simulado (Simulated Annealing - SA) e tem como objetivo a determinação do ponto de máximo global, buscando soluções fora de uma vizinhança próxima, de modo a evitar o atracamento em máximos locais da curva de potência de saída do arranjo de painéis fotovoltaicos, melhorando, assim, o aproveitamento da energia em situações de sombreamento parcial. A segunda parte do trabalho apresenta o projeto de controladores baseados no modelo interno (Internal Model Control – IMC) com 1 grau de liberdade (1 Degree of Freedom – 1 DOF) aplicados, primeiramente, ao conversor CC-CC Boost Quadrático, utilizado para o MPPT, e, posteriormente, a um inversor de tensão com filtro LCL, conectado à rede elétrica monofásica, operando no modo de injeção de corrente. É apresentada a modelagem matemática de ambos os conversores e analisada a compensação da realimentação interna ao sistema do inversor de tensão, correspondente ao desacoplamento da tensão da rede, através da estratégia de alimentação à frente (Feedforward). Visando-se uma base de comparação, para a análise de desempenho do conversor IMC – 1DOF, também é aplicado ao sistema de injeção de corrente, o controlador Proporcional-Ressonante (P+Res). São apresentados resultados de simulação computacional e experimentais de ambos os 8 controladores, os quais permitem verificar o desempenho do sistema em situação de rede fraca e carga local não-linear

Estudo comparativo de dois conversores Boost quadrático com comutação suave monochaveados para aplicação de rastreamento de máxima potência em sistemas fotovoltaicos

This paper makes a comparative study of two Soft Single Switched Quadratic Boost Converters (SSS1 and SSS2) focused on Maximum Power Point Tracking (MPPT) of a PV array using Perturb and Observe (P&O) algorithm. The proposed converters maintain the static gain characteristics and dynamics of the original converter with the advantage of considerably reducing the switching losses and Electromagnetic Interference (EMI). It is displayed the input voltage Quadratic Boost converter modeling; qualitative and quantitative analysis of soft switching converters, defining the operation principles, main waveforms, time intervals and the state variables in each operation steps, phase planes of resonant elements, static voltage gain expressions, analysis of voltage and current efforts in semiconductors and the operational curves at 200 W to 800 W. There are presented project of PI, PID and PID + Notch compensators for MPPT closed-loop system and resonant elements design. In order to analyze the operation of a complete photovoltaic system connected to the grid, it was chosen to simulate a three-phase inverter using the P-Q control theory of three-phase instantaneous power. Finally, the simulation results and experimental with the necessary comparative analysis of the proposed converters will be presented.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoTese (Doutorado)Este trabalho faz um estudo comparativo de dois conversores Boost Quadrático monochaveados suavemente (Soft Single Switched – SSS1 e SSS2) com foco na aplicação de rastreamento de máxima potência (Maximum Power Point Tracking - MPPT) de um arranjo fotovoltaico utilizando a técnica P&O (Perturb and Observe). Os conversores propostos mantêm as características de ganho e dinâmica do conversor original, com a vantagem de reduzir consideravelmente as perdas por comutação e por irradiação de ruídos eletromagnéticos (EMI). É apresentada a modelagem do conversor Boost Quadrático para controle da tensão de entrada, a análise qualitativa e quantitativa dos conversores com comutação suave, contemplando os princípios de operação, principais formas de onda teóricas, expressões para cálculo dos intervalos de tempo e das variáveis de estado em cada etapa de operação, os planos de fase dos elementos ressonantes, o equacionamento do ganho estático de tensão, a análise dos esforços de tensão e corrente nos semicondutores e as curvas de operação do conversor na faixa de 200 W a 800 W. São apresentados roteiros de projeto para compensadores PI, PID e PID+Notch para o sistema MPPT em malha fechada e os roteiros de dimensionamento dos elementos ressonantes das células de auxílio à comutação. Com o intuito de analisar o funcionamento de um sistema fotovoltaico completo conectado à rede, escolheu-se simular um Inversor Trifásico utilizando a teoria P-Q de controle de potências instantâneas trifásicas. Por fim, serão apresentados os resultados de simulação e experimentais com as devidas análises comparativas entre os conversores propostos