Double-stage Boost converter integrated with S3 inverter for PV generation applications

High step-up DC-DC converters play a vital role in seamlessly integrating low voltage DC sources. Recent advancements in converter designs have been centered on the optimization of components, particularly aiming to minimize switching devices and passive elements, while concurrently reducing converter losses. This paper introduces a novel DC-DC converter topology known as the single switched impedance network (SSIN), featuring both one-stage and double-stage configurations tailored for PV applications. This thesis thoroughly investigates the operation of the SSIN converter across both continuous and discontinuous conduction modes, followed by a comprehensive evaluation and comparison of its performance with other similar topologies. Additionally, a single-phase voltage source inverter, featuring a DC-DC conversion stage connected to a solar PV panel operating at the main frequency, is presented. This inverter employs three semiconductor switches, with one operating at high frequency and the remaining two at the main frequency. Detailed insights into the inverter and its simulation results are presented in chapters 3 and 4, respectively. Furthermore, this thesis details the creation of AC voltage from a photovoltaic panel within the MATLAB software environment. For improved performance comparison, the Interleaved boost converter is utilized instead of the classic boost converter to mitigate output voltage ripple. Finally, to gain deeper insights into the performance of these converters in real-world simulations, input DC voltage is generated by a PV cell, and the inverter's output voltage is connected to the power grid. Moreover, Maximum Power Point Tracking is employed to better control the output voltage, with a thorough examination of its efficacy and performance response provided in chapter 4.

I convertitori DC-DC ad alto rapporto di trasformazione svolgono un ruolo vitale nell'integrare in modo fluido le fonti DC a bassa tensione. Gli ultimi progressi nella progettazione dei convertitori si sono concentrati sull'ottimizzazione dei componenti, mirando in particolare a minimizzare dispositivi di commutazione ed elementi passivi, riducendo contemporaneamente le perdite del convertitore. Questo articolo introduce una nuova topologia di convertitore DC-DC nota come rete di impedenza a commutazione singola (SSIN), caratterizzata da configurazioni sia a singolo stadio che a doppio stadio adatte per le applicazioni fotovoltaiche. Questa tesi indaga approfonditamente il funzionamento del convertitore SSIN sia nelle modalità di conduzione continua che discontinua, seguito da una valutazione e un confronto esaustivi delle sue prestazioni con altre topologie simili. Inoltre, viene presentato un inverter monofase a sorgente di tensione, con uno stadio di conversione DC-DC collegato a un pannello solare fotovoltaico operante alla frequenza principale. Questo inverter impiega tre interruttori a semiconduttore, di cui uno funziona ad alta frequenza e gli altri due alla frequenza principale. Dettagliate informazioni sull'inverter e i suoi risultati di simulazione sono presentati rispettivamente nei capitoli 3 e 4. Inoltre, questa tesi illustra la creazione di tensione AC da un pannello fotovoltaico all'interno dell'ambiente software MATLAB. Per un miglior confronto delle prestazioni, viene utilizzato il convertitore boost interleave invece del classico convertitore boost per ridurre la ripple di tensione in uscita. Infine, per ottenere una comprensione più approfondita delle prestazioni di questi convertitori nelle simulazioni reali, la tensione DC in ingresso è generata da una cella fotovoltaica e la tensione in uscita dell'inverter è collegata alla rete elettrica. Inoltre, viene impiegato il Maximum Power Point Tracking per controllare meglio la tensione in uscita, con un'attenta analisi della sua efficacia e risposta prestazionale fornita nel capitolo 4.