太阳能光伏水泵系统的三电平级联逆变器驱动方法

工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731邀请完整文章采用三电平级联逆变器连接感应电机驱动的太阳能光伏水泵解决方案Ramulu Chinthamallaa，Sanjeevikumar Padmanabanb，c，Ramsha Karampuria，Sachin Jaina，艾哈迈德·H埃尔塔斯d，维廉费达克eaWarangal（T.S.）国家技术学院电气工程系，印度b南非奥克兰公园约翰内斯堡大学电气和电子工程系c印度金奈欧姆技术公司电力电子部研发部d土耳其Karabuk，Karabuk大学工程学院生物医学工程系斯洛伐克科希策技术大学机电一体化系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2016年8月12日收到2016年8月26日修订2016年8月28日接受2016年9月8日保留字：离心泵最大功率点跟踪光伏空间矢量脉宽调制三电平逆变器A B S T R A C T提出了一种光伏供电三相感应电动机（IM）抽水系统的单级解决方案。给定的解决方案使用经过时间测试的两个两电平级联H桥逆变器来向IM泵驱动器提供三电平电压输出。该系统采用最大功率点跟踪（MPPT）、空间矢量脉宽调制（SVPWM）和V/f控制相结合的控制策略。MPPT算法产生调制指数这有助于改善IM相电流的THD，从而减少转矩脉动。此外，这有助于进一步提高IM性能。手稿中给出了关于系统建模以及仿真和实验结果的所有详细信息。此外，还将所提出的方案与传统的系统即，提出了一种两电平逆变器并网光伏水泵系统©2016 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍由于社会要求的现代化及其在工业和家庭需求中的日益增加的应用，对电能的需求急剧增加满足日益增长的电力需求的一个解决方案可能是增加中央发电厂的发电能力。这受到环境和生态的制约。其他好的解决方案是使用非传统或可再生能源，如风能，光伏，燃料电池等。在现有的非传统能源中，太阳能光伏（PV）技术更受欢迎，因为它具有许多优点，如各种文献[1-4]所述太阳能光伏发电系统的好处是：它可以免费吸收永久的太阳能，环保，不会对大气产生任何污染，并且提供低噪音的操作*通讯作者：约翰内斯堡大学电气与电子工程系，奥克兰公园，南非。电子邮件地址：sanjeevi_12@yahoo.co.in（P.Sanjeevikumar）。由Karabuk大学负责进行同行审查。并且与其它非常规能源相比，维护成本低。太阳能光伏阵列直接将来自太阳的太阳能转换为直流电。光伏阵列产生的直流电通过功率调节单元（PCU）调节或转换为所需的形式。根据PV系统的应用，PCU可以是任何逆变器或转换器电路。就应用而言，太阳能光伏系统可大致分为两类：（i）并网光伏系统和（ii）独立光伏系统。在并网光伏系统[5-然而，在独立光伏系统中，有或没有附加电源的太阳能光伏电源保持独立负载所需的定义电压和电流[10额外的来源可以是电池、风力、燃料电池等，并且由于PV发电的不确定性而需要它们。然而，独立的应用，如用于农业、多层建筑或工业等的太阳能水泵，与水箱存储可能不需要额外的来源。此外，在这样的系统中，PV源可以始终在最大功率点（MPP）附近操作，这给出了使用http://dx.doi.org/10.1016/j.jestch.2016.08.0192215-0986/©2016 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestchpv¼psc- sNsgkT-ð Þ单单单PCUPCUPCU三电平DC-AC逆变3-3-3-氯氯氯IMIMIM泵泵泵PVPVPV源源源控制器1732C. Ramulu等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731高效地产生PV电力。下面简要介绍了文献中针对光伏水泵驱动系统给出的一些好的解决方案。PV泵送系统的一些初始解决方案包括使用不带PCU的直流电机[13，14]和带PCU的直流电机[15- 1617]。然而，由于直流电动机的高成本和持续维护，后来的解决方案被提出使用感应电动机（IM）[18[18-22] 中给出的解决方案第二PCU，即，[18-22] 中使用的dc-ac逆变器因此，更多数量的PCU和两级输出分别增加了光伏系统的电机电流中的损耗和纹波含量。