یک ساختار دوطرفه تعمیم یافته حاوی دیود برای اینورتر چندسطحی با تعداد سوییچ و درایور کمتر

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق، واحد بین‌الملل کیش، دانشگاه آزاد اسلامی، جزیره کیش، ایران

2 گروه مهندسی برق، واحد تهران جنوب، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

3 گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران. گروه مهندسی برق، واحد بین‌الملل کیش، دانشگاه

4 گروه مهندسی برق، واحد علوم و تحقیقات، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران

چکیده

اینورترهای چندسطحی نسبت به اینورتر دوسطحی معمولی از نظر کیفیت ولتاژ خروجی، نیاز به فیلتر و بازده پیشرفت زیادی برای کاربردهای انرژی‌های تجدیدپذیر و صنعتی کرده است. در این مقاله یک توپولوژی جدید برای اینورتر چندسطحی تک فاز طراحی شده است. این توپولوژی با هدف کاهش تعداد منابع ولتاژ ایزوله، سوئیچ‌ها و درایورها ارایه شده است که قادر است به صورت ماژولار تعداد سطوح خروجی را افزایش دهد. ساختار پیشنهادی برای دستیابی به تعداد سطوح ولتاژ خروجی بالا نسبت به تعداد سوئیچ، درایور و منبع ولتاژ DC بهبود داده شده است. برای تعیین مقادیر ولتاژ منابع DC سه الگوریتم مختلف پیشنهاد شده است. برای تایید برتری ساختار پیشنهادی یک مقایسه دقیق با سایر توپولوژی‌های اینورترهای چندسطحی انجام شده است. ساختار پیشنهادی برای کاربردهای انرژی تجدیدپذیر مانند اتصال آرایه‌های فتوولتاییک به شبکه گزینه مناسبی است. ساختار پیشنهادی در محیط Matlab/Simulink با استفاده از مدولاسیون نزدیک‌ترین سطح در هر دو حالت‌ منابع DC متقارن و نامتقارن شبیه‌سازی شده و عملکرد آن مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A Generalized Bidirectional Structure for Multi-Level Inverter with Low Number of Power Electronic Devices

نویسندگان [English]

