Current control of Z-source four-leg inverter for autonomous photovoltaic system based on model predictive control

Abstract

Возобновляемые источники для производства электроэнергии вызывают больший интерес у ученых и исследователей по сравнению с традиционными источниками, работающими на основе использования углеводородного топлива. Одним из типов возобновляемых источников энергии, отвечающих реализации концепции «зеленая энергетика», являются фотоэлектрические системы, способные эффективно использоваться в качестве автономной системы электроснабжения для потребителей, географически расположенных в отдаленных, труднодоступных районах. Производительность автономной системы электроснабжения во многом определяется системой преобразования и ее алгоритмами управления. В статье рассмотрена новая и альтернативная система управления автономных фотоэлектрических станций, основанная на стратегии прогнозирующего управления напряжением и током нагрузки Z-инвертора с четвертой стойкой. Цель: разработка алгоритма, основанного на стратегии прогнозирующего управления, для регулирования токов нагрузки автономной фотоэлектрической системы электроснабжения. Методы: математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Благодаря использованию Z-инвертора система преобразования энергии для фотоэлектрических систем генерации сокращается до одноступенчатой структуры. Результаты показывают, что предложенный алгоритм управления может эффективно регулировать ток нагрузки при сбалансированных и несбалансированных нагрузках с высокой эффективностью управления. Предлагаемый алгоритм управления имеет отличные характеристики в установившихся и переходных режимах.

The relevance. Renewable energy resources for electrical power generation have gained higher interest over the traditional underground fuels due to geo-reasons, such as the low generation cost and clean energy resources. Moreover, renewable energy resources, especially photovoltaic generation system, can efficiently be used as an autonomous power supply for consumers geographically located in remote, inaccessible areas. The performance of autonomous power supply depends mainly on the conversion system and its control technique. Therefore, this paper uses a new and alternative control system based on the finite control set model predictive control strategy to control the load current of the Z-source four-leg inverter employed for the autonomous photovoltaic generation system. The main aim of the research is the development of a control algorithm based on finite control set model predictive control strategy to regulate the load currents of Z-source four-leg inverter for a geographical stand-alone photovoltaic generation system. Methods: mathematical and computer modeling using the MatLab/Simulink software environment. Results. Due to using Z-source four-leg inverter, the power conversion system for the photovoltaic generation systems is reduced to be single-stage, instead of two-stage power conversion. The results show that the proposed control algorithm can effectively regulate load current under balanced/unbalanced issues with high controllability. The proposed control algorithm has excellent steady-state and transient performances.