Inversor CHB-7 con capacidad de múltiples algoritmos MPPT simultáneos en sistemas fotovoltaicos asimétricos de media tensión

• Luis Fernando Díaz-Díaz ^[1] ; Jorge Lara-Cardoso ^[2] ; Concepción Hernández-Flores ^[1] ; Marco Antonio Arjona-López ^[1]
  1. [1] Instituto Tecnólogico de La Laguna

     Instituto Tecnólogico de La Laguna

     México

     
  2. [2] Tecnológico Nacional de México. Instituto Tecnológico Superior de Lerdo
• Localización: Ingeniería, investigación y tecnología, ISSN 1405-7743, ISSN-e 2594-0732, Vol. 25, Nº. 2, 2024
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • CHB-7 inverter with capacity of multiple simultaneous MPPT algorithms in medium voltage asymmetrical photovoltaic systems
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    Este artículo presenta un inversor trifásico de puentes H en cascada (CHB) de 7 niveles con capacidad de múltiples algoritmos simultáneos de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) en sistemas fotovoltaicos asimétricos de media tensión sin transformador. La contribución del presente trabajo de investigación es la propuesta de una novedosa estrategia de control de balanceo basada en la modificación de la modulación de ancho de pulso desplazada en fase (PS-PWM). Esta estrategia permite superar la limitante en trabajos previos de solo poder conectar arreglos con un número igual de paneles fotovoltaicos en serie/paralelo en cada puente H, y que todos ellos solo deban operar bajo condiciones iguales de irradiancia solar. Es importante resaltar que para la implementación de estos algoritmos simultáneos MPPT no se utiliza el clásico convertidor elevador de voltaje en cada puente H, lo que representa un ahorro económico y un aumento en la eficiencia del sistema. Por otro lado, la topología CHB-7 estudiada está basada en transistores bipolares de compuerta aislada (IGBTs) comerciales de 6.5 kV, los cuales permiten la conexión directa del inversor a la red eléctrica de 13.8 kV, eliminando así la necesidad de un transformador elevador, y con ello su peso y volumen. Los resultados de simulación obtenidos en Matlab/SimPowerSystems validan el correcto y alto desempeño de los diferentes algoritmos MPPT operando al mismo tiempo con un conjunto de arreglos fotovoltaicos asimétricos teniendo una capacidad combinada de generación de 3 MW. Con el inversor CHB-7 utilizado se logró alcanzar una eficiencia total de 98 % en la potencia transferida a la red eléctrica y una muy buena calidad de la corriente de la red con tan solo 0.2 % de distorsión armónica, además de que los IGBTs operaron por debajo de 86 % de su voltaje colector-emisor máximo.

  • English

    This article presents a 7-level three-phase cascaded H-bridge (CHB) inverter capable of multiple and simultaneous maximum power point tracking (MPPT) algorithms in transformerless medium-voltage asymmetrical photovoltaic systems. The contribution of this research work is the proposal of a novel balancing control strategy based on the modification of the phase-shifted pulse width modulation (PS-PWM). This strategy allows to overcome the limitation in previous works of only being able to connect an array with an equal number of photovoltaic panels in series/parallel in each H bridge, and that all of them should only operate under equal conditions of solar irradiance. It is important to highlight that for the implementation of these simultaneous MPPT algorithms, the classical voltage boost converter is not used in each H bridge, which represents an economic saving and an increase in the system efficiency. On the other hand, the studied CHB-7 topology is based on commercial 6 kV IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), which allow a direct connection of the inverter to the electrical grid of 13.8 kV, thus eliminating the need of a step-up transformer, and with this its weight, volume and high-cost. The simulation results obtained in Matlab/SimPowerSystems validate the correct and high-performance of the different MPPT algorithms operating at the same time with a set of asymmetrical photovoltaic arrays having a combined generation capacity of 3 MW. With the used CHB-7 it was possible to achieve a total efficiency of 98 % in the power transferred to the electrical grid and a fairly good quality of the grid current with only 0.2 % of harmonic distortion, in addition to the IGBTs operate below 86 % of its maximum collector-emitter voltage.