因此，需要单级功率调节（即，单PCU）解决方案，因为其优点在[23- 24]中给出25]，系统如图所示。1.一、[26]中提出了一种基于中性点箝位（NPC）逆变器配置的解决方案。所提出的解决方案是好的，因为它涉及具有三电平逆变器输出电压的单个PCU。然而，所提出的系统[26]使用复杂的可变步长MPPT跟踪，其给出参考速度作为输出。此外，所使用的开关装置的数量更多，导致更高的成本和重量。最近，已经提出了使用单个PCU和三电平反转的另一种解决方案，[27、28]。[27，28]中给出的PV泵送解决方案使用开放式-给出了建议的光伏泵送系统与传统的两级光伏泵送系统的比较。第6节给出了支持仿真结果的实验结果。最后一部分是本文的结论。2. 系统的工作原理和建模所提出的光伏源馈电三电平级联逆变器的电路示意图连接到耦合离心泵负载的感应电机，如图2所示。所提出的系统包括太阳能光伏阵列、三电平级联逆变器（逆变器-1和逆变器-2是以级联方式连接的传统两电平逆变器）[30]、三相星形连接鼠笼式感应电机、离心泵负载和dSPACE控制器。由PV源产生的功率通过三级级联逆变器以所需的形式进行调节，并被转移到电机泵负载。为了分析所提出的PV泵送系统的性能，通过结合如下所述的各个模型来开发仿真模型2.1. 光伏电源模型利用光伏电池的基本单元模型建立了光伏电源模型。使用基本电池[31]方程的PV阵列的电气等效iN.我ieqvpv1ΣΣ1由于采用了简单的控制技术，成本较低，容错性较好，因而优于文献[26]中给出的系统。然而，开路绕组感应电动机的使用需要更多的电线（电动机和逆变器输出之间的电缆）以及[29]中提到的其他缺点。此外，开放式绕组感应电动机在市场上不可商购。因此，使用市售3-U感应电机的简单解决方案将是很好的解决方案。因此，从上面的讨论中，显然需要具有简单控制的低成本单级三级PV泵送系统，其集成了MPPT和电机控制。本文提出了一种用调制指数m a的值来控制光伏电源功率的解决方案此外，V/ f控制再次使用“m a”的计算值由方程式（1）ipv，isc，is为光伏阵列电流（A）、光伏电池短路电流（A）、二极管反向饱和电流(A)分别短路电流取决于日照（G）和温度（T）。Np和Ns是分别为并联和串联PV电池，g为二极管理想因子，k是玻尔兹曼常数，q是电子电荷，T是以开尔文为单位的阵列操作温度，并且vpv是PV阵列电压（V）。在模拟中，将PV阵列电压（vpv）、日照（Suns）和温度（°C）作为校准的输入。计算光伏阵列电流，如方程式所示。（1）（见图3）。光伏阵列的输出端通过缓冲电容器Cpv1和Cpv2连接到三电平级联逆变器，如图2所示。在缓冲电容器的端子节点“c 1”和“c 2”处应用KCL（图（2），DvCpv1基本频率和幅度的的相电压适用于发动机。将V/f控制用于泵或风扇类型的应用进一步有助于三相电机的高效或优化操作。因此，所提出的系统有效地利用了光伏电源，并有效地控制电机。ipv<$iCpv1iinv1<$Cpv1iCpv1<$iCpv 2iinv 2<$Cpv 2DTi inv1dvCpv2DTi inv2其余的手稿分为六个部分：工作原理和建模的建议系统在第2节。第3节介绍了所提出的系统的控制策略和MPPT算法第4节给出了仿真结果，显示所提出的系统的性能第5节Fig. 1.建议单级光伏供电的三电平逆变器连接到三相感应电动泵。其中，vCpv1和iCpv1分别是跨接的电压和通过的电流，capacit或Cpv1;vCpv2和iCpv2是电容器Cpv2两端的电压和通过电容器C pv 2的电流分别由逆变器-1和逆变器-2驱动。方程的积分解（2）和（3）给出直流母线电容电压vCpv1和vCp v2。直流母线电容电压相加形成PV电压，vpv作为输入返回给PV电源模型，如图所示。3.第三章。2.2. 三电平级联型逆变器三电平级联逆变器的数学模型使用开关函数方程[27]开发。