Reactive power injection capability of buck–boost inverter with unfolding circuit

Abstract

Las nuevas topologías emergentes de inversores de energía tienen como objetivo una alta densidad de potencia y eficiencia con un rendimiento confiable. La familia recientemente propuesta de inversores buck-boost de una sola fase y un solo paso con circuitos de despliegue de salida tiene características prometedoras para su aplicación en diferentes campos. Sin embargo, la incapacidad de inyectar potencia reactiva por parte de los inversores de despliegue clásicos se ha asumido como su principal inconveniente. Por lo tanto, nuestro enfoque se centra en la capacidad de inyección de potencia reactiva de los inversores buck-boost de un solo paso con circuitos de despliegue. Este atributo permite que el convertidor proporcione algunos servicios auxiliares adicionales para la integración amigable de los recursos de energía renovable y sistemas de almacenamiento de energía, brindando soporte a la red eléctrica inteligente/microred, y contribuyendo así a su bienestar de calidad de energía. Mediante un análisis exhaustivo y la implementación de un control predictivo de modelo cerrado adecuado, junto con una selección adecuada del capacitor de salida, el inversor buck-boost de despliegue de un solo inductor es capaz de entregar potencia reactiva a la red de servicios públicos. Utilizamos pruebas de simulación y experimentales para validar los aspectos teóricos.

New emerging power inverter topologies are aiming at high-power density and efficiency with reliable performance. The recently proposed family of single-phase single-stage buck–boost inverters with output unfolding circuits have promising features for application in different fields. Nevertheless, the incapacity of injecting reactive power by the classical unfolding inverters has been assumed as its main drawback. Thus, our focus is on the reactive power injection capability of the single-stage buck–boost inverters with unfolding circuits. This attribute enables the converter to provide some extra ancillary services for friendly integration of the renewable energy resources and energy storage systems, providing support to the smart grid/microgrid, thus contributing to its power quality welfare. By means of a comprehensive analysis and implementation of proper closed-loop model predictive control, together with an adequate selection of the output capacitor, the single-inductor unfolding buck–boost inverter is capable of delivering reactive power to the utility grid. We used the simulation and experimental tests to validate the theoretical aspects.