Three-level T-Type qZ source inverter as grid-following unit for distributed energy resources

Abstract

Los recursos energéticos distribuidos (DERs), como la energía solar fotovoltaica (PVs), son necesarios para conseguir un alto rendimiento y un uso eficiente de la energía renovable generada en aplicaciones integradas en la red, tanto en condiciones de funcionamiento normal como en condiciones de fallo. En este artículo se estudia, mediante simulación y pruebas experimentales, una estrategia de control multifuncional de seguimiento de red (GFL) para un inversor trifásico de fuente de cuasi impedancia de tres niveles tipo T (3L-T-type qZSI). La funcionalidad GFL se consigue mediante un controlador de corriente dq proporcional-integral (PI) para el seguimiento de la potencia activa y reactiva. Se utiliza un controlador de DC basado en PI para el control de la tensión del enlace de DC aprovechando la capacidad de la red de fuente de cuasi impedancia (qZS) para el refuerzo de la tensión de entrada. La conversión de potencia DC-AC se realiza mediante una modulación de ancho de pulso vectorial espacial (SVPWM) con capacidad de equilibrado de las tensiones de los condensadores internos y mínima generación de tensión en modo común (CMV). Además, se ha implementado una estrategia de paso por baja tensión (LVRT) para cumplir los requisitos de fallo impuestos por la normativa española. Los resultados experimentales y de simulación demuestran las funcionalidades mencionadas y validan la estabilidad y buena respuesta dinámica del qZSI tipo 3L-T conectado a red. Así, este trabajo supone una aportación novedosa debido a los pocos trabajos previamente reportados en la literatura sobre el comportamiento de esta topología de inversor relativamente reciente en aplicaciones conectadas a red.

Distributed energy resources (DERs), such as solar photovoltaics (PVs), are required to achieve a high performance and an efficient use of generated renewable power in grid-integrated applications, both in normal and fault operating conditions. In this article, a grid-following (GFL) multifunctional control strategy for a three-phase three-level T-type quasi-impedance source inverter (3L-T-type qZSI) is studied through simulation and experimental tests. The GFL functionality is achieved by a proportional–integral (PI)-based dq current controller for the active and the reactive power tracking. A PI-based dc controller is used for the dc-link voltage control by taking advantage of the quasi-impedance source (qZS) network ability for input voltage boosting. The dc–ac power conversion is accomplished through a space vector pulse-width modulation (SVPWM) with inner capacitors voltages balancing capability and minimum common-mode voltage (CMV) generation. Besides, a low-voltage ride-through (LVRT) strategy was implemented to fulfill the fault requirements imposed by the Spanish standard. The simulation and experimental results demonstrate the abovementioned functionalities and validate the stability and good dynamic response of the grid-connected 3L-T-type qZSI. Thus, this work supposes a novel contribution due to the few works previously reported in the literature concerning the performance of this relatively recent inverter topology in grid-tied applications.