采用开关逻辑SXY（其中X2fr;y;bg和Y2f1; 2g）对所提出的系统的逆变器开关函数SXY值级联逆变器包括六个极（r1，y1，b1，r2，y2和b2）和12个开关（每个相臂四个开关所考虑的逆变器端绕组感应电动机在定子绕组的两端连接两个两电平这些解决方案是先进的--R2C. Ramulu等人 /工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731-17411733我pvC1iinv1S1iCpv1C +S逆变器-1S3 S5Vpvpv1-C2VCpv1iinv2iCpv2r1Sy1r1S4Sb1y1b1S6S2离心泵不太阳能光伏阵列Cpv2+-VCpv2S1'Sr2R2S3'IrSy2S5'我是我S4'OS6'y2Sb2bS2' B2感应电动机我pv dSPACE控制器逆变器-2S1vpvMPPT是个vpvV/f控制和SPWM算法S3S5S1'S3'S5'逆变器-1逆变器-2图二、所提出的单级光伏供电的三电平级联逆变器与感应电动泵的原理电路图因此，共模电压“v_no”可以被确定为（根据图1B）。（2），1v编号：1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000图三. 光伏组件的数学模型。配置在极电压中产生三个电平，VCpv1+VCpv2、VCpv2和0。极电压是相对于直流中性节点“O”计算的（见图1）。 2）的情况。电压表示逆变器“Y”的“X”桥臂的极电压它可以使用开关函数和直流母线电压（VCpv1）和（VCpv2）分别计算电容器Cpv1和Cpv2因此，在本发明中，逆变器-1的“r”相的极电压“其中一旦已知共模电压，在级联逆变器输出处的电动机相电压由下式给出，vr2n¼ vr2o- vno11其中类似地，可以导出其他相电压现在，一旦相电压如果已知电机的相电流，则可以使用IM模型导出相应的相电流，如下一节所述。导出的相电流还可以用于计算通过逆变器-1 ' i inv 1 '和逆变器-2 ' i inv 2 '的电流，如下所iinv1¼Sr 1Sr 2irSy 1Sy 2iySb 1Sb 2ib12vr1o<$Sr1×VCpv1VCpv2Sr1×VCpv24联系我们是的是的 S 我ð13Þ其中"其值为在V2R1R2R年1年 2年B1B2B分别打开或关闭。类似地，逆变器-1的其他相“y”、“b”各自的极电压agevy1o¼Sy1×VCpv1VCpv2Sy1×VCpv25vb1o<$Sb1×VCpv1VCpv2< $Sb1×VCpv26使用相同的策略，逆变器-2的“r”、"y“和”b“相的极电压es”v r 2o“、”v y 2 o“和”v b 2 o“给出vr2o¼Sr1Sr2×VCpv1VCpv2Sr1Sr2VCpv272.3. 三相异步电动机与离心泵负载耦合推导出的级联逆变器三相输出电压（vr2n、vy2n和vb2n）在将其变换到同步旋转参考系（如[32]所述）之后施加到IM的定子绕组。所施加的电压负责在IM中产生电磁转矩由耦合到离心泵的IM产生的机械扭矩的动力学可以表示为，Dxvy2o ¼Sy1Sy2 公司简介Cpv1 NIVCpv2公司简介y1Sy2VCpv2Þð8Þmd¼JdtBxrGPV模型ipv-i inv11/Cpv1∫∫GTvpvvCpv1当量(1)我vCpv1iinv1∑∑∑ipv-iinv2vCpv21/Cpv2∫∫vCpv2iinv2vpvð14Þvb2o<$Sb1Sb2×VCpv1VCpv2Sb1Sb2VCpv29其中，常数<¼þD ðÞa a a（××1734C. Ramulu等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）17313. MPPT算法及控制策略上述开发的光伏水泵系统模型需要更好的控制策略来分析其性能。该系统采用了一种综合的控制策略，它吸收了MPPT算法，V/f控制和SVPWM技术。在给定的而开环V/f控制是为了提高电机的性能，SVPWM技术是为了更好地利用直流母线来操作逆变器的功率半导体器件。所提出的控制策略如图4所示。控制算法首先将调制指数“m a”的值“&P 0”MPPT算法感测瞬时PV电压“v p v”和PV电流“i p v”;然后计算PV功率“p p v”。 这些值在时间周期“Tmod”内被平均，并且被存储为先前值Vpv（n-1）和Ppv（n-1）。在一个基本周期之后，即，48个样本，当前PV电压Vpv（n）和功率Ppv（n）为通过对瞬时值求平均而获得。将这些当前值与先前获得的值进行比较，以确定p-v曲线中的工作区域（见图11）。 5）如在Eqs.（17）和（18）。Ppvn-Ppvn-10则mM男性17例Vpvn-Vpvn-1P-P-1最小值m a的值>0个然后ma¼ma-Dma 18调制信号“fmod”的基频和载波信号“fs”的频率，（15）和（16）。