Three-level T-Type Quasi-Z source PV Grid-Tied inverter with active power filter functionality under distorted grid voltage

Abstract

Distributed energy resources (DER) such as solar photovoltaic (PV) interfaces with the utility grid by high-eficiency power electronic converters. This equipment is sometimes underutilized in terms of its power capacity; thus, the remaining capacity can be used to provide support to the distribution system. In this sense, this work assesses the performance of the three-level T-type quasi-impedance source inverter (3L-T-type qZSI) injecting not only active power to the grid, but also providing support to it by injecting reactive power and acting as an active power filter (APF) simultaneously. The global control strategy of the grid-connected inverter is derived from the instantaneous id-iq power theory. The combination of an improved deadbeat current controller and a level-shifted carrier-based pulse-width-modulation (PWM) technique, using both the upper shoot-through (UST) and the lower shoot-through (LST) alternating states, allows a successful tracking of the current references. Both the dc-link voltage control and the neutral-point balancing are properly achieved by taking the advantage of the shoot-through (ST) states and the redundant states simultaneously. These control actions are implemented by simple proportional-integral (PI) controllers. The simulation and experimental results demonstrate the above-mentioned functionalities and verify the stability and good dynamic response of the grid-connected 3L-T-type qZSI.

Los recursos energéticos distribuidos (DER), como las interfaces solares fotovoltaicas (PV), con la red pública mediante convertidores electrónicos de potencia de alta eficiencia. Estos equipos a veces están subutilizados en términos de su capacidad energética; por lo tanto, la capacidad restante se puede utilizar para brindar soporte al sistema de distribución. En este sentido, este trabajo evalúa el desempeño de la fuente inversora de cuasi impedancia tipo T de tres niveles (qZSI tipo 3L-T) inyectando no sólo potencia activa a la red, sino también brindándole soporte mediante inyección de potencia reactiva y actuando como un filtro de potencia activo (APF) simultáneamente. La estrategia de control global del inversor conectado a la red se deriva de la teoría de la potencia instantánea id-iq. La combinación de un controlador de corriente muerta mejorado y una técnica de modulación de ancho de pulso (PWM) basada en portadora con desplazamiento de nivel, que utiliza los estados alternos de disparo superior (UST) y de disparo inferior (LST), permite una seguimiento exitoso de las referencias actuales. Tanto el control de voltaje del enlace de CC como el equilibrio del punto neutro se logran adecuadamente aprovechando los estados de disparo directo (ST) y los estados redundantes simultáneamente. Estas acciones de control se implementan mediante controladores proporcionales-integrales (PI) simples. La simulación y los resultados experimentales demuestran las funcionalidades mencionadas anteriormente y verifican la estabilidad y la buena respuesta dinámica del qZSI tipo 3L-T conectado a la red.