Parallel connected inverters' common-mode voltage redcution for applications in energy storage systems

This thesis deals with the problems that arise by parallel connection of inverters with the focus mainly on the reduction of the common mode voltage. It has been observed that common mode voltage is a source of excitation for the zero sequence circulating currents as well. The thesis is developed first with single grid connected two-level and three-level inverter using conventional SVPWM and then as the next step two scenarios are considered: 1) two inverters directly connected on the AC side and separated on the DC bus. 2) inverters are directly connected both on AC and DC side. As the easiest solutions to reduce the common mode voltage is using passive filters and transformers to reduce the zero sequence circulating currents can be numbered. However, these hardware solutions are cost intensive and requires lots of space as the power rating increases. In this thesis, different software approaches regarding the reducing the common mode voltage has been taken. Depending on the objective, proper combination of the vectors can reduce the CMV. Modified SVPWMs comes with more degrees of freedom to implement as the level of inverters increases but the computational burden increases as well. In this thesis, the modification of the vectors was so that the vectors contributing the most to the producing the common mode voltage were replaced by the proper neighboring vectors and the effect of the latter has been studied on the common mode voltage and the also circulating currents. During each technique, the output currents delivered to the grid and the level of its THD is monitored to verify the grid requirements. The ZSCC is measured through the parasitic capacitance caused by the PV systems and the proper LCL filter and control systems have been designed according to the objective.

Questa tesi affronta i problemi che sorgono dal collegamento in parallelo di inverter con particolare attenzione alla riduzione della tensione di modo comune. È stato osservato che la tensione di modo comune è una fonte di eccitazione anche per le correnti circolanti di sequenza zero. La tesi viene sviluppata prima con inverter a due livelli e tre livelli collegati alla rete singola utilizzando SVPWM convenzionale e quindi come passaggio successivo vengono considerati due scenari: 1) due inverter collegati direttamente sul lato AC e separati sul bus DC. 2) gli inverter sono collegati direttamente sia sul lato AC che DC. Poiché la soluzione più semplice per ridurre la tensione di modo comune consiste nell'utilizzare filtri passivi e trasformatori per ridurre la sequenza zero, le correnti circolanti possono essere numerate. Tuttavia, queste soluzioni hardware sono costose e richiedono molto spazio all'aumentare della potenza nominale. In questa tesi sono stati adottati diversi approcci software per quanto riguarda la riduzione della tensione di modo comune. A seconda dell'obiettivo, una corretta combinazione dei vettori può ridurre il CMV. Gli SVPWM modificati offrono più gradi di libertà da implementare all'aumentare del livello degli inverter, ma aumenta anche il carico di calcolo. in questa tesi, la modifica dei vettori è stata tale che i vettori che contribuiscono maggiormente alla produzione della tensione di modo comune sono stati sostituiti dai vettori propri vicini ed è stato studiato l'effetto di questi ultimi sulla tensione di modo comune e anche le correnti circolanti. Durante ciascuna tecnica, le correnti di uscita immesse in rete e il livello del suo THD vengono monitorati per verificare i requisiti di rete. Lo ZSCC viene misurato attraverso la capacità parassita causata dai sistemi fotovoltaici e il filtro LCL e i sistemi di controllo adeguati sono stati progettati in base all'obiettivo.