Two-stage voltage control with interleaved boost and S3 inverter for photovoltaic generation applications

The use of Green production specially photovoltaic cells day by day is increasing due to the matters of Global sustainability and earth temperature increase in recent years. The common problem which always we have in the green production by photovoltaic cells is the type of output voltage or current which is DC. As far as we know most of the electrical domestic consumers and industrial consumers are fed by AC voltage, therefor the ways in order to convert DC to AC Voltage always have been significant issue in the field of power electronic. In this thesis the focus mostly is on this issue and a way in order to have a small power electronic inverter to convert DC output which is produced by Photovoltaic cell to higher level AC output voltage. A single-phase voltage source inverter with a DC-DC conversion stage connected to a synchronous buck configuration operating at the main frequency is presented. The duty cycle of the DC-DC conversion stage is changed to a unidirectional sinusoidal form to produce the same output voltage at both ends of the DC link capacitor. This unidirectional voltage is converted into an alternating voltage by the synchronous bridge configuration. This inverter uses three semiconductor switches, one of them works at high frequency and the other two at main frequency. How the inverter works and its simulation results are presented in chapters 2 and 4, respectively. It is also designed to create the input DC voltage of a photovoltaic panel in the MATLAB software environment. This model uses basic flow equations related to solar cells and includes the effect of sunlight and temperature change. How to design this model is explained in detail in chapter 4. Further, in this thesis, to reduce the input current and output voltage ripple, the interlude boost converter is used instead of the classic boost converter, and the performance comparison results of these two converters on the output voltage of the inverter are explained in detail in chapter 4. Also, in this thesis, in order to better control the output voltage, two control methods, proportional-integral and sliding mode, have been used, and the results of these two methods and their performance response have been examined in chapter 4. In addition, it should be the MPPT control method also is done in this thesis, which respectively has been described in 2nd and 4nd Chapters.

L’uso della produzione verde, in particolare delle celle fotovoltaiche, sta aumentando giorno dopo giorno a causa delle questioni di sostenibilità globale e dell’aumento della temperatura terrestre negli ultimi anni. Il problema comune che abbiamo sempre nella produzione ecologica di celle fotovoltaiche è il tipo di tensione o corrente di uscita che è DC. Per quanto ne sappiamo, la maggior parte dei consumatori elettrici domestici e industriali sono alimentati da tensione AC, pertanto le modalità per convertire la tensione DC in tensione AC sono sempre state un problema significativo nel campo dell'elettronica di potenza. In questa tesi l'attenzione si concentra principalmente su questo problema e su un modo per avere un inverter elettronico di piccola potenza per convertire l'uscita DC prodotta dalla cella fotovoltaica in una tensione di uscita AC di livello superiore. Viene presentato un inverter con sorgente di tensione monofase con uno stadio di conversione DCDC collegato a una configurazione buck sincrona funzionante alla frequenza principale. Il ciclo di lavoro dello stadio di conversione DC-DC viene modificato in una forma sinusoidale unidirezionale per produrre la stessa tensione di uscita su entrambe le estremità del condensatore del collegamento DC. Questa tensione unidirezionale viene convertita in una tensione alternata dalla configurazione del ponte sincrono. Questo inverter utilizza tre interruttori a semiconduttore, uno dei quali funziona ad alta frequenza e gli altri due alla frequenza principale. Il funzionamento dell'inverter e i risultati della simulazione sono presentati rispettivamente nei capitoli 2 e 4. È inoltre progettato per creare la tensione DC in ingresso di un pannello fotovoltaico nell'ambiente software MATLAB. Questo modello utilizza equazioni di flusso di base relative alle celle solari e include l'effetto della luce solare e del cambiamento di temperatura. Come progettare questo modello è spiegato in dettaglio nel capitolo 4. Inoltre, in questa tesi, per ridurre l'ondulazione della corrente di ingresso e della tensione di uscita, viene utilizzato il convertitore boost di intermezzo al posto del classico convertitore boost e i risultati del confronto delle prestazioni di questi due convertitori sulla tensione di uscita dell'inverter sono spiegati in dettaglio nel capitolo 4. Inoltre, in questa tesi, per controllare meglio la tensione di uscita, sono stati utilizzati due metodi di controllo, proporzionale-integrale e modalità scorrevole, e i risultati di questi due metodi e la loro risposta prestazionale sono stati esaminati nel capitolo 4. Inoltre, in questa tesi dovrebbe essere trattato anche il metodo di controllo MPPT, che è stato descritto rispettivamente nel 2 e 4 capitolo.