Circulating currents in parallel-connected central photovoltaic inverters
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2021-01-25
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
69
Series
Abstract
The share of photovoltaic systems has greatly increased in electricity generation in recent years. As the prices of solar power plant components have decreased lately, companies need to find ways to achieve savings. By connecting central inverters in parallel to a same winding of a transformer, a cheaper regular transformer can be used instead of a transformer having two separate windings on the inverter side. However, this parallel connection creates a path for circulating current to flow in the system which produces additional losses and stresses vulnerable system components. In this thesis, the circulating current in the parallel-connected system is analyzed. A simulation model is used to obtain the common-mode voltage produced by the two inverters and the equivalent circuit of the system is used to calculate the circulating current from the voltage. Laboratory measurements are conducted to verify the accuracy of the calculations and define if the parallel connection is feasible to use with the existing system components. The inverters used in this thesis are large modular 1500 V 5 MW central inverters both having four identical power sections. These inverters are connected to the same MV transformer so that they share a galvanic connection thus allowing circulating current to flow in the system. It was found that the calculated circulating current reaches high magnitude from less than 10 A rms to above 100 A rms depending on the system DC voltage level and number of power sections in the inverters. The laboratory measurements showed that the circulating current in the system is higher than the calculated circulating current. The calculated circulating current is lower as the simulation model and the equivalent circuit do not take account the non-idealities and resonance behaviour of the system components. It can be concluded that it is not feasible to use the parallel connection with the components currently in the system due to the high circulating current, and that the phenomenon should be further investigated.Aurinkosähköjärjestelmien osuus on merkittävästi kasvanut sähköntuotannossa lähivuosina. Kun aurinkosähköjärjestelmien komponenttien hinnat ovat lähiaikoina laskeneet, yritysten tulee löytää tapoja saavuttaa säästöjä. Kytkemällä aurinkosähkövaihtosuuntaajat rinnan samaan muuntajan käämitykseen, voidaan halvempia tavallisia muuntajia käyttää. Tämä rinnankytkentä kuitenkin luo kiertovirralle tien järjestelmässä, mikä lisää häviöitä ja rasittaa järjestelmän herkkiä komponentteja. Tässä diplomityössä analysoitiin kiertovirtaa rinnankytketyssä järjestelmässä. Simulaatiomallin avulla saatiin kahden invertterin välinen yhteismuotoinen jännite, jota käytettiin yhdessä ekvivalentin piirin kanssa kiertovirran laskemiseen. Laboratoriomittauksilla määritettiin laskelmien tarkkuutta ja tarkasteltiin, onko rinnankytkennän käyttö mahdollista järjestelmässä olevilla nykyisillä komponenteilla. Diplomityössä käytetyt vaihtosuuntaajat olivat modulaarisia 1500 V 5 MW keskusvaihtosuuntaajia, joissa molemmissa oli neljä identtistä tehokenttää. Nämä vaihtosuuntaajat kytkettiin rinnan samaan muuntajaan, jotta ne ovat galvaanisessa yhteydessä keskenään ja mahdollistavat kiertovirran kulun järjestelmässä. Työssä havaittiin, että lasketut kiertovirrat vaihtelivat alle 10 A rms ja yli 100 A rms välillä riippuen järjestelmän DC jännitetasosta ja tehokenttien määrästä vaihtosuuntaajissa. Laboratoriomittauksista nähtiin, että kiertovirta järjestelmässä on suurempi kuin mitattu kiertovirta. Laskettu kiertovirta oli pienempi, sillä simulaatiomalli ja ekvivalentti piiri eivät ottaneet huomioon järjestelmän komponenttien epäideaalisuuksia sekä resonanssia. Tämän työn pohjalta voidaan päätellä, että rinnankytketyn järjestelmän käyttö nykyisillä komponenteilla ei ole mahdollinen suuren kiertovirran takia ja että tätä ilmiötä tulisi tutkia pidemmälle.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Luoma-aho, JereKeywords
PV central inverters, parallel-connected system, circulating current, common-mode voltage