Vpvn-Vpvn-1现在，使用来自MPPT算法的更新后的“m a”值fmod¼是个500：866对于ma60：866ð15Þ以更新' f mod '、' f s '、' T mod '和' T s '的值这些值用于生成具有幅度的参考调制信号50对于ma>0： 866其中，电机相电压/电流的额定频率为50 Hz，线性调制边界为0.866。fs¼fmod ×样本数 16位调制的时间周期（“T mod”）和载波信号的时间周期（15）和（16）。' f mod '和' f s '的值这样做有两个原因：一个是保持调制和载波信号之间的同步，另一个是保持每个基本周期的样本的固定数量这就提供了以可变开关频率操作系统的机会[34]。如图4所示，计数器使用“T mod”的值来计算样本的数量在本文中，每个基本周期的样本数被认为是48。因此，所提出的系统中的开关频率从554 Hz（对应于m_a= 0.2）变化到2.4 kHz（对应于m_a= 0.866，即，线性调制的边界）。MPPT算法使用样本的值（即，48）以保持逻辑/计算，直到计数器在时间周期“T mod”内计数到48如图4所示，用于实现MPPT算法的逻辑/计算被合并在“P 0”MPPT算法块内部保持逻辑/计算以便提供足够的时间来更新PV电压和电流的值。换句话说，这有助于提高下面描述的MPPT算法的精度。tude这样做是为了确保V/f控制的实施。此外，产生两个载波信号：一个具有从“0到Ts/2”变化的幅度，另一个具有从“Ts/2到Ts”变化的幅度（见图11）。 4）。两个载波信号都以频率“fs”生成参考调制信号是通过使用基于统一电压载波的SVPWM技术[27]调节的正弦波形。在[27]中简要描述了该算法，其产生如图1A和1B所示的驼峰性质的调制信号。4和6。现在将所产生的调制信号与两个载波信号进行比较，如图1所示。 六、对所有的“m a”值都这样做，直到ma=0.866）。在线性调制区获得三电平电压的另一个原因否则，利用两个电隔离的PV源，可以获得针对不同范围的“m a”的两电平和三电平电压逆变器开关所需的门控信号是通过比较调制和电流来产生的如图1A和1B所示，4和6。4. 仿真结果和分析为了分析和验证性能，使用MATLAB/Simulink软件对所提出的系统（如图2所示）进行了仿真。太阳能光伏阵列和3-UIM的规格见表1。所提出的系统在各种环境条件下进行了模拟，如图1的子图（a）所示，日照（G）和环境温度（T）有增加和减少的趋势。7.第一次会议。考虑用于模拟的G和T的值为：fsTsTs 2Ts0调制信号与两个载波信号的比较为逆变器生成逆变器-2Vpv姆阿明fmod，T mod，f sf模式和Tsm一基于统一电压载波的SVPWM技术是T模式计数器样品vpv我P O MPPT算法是个S/H正斜率区域Pmpp负斜率区域pvΔVPV> 0个ΔVpv= 0PVpvPpv<0PPV（0是个Vpv（V）Vmppma=mamppMVa=m minOC见图4。 用于所提出的系统的控制策略的框图。图五. 光伏组件的p-v0.035×温度，日照，（PV voltage，vpv（V）（PV current，iPV（匹配光伏电源PV power，ppv（调制指数，maMPP附近的振荡05101520时间2530（e）35 40323334恒流源极区操作C. Ramulu等人 /工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731-17411735x 10-4Ts4对于m，a=0.81时间（秒）3对于m，a=0.64对于m，a=0.35TS2210Ts1.6958 1.6961.69621.6964一点六九六六1.69681.6971.69721.6974一点六九七六时间（秒）见图6。 调制信号与载波信号的比较，用于不同的调制指数值，表1太阳能光伏组件和3-UIM的规格和参数。参数值参数值STC（1 Sun，25°C）参数[31]开路电压，最大功率点时的Voc21.0 V电流，最大功率点时的IMPP3.5 A短路电流，最大功率点时的Isc 3.74 A功率，最大功率点时的PMPP59.9 W电压，最大功率点时的VMPP17.1 V光伏阵列尺寸33 ×2感应电机参数额定电压（L-L）400 V电源频率，f50 Hz额定转速，Nr1430rpmp4极数定子绕组电阻，1.405X转子绕组电阻，1.395XRS RR漏抗，x ls= x lr1.8344 X额定功率4 kW时间0至8秒，G = 0.1太阳和T = 25 °C; 8秒至16秒，G = 0.4太阳和T= 35 °C;从16 s到24 s，G = 0.7太阳和T= 45 °C;从24 s到32 s，G = 1.0太阳和T = 55 °C;以及从32 s到40 s，G = 0.9太阳和T = 50 °C。