Design of Discontinuous SVPWM Strategy Based Current Controller in DQ Synchronous Frame for Grid-Connected 3L-T-Type Inverter

Abstract

This research introduces the design of a discontinuous space vector pulse width modulation strategy based current controller in the dq synchronous frame for grid-connected three-level T-type inverters. The suggested methodology aims to improve output power quality and minimize switching losses. The modulation technique employs three nearest voltage vectors with a five-segment switching sequence to provide suitable switching signals, therefore substantially reducing the number of switching transitions. This reduction significantly decreases switching power losses and heat stress on power equipment. Furthermore, to enhance the quality of the output power prior to grid injection, a DQ synchronous frame current control system was developed utilizing proportional-integral (PI) controllers to independently and accurately regulate active and reactive power. Simulation results from MATLAB/Simulink indicate that the proposed method can decrease the average number of switching transitions by about 33 in comparison to traditional continuous modulation. In addition, the current's total harmonic distortion (THD) is lowered to less than 5%, meeting IEEE 519 specification. Additionally, the system maintains DC-link voltage balancing with excellent stability, which enhances power quality and overall performance. Consequently, the suggested approach is appropriate for grid-connected inverter applications inside renewable energy systems.

งานวิจัยนี้นำเสนอการออกแบบวิธีการมอดูเลตความกว้างพัลส์เชิงสเปซเวกเตอร์แบบไม่ต่อเนื่องบนฐานการควบคุมองค์ประกอบกระแสบนเฟรมเคลื่อนที่ดีคิวสำหรับอินเวอร์เตอร์สามระดับชนิดทีแบบเชื่อมต่อกริด เพื่อยกระดับประสิทธิภาพการแปลงพลังงานและลดการสูญเสียจากการสวิตช์ เทคนิคการมอดูเลตที่นำเสนออาศัยการเลือกใช้เวกเตอร์แรงดันที่ใกล้ที่สุดสามเวกเตอร์ร่วมกับการออกแบบลำดับการทำงานของสวิตช์กำลังแบบห้าเซกเมนต์ เพื่อสร้างสัญญาณควบคุมการสวิตช์ที่เหมาะสม ซึ่งสามารถลดจำนวนครั้งของการเปลี่ยนสถานะสวิตช์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ส่งผลให้ลดการสูญเสียพลังงานจากการสวิตช์และลดความร้อนสะสมในอุปกรณ์กำลัง

นอกจากนี้ เพื่อปรับปรุงคุณภาพของกำลังไฟฟ้าเอาต์พุตก่อนการเชื่อมต่อเข้ากับกริด ได้มีการออกแบบระบบควบคุมกระแสบนเฟรมเคลื่อนที่ดีคิว โดยใช้ตัวควบคุมแบบพีไอ สำหรับควบคุมกำลังไฟฟ้าแอกทีฟและรีแอกทีฟให้สามารถควบคุมได้อย่างอิสระและแม่นยำ ผลการจำลองด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink แสดงให้เห็นว่าวิธีการที่นำเสนอสามารถลดจำนวนครั้งการสวิตช์ของอุปกรณ์กำลังได้เฉลี่ยร้อยละ 33 เมื่อเทียบกับวิธีการมอดูเลตแบบต่อเนื่อง ทั้งยังช่วยลดค่าความเพี้ยนฮาร์มอนิกทั้งหมดของกระแสให้ต่ำกว่า 5% ซึ่งเป็นไปตามมาตรฐาน IEEE 519 อีกทั้งระบบยังสามารถรักษาสมดุลของแรงดันบัสไฟตรงได้อย่างมีเสถียรภาพ ส่งผลให้ระบบโดยรวมมีประสิทธิภาพและคุณภาพพลังงานสูง เหมาะสมต่อการประยุกต์ใช้งานในระบบอินเวอร์เตอร์เชื่อมต่อกริดสำหรับพลังงานหมุนเวียน