INTÉGRATION SÉPARÉE DE SYSTÈMES SOLAIRES PV DANS LA LIAISON CC BASSE TENSION D'UN TRANSFORMATEUR À SEMI-CONDUCTEURS BASÉE SUR UN CONVERTISSEUR MULTINIVEAU MODULAIRE

Auteurs

  • AHMED FAROUK KASSE Laboratory of Electrical Engineering and Automation (LREA), Yahia Fares University of Medea, Algeria. Author https://orcid.org/0000-0002-0258-1094
  • NADIR KABECHE Laboratory of Electrical Engineering and Automation (LREA), Yahia Fares University of Medea, Algeria. Author
  • SAMIR MOULAHOUM Laboratory of Electrical Engineering and Automation (LREA), Yahia Fares University of Medea, Algeria. Author

DOI :

https://doi.org/10.59277/RRST-EE.2025.1.6

Mots-clés :

Systèmes d'énergie photovoltaïque, Transformateur à semi-conducteurs, Convertisseur CC-CC, Convertisseur modulaire multiniveaux

Résumé

Cet article présente un système photovoltaïque connecté à un transformateur statique (TSS). Les PV sont intégrés à la liaison CC basse tension (CCT). Le TSS se compose de trois étages contenant des combinaisons de convertisseurs : le convertisseur multiniveau modulaire MMC est utilisé à l'étage moyenne tension (BT), le convertisseur CC-CC à l'étage isolé et un onduleur triphasé à l'étage basse tension (BT). Pour assurer une intégration harmonieuse des PV, il est essentiel de maintenir une tension stable au niveau CCT. À cette fin, le contrôle d'application du convertisseur CC-CC doit être utilisé. La stratégie de contrôle par décalage monophasé (SPS) a été adoptée. Cette stratégie de contrôle maintient les niveaux de tension CC à des valeurs appropriées et permet un flux de puissance bidirectionnel. De plus, pour optimiser l'extraction de la puissance maximale des PV, une technique de suivi du point de puissance maximale (MPPT) est appliquée, basée sur l'arbre de décision du modèle M5P. Parallèlement, pour assurer un fonctionnement optimal du SST, un algorithme de contrôle orienté tension (VOC) et d'équilibrage des condensateurs de tension basé sur des signaux de grille tournante est implémenté pour le convertisseur MMC. En revanche, un contrôle de charge déséquilibré est appliqué à l'onduleur. Le modèle développé dans cette étude a été implémenté dans MATLAB/Simulink, et les performances dynamiques du système ont été validées.

Références

(1) S. Khan, K. Rahman, M. Tariq, S. Hameed, B. Alamri, T.S. Babu, Solid-state transformers: fundamentals, topologies, applications, and future challenges, Sustainability, 14, 1, pp. 1319 (2022).

(2) D. Cervero, M. Fotopoulou, J. Muñoz-Cruzado, D. Rakopoulos, F. Stergiopoulos, N. Nikolopoulos, S. Voutetakis, J.F. Sanz, Solid state transformers: a critical review of projects with relevant prototypes and demonstrators, Electronics, 12, 4, pp. 931 (2023).

(3) X. She, A.Q. Huang, R. Burgos, Review of solid-state transformer technologies and their application in power distribution systems, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 1, 3, pp. 186–198 (2013).

(4) D.K. Mishra, M.J. Ghadi, L. Li, M.J. Hossain, J. Zhang, P.K. Ray, A. Mohanty, A review on solid-state transformer: a breakthrough technology for future smart distribution grids, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 133, pp. 107–255 (2021).

(5) R. Gao, X. She, I. Husain, A.Q. Huang, Solid-state-transformer interfaced permanent magnet wind turbine distributed generation system with power management functions, IEEE Transactions on Industry Applications, 53, 4, pp. 3849–3861 (2017).

(6) X. She, X. Yu, F. Wang, A.Q. Huang, Design and demonstration of a 3.6-kV-120-V/10-kVA solid-state transformer for smart grid application, Transactions on Power Electronics, 29, 8, pp. 3982–3997 (2014).

(7) M.A. Hannan, P.J. Ker, M.S.H. Lipu, Z.H. Choi, M.S.Abd. Rahman, K.M. Muttaqi, F. Blaabjerg, State of the art of solid-state transformers: advanced topologies, implementation issues, recent progress and improvements, IEEE Access, 8, pp. 19113–19132 (2020).

(8) M.M.E. Adabi, J.A. Martinez-Velasco, S. Alepuz, Modeling and simulation of a MMC-based solid-state transformer, Electrical Engineering, 100, 2, pp. 375–387 (2017).

(9) L.A.M. Barros, A.P. Martins, J.G. Pinto, A comprehensive review on modular multilevel converters, submodule topologies, and modulation techniques, Energies, 15, 3, 1078 (2022).