  • Babak Hosseini Montazer 1
  • Javad Olamaei 2
  • Majid Hosseinpour 3
  • Babak Mozafari 4
1 Department of Electrical Engineering, Kish International Branch, Islamic Azad University, Kish Island, Iran
2 Department of Electrical Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
3 Department of Electrical and Computer Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran. Department of Electrical Engineering, Kish International Branch, Islamic Azad University, Kish Island, Iran
4 Department of Electrical Engineering, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Multi-level inverters (MLIs) have made great strides in the use of renewable and industrial energy compared to conventional two-level inverters in terms of output voltage quality, filters and high efficiency requirements. This paper describes a new topology for single-phase multi-level invereter. This topology is presented with the aim of reducing the number of isolated voltage sources, switches and drivers that are able to modularly increase the number of output levels. The proposed structure has been improved to achieve a higher number of output voltage levels relative to the number of switches, drivers and DC voltage source. To confirm the superiority of the proposed structure, a detailed comparison has been performed with other multi-level inverter topologies. In this paper, the Nearest Level Modulation (NLM) is used to generate the output voltage and is simulated in Matlab/Simulink environment. The performance of the designed structure is comprehensively evaluated in symmetric and asymmetric topologies.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Multilevel Inverter
  • Bidirectional structure
  • Switch count reduction
  • Diode containing structure
[1] A. Seifi, M. Hosseinpour, A. Dejamkhooy, and F.Sedaghati, “Novel Reduced Switch-Count Structure for Symmetric/Asymmetric Cascaded Multilevel Inverter”, Arabian Journal for Science and Engineering, Vol. 45, 2020, pp. 6687–6700.
[2] M. Hosseinpour, A. Seifi, and E. Feyz, “A New Symmetric/Asymmetric Multilevel Inverter Based on Cascaded Connection of Sub-Multilevel Units Aiming Less Switching Components and Total Blocked Voltage”, Journal of Telecommunication, Electronic and Computer Engineering (JTEC), Vol. 12, No. 1, 2020, pp.53-62.
[3] حسن فشکی فراهانی، "ارائه یک ساختار جدید برای اینورترهای منبع ولتاژ چند سطحی تک فاز بر مبنای کاهش تعداد کلیدهای نیمه‌هادی"، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 16، شماره 52، بهار 1397، صفحه 97-108.
[4] A. Seifi, M. Hosseinpour, and A. Dejamkhooy, “A Switch-Source Cell based Cascaded Multilevel Inverter Topology with Minimum Number of Power Electronics Components”, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 2020, Online Ready.
[5] محمد رضا بنائی و حسین اژدرفائقی بناب، "ارائه، بررسی و مقایسه مبدل‌های dc-dc جدید تک کلیده با ضریب بهره بالا و تنش ولتاژ کم دو سر کلید "، نشریه مدل‌سازی در مهندسی، دوره 17، شماره 56، بهار 1398، صفحه 10-1.
[6] A. Seifi, M. Hosseinpour, A. Dejamkhooy, F. Sedaghati, E. Ostad, “A New Generalized Multilevel Inverter Topology Based on Cascaded Connection of Basic Units”, International Power System Conference (PSC) , December 2019, pp. 355-360.
[7] S. Yousofi-Darmian, and S. Masoud Barakati, “A new asymmetric multilevel inverter with reduced number of components”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 8, No. 4, 2020, pp. 4333-4342.
[8] E. Samadaei, S. A. Gholamian, A. Sheikholeslami, and J. Adabi, “An envelope type (E-type) module: Asymmetric multilevel inverters with reduced components”, IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 11, November 2016, pp. 7148–7156.
[9] E. Samadaei, A. Sheikholeslami, S. A. Gholamian, and J. Adabi, “A square T-type (ST-Type) module for asymmetrical multilevel inverters”, IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 33, No. 2, February 2018, pp. 987–996.
[10] K. P. Panda, S. S. Lee, and G. Panda, “Reduced switch cascaded multilevel inverter with new selective harmonic elimination control for standalone renewable energy system”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 55, No. 6, 2019, pp. 7561-7574.
[11] S. H. Majareh Latifi, F. Sedaghati, M. Hosseinpour, and S. R. Mousavi-Aghdam, “Design, analysis and implementation of a generalised topology for multilevel inverters with reduced circuit devices”, IET Power Electronics, Vol. 12, No. 14, 2019, pp. 3724-3731.
[12] M. A. Hosseinzadeh, M. Sarebanzadeh, M. Rivera, E. Babaei, and P. Wheeler, “A Reduced Single-Phase Switched-Diode Cascaded Multilevel Inverter”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Early Access, 2020.
[13] M. Hosseinpour, A. Seifi, A. Dejamkhooy, and F. Sedaghati, “Switch count reduced structure for symmetric bi-directional multilevel inverter based on switch-diode-source cells”, IET Power Electronics, Vol. 13, No. 8, 2020, pp. 1675-1686.
[14] M. Hosseinpour, A. Seifi, and M. M. Rahimian, “A bidirectional diode containing multilevel inverter topology with reduced switch count and driver”, International Journal of Circuit Theory and Applications, Vol. 48, No. 10, 2020, pp. 1766-1785.
[15] J. S. Mohamed Ali, R. Sh. Alishah, N. Sandeep, S. H. Hosseini, E. Babaei, K. Vijayakumar, and U. R. Yaragatti, “A new generalized multilevel converter topology based on cascaded connection of basic units”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 7, No. 4, 2018, pp. 2498-2512.
[16] Z. Sarwer, M. D. Siddique, A. Iqbal, A. Sarwar, and S. Mekhilef, “An improved asymmetrical multilevel inverter topology with reduced semiconductor device count”, International Transactions on Electrical Energy Systems, Vol. 30, No. 11, 2020, p.e12587.
[17] M. R. J. Oskuee, M. Karimi, S. N. Ravadanegh and G. B. Gharehpetian, “An Innovative Scheme of Symmetric Multilevel Voltage Source Inverter with Lower Number of Circuit Devices,” IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 62, No. 11, 2015, pp. 6965-6973.
[18] R. S. Alishah, S. H. Hosseini, E. Babaaei and M. Sabahi, “A New General Multilevel Converter Topology Based on Cascaded Connection of Sub-Multilevel Units with Reduced Switching Components, DC Sources and Blocked Voltage by Switches,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 11, 2016, pp. 7157–7164.
[19] M. Jayabalan, B. Jeevarathinam and T. Sandirasegarane, “Reduced switch count pulse width modulated multilevel inverter,” IET Power Electronics, Vol. 10, No. 1, 2017, pp. 10-17.
[20] J. S. Mohamed Ali, R. Sh. Alishah, and V. Krishnasamy, “A new generalized multilevel converter topology with reduced voltage on switches, power losses, and components”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 7, No. 2, 2018, pp. 1094-1106.
[21] H. Samsami, A. Taheri, and R. Samanbakhsh, “New bidirectional multilevel inverter topology with staircase cascading for symmetric and asymmetric structures”, IET Power Electronics, Vol. 10, No. 11, 2017, pp. 1315-1323.
[22] M. D. Siddique, S.Mekhilef, N. M.Shah, and M. A. Memon, “Optimal design of a new cascaded multilevel inverter topology with reduced switch count”, IEEE Access, Vol. 7, 2019, pp. 24498-24510.
[23] R. Sh. Alishah, S. H.Hosseini, E. Babaei, and M. Sabahi, “Optimal design of new cascaded switch-ladder multilevel inverter structure”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 64, No. 3, 2016, pp. 2072-2080.
[24] E. Samadaei, S. A. Gholamian, A. Sheikholeslami, and J. Adabi, “An envelope type (E-Type) module: asymmetric multilevel inverters with reduced components”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 11, 2016, pp. 7148-7156.
[25] S. Peddapati, “A generalized symmetrical MLI topology with improved commutation”, Electrical Engineering, Vol. 102, No. 4, 2020, pp.2617-2635.
[26] M. D. Siddique, S. Mekhilef, N. M.Shah, A.Sarwar, A.Iqbal, and M. A Memon, “A new multilevel inverter topology with reduce switch count”, IEEE Access, Vol. 7, 2018, pp. 58584-58594.
[27] S. T.Meraj, K.Hasan, and A. Masaoud, “A novel configuration of cross-switched T-type (CT-type) multilevel inverter”, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 35, No. 4, 2019, pp. 3688-3696.
[28] C. Dhanamjayulu, and S. Meikandasivam, “Implementation and comparison of symmetric and asymmetric multilevel inverters for dynamic loads”, IEEE Access, Vol. 6, 2017, pp. 738-746.
[29] مجید حسین‌پور و علی سیفی، "ارایه یک ساختار جدید برای مبدل چندسطحی متقارن به منظور کاهش تعداد سوییچ و هزینه مبدل"، نشریه مدلسازی در مهندسی، دوره 18، شماره 60، بهار 1399، صفحه 71-85.