通过改变G和T的值，可以分别从图7的子曲线（b）和（c）观察到PV阵列的电压和电流的相应变化。此外，在这些子图中可以观察到PV阵列电压和电流之间的反比关系。从0到32 s，考虑了增加的环境条件。 在时间32秒时，日照和温度分别从1个太阳降低到0.9个太阳，从55 °C降低到50 °C。日照的影响主要是对PV电流的影响，温度的轻微变化将反映在PV电压上。因此，PV21.510.506004002000864204000300020001000010.50见图7。 光伏电源侧的仿真结果。1736C. Ramulu等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731源极进入电流源区即，PV电流达到短路电流的值（这可以从图7的放大部分观察到）。在光伏电源进入电流源区之前，光伏电压和电流之间可以观察到相反的关系。随后，MPPT算法执行必要的动作以使PV源回到MPP附近，即，的电压源区。这可以通过如图7（d）及其放大部分所示的接近33 s处的PV功率中的尖峰的出现来支持。从图7中要注意的另一个观察结果是，三电平级联逆变器的调制指数光伏发电的不同性质，2682582482682582482626.52727.5 2828.5时间（秒）29.5 30 30.5 31图8.第八条。PV/直流母线电容器两端的电压（a）Cpv1和（b）Cpv2。5000-500200-20402001500100050005000010.5050001005000 5 10 15 20 25 30 35 40时间（秒）见图9。电机泵侧仿真结果：电机相电压、相电流、产生转矩、转子转速、机械功率输出、转差、转差功率和效率。VClutch（V）267262257（2828.0128.02VClutch（V）（电机相电压，vrn（V）（电机相电流，irn（A）（扭矩，md（N-（转速，Nr（机械功率输出，Pmech（W）（Slip（转差功率（效率（%）（Vr2n（V）28.2228.24 28.26 28.2828.3时间（秒）28.32 28.3428.3628.38THD= 9.93%相电压电压谱C. Ramulu等人 /工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731-17411737对G和T的变化导致' m a '值的相应变化另一个需要注意的重要事情是，太阳能光伏阵列的工作电压对于G和T的每一步增加都通过最佳（MPP ）电压。此外，在' m a '的小振荡（见图放大部分。 7（e））值清楚地表明MPP附近的PV阵列的操作。这也可以用匹配瞬态跟踪期间的峰值功率值和接近MPP的稳态，如图1的PV功率子图（d）所示。7.第一次会议。此外，从图1的子图（b）中， 在图7中，可以注意到，PV电压波形在G和T分别阶跃增加或减小期间显示其值的突然上升或下降。这可以4002000-200-4001008060402001050-5-10Vr2n（V）5.15 5.2 5.25 5.3时间（秒）THD= 114.30%0500 1000 1500 20002500 300035004000 45005000频率（Hz）ir2n（A）1008060402000 500100015002000 25003000 35004000450050004002000-200-400频率（Hz）（一）10080604020001050-5-10500 1000 15002000250030003500 4000 4500500010080604020028.2428.2628.2828.328.32 28.3428.3628.38 28.4时间THD= 2.20%0 500 1000 1500 200025003000 3500 4000 45005000频率（Hz）（b）第（1）款图10个。电动机相电压vr2n和电流ir2n，分别在调制指数（ma）的低值（a）和高值（b）的稳态下具有其FFT图。