(10) M. Priya, P. Ponnambalam, K. Muralikumar, Modular-multilevel converter topologies and applications – a review, IET Power Electronics, 12, 1, 1–15 (2019).

(11) Q. Xi, Y. Tian, Y. Fan, Capacitor voltage balancing control of MMC sub-module based on neural network prediction, Electronics, 13, 4, 795 (2024).

(12) F. Gao, L. Xu, L. Zhang, A rotating gating signal method for capacitor voltage balancing in modular multilevel converters, IEEE Transactions on Power Electronics, 28, 1, 300–308 (2013).

(13) S. Kouser, G.R. Dheep, R.C. Bansal, Maximum power point tracking techniques for photovoltaic systems: a review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 159, 112–123 (2023).

(14) V.G. Dogaru, F.D. Dogaru, V. Năvrăpescu, L.M. Constantinescu, From the photovoltaic effect to a low voltage photovoltaic grid challenge – a review, Rev. Roum. Sci. Techn. – Électrotechn. et Énerg, 69, 3, pp. 263–268 (2024).

(15) M.L. Katche, A.B. Makokha, S.O. Zachary, M.S. Adaramola, A comprehensive review of maximum power point tracking (MPPT) techniques used in solar PV systems, Energies, 16, 5, pp. 2206 (2023).

(16) Y.K. Teklehaimanot, F.K. Akingbade, B.C. Ubochi, T.O. Ale, A review and comparative analysis of maximum power point tracking control algorithms for wind energy conversion systems, International Journal of Dynamics and Control, 12, pp. 3494–3516 (2024).

(17) S.A. Blaifi, S. Moulahoum, R. Benkercha, B. Taghezouit, A. Saim, M5P model tree-based fast fuzzy maximum power point tracker, Solar Energy, 163, 15, pp. 405–424 (2018).

(18) R. Teodorescu, L. Zarri, Modular multi-level converter: modeling, simulation, and control in steady state and dynamic conditions, Aalborg University (2012).

(19) M. Hagiwara, H. Akagi, Control and experiment of pulse width-modulated modular multilevel converters, IEEE Transactions on Power Electronics, 24, 7, pp. 1737–1746 (2009).

(20) R. Darus, J. Pou, G. Konstantinou, S. Ceballos, R. Picas, V.G. Agelidis, A modified voltage balancing algorithm for the modular multilevel converter: evaluation for staircase and phase-disposition PWM, IEEE Transactions on Power Electronics, 30, 1, pp. 298–310 (2015).

(21) W. Luo, Y. Ma, C. Zheng, Selection-based capacitor voltage balancing control for modular multilevel converters, Journal of Power Electronics, 21, pp. 1427–1438 (2021).

(22) G.P. Adam, O. Anaya-Lara, G.M. Burt, D. Telford, B.W. Williams, J.R. McDonald, Modular multilevel inverter: pulse width modulation and capacitor balancing technique, IET Power Electronics, 3, pp. 702–715 (2010).

(23) M. Alshammari, M. Duffy, Review of single-phase bidirectional inverter topologies for renewable energy systems with DC distribution, Energies, 15, 18, pp. 683 (2022).

(24) F. Jarraya, A. Khan, A. Gastli, L. Ben-Brahim, R. Hamila, Design considerations, modelling, and control of dual-active full bridge for electric vehicles charging applications, Journal of Engineering, 19, 1, pp. 5279 (2019).

(25) A. Bouhouta, S. Moulahoum, N. Kabache, A novel combined Fuzzy-M5P model tree control applied to grid-tied PVs with power quality consideration, Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 44, 2, pp. 3125–3147 (2022).

(26) Y. Li, J. Zhang, Z. Hao, P. Tian, Improved PR control strategy for an LCL three-phase grid-connected inverter based on active damping, Applied Sciences, 11, 7, pp. 3170 (2021).

(27) J. Almaguer, V. Cárdenas, A. Aganza-Torres, M. González, J. Alcalá, A frequency-based LCL filter design and control considerations for three-phase converters for solid-state transformer applications, Electrical Engineering, 101, pp. 545–558 (2019).

Téléchargements

Publiée

2025-03-25

Numéro

Rubrique

Électrotechnique et électroénergétique | Electrical and Power Engineering

Comment citer

INTÉGRATION SÉPARÉE DE SYSTÈMES SOLAIRES PV DANS LA LIAISON CC BASSE TENSION D’UN TRANSFORMATEUR À SEMI-CONDUCTEURS BASÉE SUR UN CONVERTISSEUR MULTINIVEAU MODULAIRE. (2025). REVUE ROUMAINE DES SCIENCES TECHNIQUES — SÉRIE ÉLECTROTECHNIQUE ET ÉNERGÉTIQUE, 70(1), 33-38. https://doi.org/10.59277/RRST-EE.2025.1.6