PV システムから揚水用途の同期リラクタンス モーター ドライブに供給される高ゲイン チョッパー

Scientific Reports volume 12、記事番号: 15519 (2022) この記事を引用

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再生可能エネルギーによる発電量はここ数年で急速に増加しました。 同様に、高ゲイン DC-DC ブースト チョッパは、太陽光発電 (PV) 機器に使用される従来の電力コンバータの代わりに使用されています。 研究者は、高電圧利得、低リップル、スイッチストレスの低減、コンバータコストの低減、および PV 動作点の変動の最小化を実現するために、さまざまな方法を開発しています。 本研究では、太陽光発電システムによる自立型揚水モータ駆動電力用の二段コンバータを提案する。 提案されたシステムによれば、まず、高利得（HG）セルとDC-DCブーストコンバータを組み合わせて、PV電圧を高レベルに上昇させます。 その後、結果として生じる DC 電圧が、遠心ポンプ負荷を動作させる三相同期リラクタンス モーター ドライブに供給されます。 摂動と観察のアプローチは、太陽光発電モジュールから最大の電力を引き出すために利用されます。 さらに、間接界磁指向制御を採用し、シンクロナスリラクタンスモータのスムーズな起動を実現します。 提案された手法の有効性を検証するために、MATLAB/Simulink 環境ベースのシミュレーション設定と実験用プロトタイプが開発されました。 さらに、さまざまな動作条件や日射量レベルに基づいてさまざまなケースを考慮し、結果を収集して分析します。

間違いなく、再生可能エネルギー資源の開発は、電力システムのオペレーターやプランナーが業界での用途を増やすのに役立ちます。 太陽光発電による揚水システムは、遠隔地、特に従来の送電網にアクセスできない地域で人気があり、魅力的となっています1。 ただし、太陽光発電による揚水システムは、夜間や曇りの日は揚水できないなどの制限があります。 ただし、これらの制限は、太陽光発電ユニットとともにエネルギー貯蔵システムを設置することで克服できます2。 しかし、エネルギー貯蔵システムのバッテリーには、寿命が短く、不経済であるなど、独自の欠点があります。 さらに、バッテリーには継続的なメンテナンスとサービスが必要であり、全体的な出費が増加します3。 これらの欠点を克服するには、日中に水を汲み上げ、余分な水を特別な貯水池に保管する必要があります。 蓄えられた水は、夜間や曇りの日に灌漑やその他の必要なユーティリティに利用できます4。太陽光発電アレイは主要なエネルギー源として機能します。 対照的に、バッテリーはバックアップ電源として使用され、ポンプが動作していないとき、または低い定格で動作しているときに、SPV アレイによって充電されます5、6、7。

太陽光発電揚水システムの統合と実装が増加する中、研究者らはこれらのシステムの全体的な信頼性と有効性を向上させ、駆動ユニットの経済的でシンプルな制御アプローチを開発することに焦点を当てています。 さまざまな情報源から、水の汲み上げに使用される駆動ユニットがシステム全体の支出のおよそ 1/3 を占めていることが明らかです8。 ドライブユニットのパフォーマンスは、システムの有効性と効率に直接影響します。 したがって、太陽光発電揚水システムには適切で効率的な駆動ユニットが重要です9。

一般に、太陽光発電による揚水システムは、誘導モーター (IM)、従来の DC モーター、スイッチトリラクタンス モーター、およびブラシレス DC モーター (BLDC) を利用します。 各タイプのモーターには長所と短所があります。 たとえば、IM は堅牢でコスト効率が高いですが、太陽光発電による揚水用途、特に部分ワット数システムの場合には欠点があります10。 その後、従来の DC モーターは効率が低く、動作にはカーボン ブラシとともに機械式シフターが必要であり、定期的なメンテナンスが必要でした11。 頻繁なメンテナンスと励磁損失によりプロセスが中断され、効率が低下します12。 しかし、スイッチトリラクタンスモーターは最も基本的な堅牢性を備えており、これらの問題を克服します。 参考文献 13、14、15、16 では、研究者らは、速度調整可能なドライブを備えた同期リラクタンス モーターの利点について説明しています。 研究者らは、同期リラクタンスモーターには、シンプルなローター構造、最小限の慣性、センサーのない簡単な速度制御ユニットが必要であると結論付けました。 さらに、同期リラクタンス モーターは速度制御ドライブにローター ケージを必要とせず、抵抗損失が最小限に抑えられます。 さらに、同期永久磁石モーターと比較して、同期リラクタンスモーターは弱め界磁プロセスが簡単であり、高価な磁石を必要としません。