5.155.2时间5.255.35.35THD= 21.43%频率（Hz）ir2n（A）相电压电流频谱电流频谱电压谱相电流相电流1738C. Ramulu等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731这归因于在瞬态条件期间PV/DC总线电容器“C pv 1”和“C pv 2”的充电和放电图8示出了PV/直流母线电容器Cpv1和Cpv2两端的电压波形。电容器的充电和放电的交替性质证明了中性点处的电压平衡。这可以从图中放大的部分观察到。8.第八条。此外，波纹含量的低值（即，约6V）的电容器电压确认了电压平衡。图9示出了电动机侧参数的模拟结果，如电动机相电压、相电流、产生的转矩、转子速度、机械功率输出、转差和转差功率。PV电压相对于G和T的变化可以在电动机相电压的峰值中观察到（见子图（a））。此外，电动机相电流分别随着G和T值的增加或减少而增加或减少，如子图所示(b)图9。此外，可以观察到，产生的扭矩、速度和机械功率跟随PV功率。这可以在图9的子图（c）、（d）和（e）中观察到。此外，滑差和滑差功率的低值证明了高效率，如图1的子图（f）、（g）和（h）所示。 9分别。图10（a）和（b）分别示出了来自图9的子图（a）和（b）的电动机相电压和电流波形的扩展视图。在低G和T下，电压和电流波形中的高纹波含量可以归因于如图所示的较低效率。 9（h）。这一点可以从电机相电压和电流的FFT图如图10（a）所示。此外，相电压和电流的THD随着输出功率值的增加而改善。 此外，相电流中的纹波含量的大小减小，因此转矩纹波随着输出功率的增加而减小。此外，电机相电流的正弦特性确保了直流母线电容器中的电压平衡[35]。此外，在低日照和高日照条件下，还可以观察到基频值的变化。 在低日照和高日照时，稳态时的'ma'值5. 与传统两电平逆变器的比较为了比较三电平逆变器操作与现有两电平逆变器的光伏泵送系统性能，进行了另一次模拟，结果如图11所示。图11（a1）至（d1）是具有两电平逆变器的PV泵送系统的仿真结果; 图11（a2）至（d2）是利用三电平级联逆变器获得的结果。这些结果是通过在表2中给出的三种不同环境条件下进行模拟获得的。两种模拟均考虑了相同电机的类似光伏阵列额定值及其规格（见表1）400030002000100000.80.60.40.23020100-54000300020001000机械功率输出，Pmech（W）400030002000100000.80.60.40.23020100-5双电平逆变器4000300020001000机械功率输出，Pmech（W）级联三电平逆变器0（d1）00 510152025300时间（秒）510（d2）15 20 25 30时间（秒）见图11。从上到下分别为采用传统两电平逆变器（左侧）和级联三电平逆变器（右侧）的光伏水泵系统的光伏功率、调制指数、转矩和机械功率输出的仿真结果。表2建议和传统光伏泵送系统的模拟结果总结。参数常规光伏水泵系统采用两电平逆变器建议采用级联三电平逆变器的光伏水泵系统T = 25°CT = 40°CT = 55°CT = 25°CT = 40°CT = 55°CPV功率纹波（W）2.328471.41437O/P Power Ripple（W）588.9496403246.90251265转矩脉动（N-m）9.564.442.883.962.141.9电压总谐波失真率93.6641.3332.8641.5719.8417.55电流THD13.695.624.146.592.492.09流量（m3/Annum）21,462126669.6247,03221812.4126844.8247382.42-Level Inverter扭矩，md（N-（c级联三电平逆变器PV power，ppv37103690367017 17.5 18（a级联三电平逆变器扭矩，md（N-m）（c2）2-Level InverterPV power，ppv（W）3710369036701717.518（a级联三电平逆变器调制指数，ma0.8180.81717.518（b2-Level Inverter0.82调制指数，ma0.81717.518（bVClutch（V）VClutch（V）C. Ramulu等人 /工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731-17411739当与如图2所示的三电平操作相比时，PV功率中的纹波含量和“ma”中的振荡对于两电平操作更高。 十一岁“m a”值的振荡越高，PV功率中的纹波含量越光伏发电中的低提出的三电平级联逆变器的控制策略，最大限度地减少了振荡的这也会影响电机产生的扭矩和输出功率。因此，在光伏水泵系统中引入三电平级联逆变器，可以减小转矩和输出功率中的纹波含量。所提出的系统和控制策略的有效性也可以从表2中观察到，表2是图11中所示的模拟结果的总结。从表2中可以观察到，与三电平操作相比，在两电平操作的情况下，PV功率、电动机输出功率和电动机产生的此外，在三电平操作的情况下，电压和电流的THD值较小因此，纹波含量和THD值可能会影响PV泵送系统的性能，并反映在表2所示的流速方面。因此，三电平级联逆变器在光伏水泵应用中的应用可以提供更好的性能和提高的流量输出。6. 实验结果为了模拟或接近PV电源特性，在可编程直流电源和三电平级联逆变器输入直流端子之间添加一个小的串联电阻值，如图12所示。可编程直流电源工作在恒压（CV）模式下，具有给定的电流限制值直流电源的电压/电流限值设置为200 V/1.0 A。直流电源通过级联逆变器提供给规格为440 V、1.5 A、1440 rpm、1 HP的3-U鼠笼式IM，并连接到水泵负载。采用12个IGBT（IXXH30N60B3）开关构成三电平级联逆变器这些开关所需的门脉冲提出的控制算法在dSPACE中实现它包括两个，MPPT算法的源和SVPWM算法以及IM的V/f对于MPP源跟踪，该算法需要的信息-仿真的PV源的电压和电流所需信息是通过感测光伏电压与差分放大器电路使用TL084运算放大器IC。并且使用传感器LEM 55-P感测PV电流检测到的PV电压和电源电流被提供给dSPACE的两个ADC计算系统内部生成SVPWM算法所需的“m a”值然后，给定的算法生成逆变器1和逆变器2所需的门控信号（如图所示）。 4）。图13（a）示出了从实验设置捕获的源电压、电流、功率和调制指数。增加调制指数和输入功率的值确认MPP跟踪，如图13（a）所示。还可以观察到逆变器的MPP附近的调制指数的振荡。此外，电压波形中的下降也确认MPPT或源在MPP处的操作。此外，跨直流母线电容器的电压被捕获并显示在图13（b）中。电容器电压的恒定值和图13（b）中较低的纹波含量确保了电容器电压之间的平衡。图图14示出了三电平级联逆变器输出处的参数的实验结果。它显示了逆变器输出端的相电压和电流波形及其各自的FFT图。可以注意到，在低功率和高功率操作下，电压和电流波形的FFT曲线图指示相同频率窗口处的谐波分量。在图1所示的模拟结果中也可以观察到同样的情况。 10个。此外，在相电压和电流的波形的模式是类似的，从仿真结果得到的。此外，为了显示所提出的控制算法对于所提出的系统的有效性，考虑了不同的环境条件。通过将可编程电源的电流限制从0.8 A更改为1.3A，然后在电压为175 V时恢复到0.8 A，这将（一）（b）第（1）款图12. 所提出的系统的实验原型设置。图十三.实验结果显示：（a）源电压，源电流和源功率与调制指数，（b）跨直流母线电容器的电压。电流传感器dSPACECP1104串联变阻器dSPACE控制台数据采集电压传感器带水泵负载的可编程直流电源级联型三电平逆变器电源电压（V）电源电流（A）电源功率（W）调制指数（ma）电源电压（V）电源电流（A）电源功率（W）调制指数（ma）Vr2n（V）谐波频谱公元1740年Ramulu等人/工程科学与技术，国际期刊19（2016）1731图15.实验结果显示了在不同的环境条件下，光伏电压，电流和功率与调制指数的重要波形。几乎模拟了光伏阵列系统中的日射量的增加和然后减少。图15示出了这些条件的实验结果，并且可以观察到设定电压和电流的值。图15中的结果显示了即使在变化的环境条件下也能保持稳定的系统行为。7. 结论（一）ir2n（A）谐波频谱（b）第（1）款图14.实验结果在电机泵侧的建议系统，即，电动机相电压（上）、相电流（下）及其谐波频谱(a) 低功率操作和（b）高功率操作。Vr2n（V）谐波频谱ir2n（A）谐波频谱本文提出了一种用于光伏水泵应用的三电平级联逆变器的优化单级解决方案该系统采用最大功率点跟踪、空间矢量脉宽调制技术和开环V/f控制相结合的控制策略对控制策略进行了详细的说明在模拟和实验结果中，PV源的有效操作是合理的，其操作接近MPP此外，详细比较了三电平和两电平逆变器的光伏水泵系统。总之，该系统提供了更好的性能的光伏电源，以及IM与本文提出的三电平级联逆变器的使用引用[1] V. 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