خلاصه توصيف دستگاه شبيه‌ساز آرايه خورشيدي ديجيتال با عملكرد دقيق و ديناميك سريع از شبيه‌ساز آرايه خورشيدي به منظور ارزيابي، اعتبارسنجي و تأييد عملكرد اينورترهاي خورشيدي و الگوريتم‌هاي رديابي نقطه توان بيشينه در محدوده‌ي وسيعي از شرايط محيطي و بار متغير استفاده مي‌شود. ريپل پايين و گذراي سريع از الزامات مهم يك شبيه‌ساز واقعي مي‌باشند. بدين منظور يك ¬شبيه¬ساز آرايه خورشيدي كليدزني مبتني بر سيستم كنترل ديجيتال ارائه مي¬شود كه الزامات اصلي و جانبي مورد نياز شبيه‌ساز آرايه خورشيدي شامل ريپل خروجي كم (عملكرد دقيق)، زمان پاسخ گذراي كوتاه (ديناميك سريع)، بازدهي بالا، مديريت توان و انعطافپذيري مناسب را كه در نمونه‌هاي قبلي به طور ناقص ارضاء مي‌شد، به واسطه استفاده از چاپر باك چهار فاز در طبقه قدرت و كنترل‌كننده ديجيتال 28335EZDSPF در طبقه كنترل به خوبي فراهم مي‌كند. استفاده از تكنيك كليدزني چند‌شاخه در طبقه قدرت علاوه بر كاهش هارمونيك‌هاي ورودي و خروجي و هم‌چنين الزامات فيلتر، قابليت اطمينان شبيه‌ساز را نيز افزايش مي‌دهد. به علاوه، در ساختار سيستم كنترل ديجيتال شبيه¬ساز پيشنهادي از روش بازخورد مقاومتي مبتني بر جدول مراجعه¬اي و جبران‌ساز نوع 3 به منظور باز¬توليد دقيق و پايدار نقاط كار آرايه خورشيدي و همچنين بهبود ديناميك سيستم استفاده شده است. در نتيجه‌ي عملكرد مكمل طبقات قدرت و كنترل مورد استفاده، يك شبيه‌ساز آرايه خورشيدي واقعي حاصل مي‌شود.

اختراع حاضر يك مبدل ac-dc دو طبقه با بازه ورودي - خروجي وسيع مي باشد. در طبقه اول يك كنورتور boost تصحيح توان (PFC) تجاري به كار رفته و طبقه دوم يك كنورتور كاهنده dc-dc است. اين سيستم بر پايه ساختار كلاسيك منابع تغذيه سوئيچينگ طراحي شده است. اساسب ترين نوع آوري موجود در اين سيستم به كارگيري كنترل كننده Fuzzy Pi+D براي كنترل مبدل dc-dc به منظور دستيابي به بازه وسيع ولتاژ خروجي تنظيم شده و تركيب آن با يك طبقه PFC به منظور دستيابي به بازه ولتاژ ورودي - خروجي وسيع است. استفاده از كنترلر Fuzzy PI+D قابليت عملكرد كنورتور dc-dc در دو حالت DCM, CCM را فراهم مي سازد.

در اين اختراع، توپولوژي جديدي به نام "OHERIC-QDC" HERIC- بهينه‌شده با كلمپ شبه‌ديودي دوطرفه- معرفي مي‌گردد. در توپولوژي پيشنهادي، اينورتر محبوب و پربازده HERIC از طريق معرفي مدار كلمپ شبه‌ديودي دو‌طرفه اصلاح و بهينه مي‌گردد. به‌واسطه‌ي مدار كلمپ معرفي شده، ولتاژ مد مشترك در تمامي پريودهاي كموتاسيون ثابت بوده و ازاين‌رو، جريان نشتي مد مشترك فركانس بالا حذف مي‌گردد. مدار كلمپ معرفي‌شده نيازي به زمان مرده نداشته و سوئيچ‌هاي آن در فركانس شبكه كار مي‌كنند. به‌علاوه، به‌واسطه‌ي جريان اندك مدار كلمپ و افت ولتاژ كوچك MOSFET، تلفات هدايتي آن قابل چشم‌پوشي است. از منظر رفتار مد تفاضلي نيز، عملكرد مدار كلمپ تأثيري در ولتاژ تفاضلي نداشته و ولتاژ خروجي اينورتر كاملاً تك‌قطبي است. از طرف ديگر، ساختار و طرح مدولاسيون اختراع پيشنهادي، قابليت شارش دوطرفه‌ي توان را داشته و امكان مبادله‌ي توان راكتيو پس‌فاز و پيش‌فاز را به‌خوبي فراهم مي‌كند.

ضريب نفوذ سيستم‌هاي فتوولتائيك تك‌فاز در شبكه‌هاي توزيع به‌سرعت در حال افزايش است. اينورتر PV تك‌فاز قلب اين سيستم‌ها مي‌باشد. در ادامه‌ي فرايند تكامل و بهبود عملكرد سيستم‌هاي PV، به‌منظور افزايش بازدهي و چگالي توان، كاهش هزينه و بهبود قابليت اطمينان، پيشنهاد حذف ترانسفورماتور از داخل اينورترهاي PV تك‌فاز مطرح گرديد. با حذف ترانسفورماتور، اتصال گالوانيكي بين PV و شبكه برقرار شده و چالش جريان نشتي بروز مي‌نمايد. در اين اختراع، مبتني بر دكوپلينگ AC در توپولوژي مبتني بر H4 و كلمپ ديودي دوطرفه، ساختار جديدي معرفي مي‌گردد كه ولتاژ مد مشترك در تمامي پريودهاي كليدزني (پريودهاي توان و هرزگردي) ثابت بوده و ازاين‌رو، جريان نشتي بسيار كم‌تر از حد مجاز ارائه‌شده در استانداردها مي‌باشد. در عمل، تنها مؤلفه‌ي فركانس شبكه‌ي جريان نشتي وجود دارد كه البته در توپولوژي‌هاي مبتني بر H4 اجتناب‌ناپذير است. اما دامنه‌ي اين جريان نشتي فركانس شبكه بسيار كوچك‌تر از مقدار مجاز جريان نشتي بوده و مشكلي ايجاد نمي‌كند. بخش اصلي جريان نشتي زمين ، جريان مد مشترك فركانس‌بالا مي‌باشد كه ساختار ارائه‌شده به‌خوبي آن را سركوب مي‌كند. از طرف ديگر، به‌واسطه‌ي نفوذ بالاي سيستم‌هاي PV تك‌فاز در شبكه، الزام جبران‌سازي توان راكتيو به‌منظور پشتيباني از شبكه و بهبود پايداري و قابليت اطمينان آن مطرح مي‌گردد. به واسطه‌ي ساختار و طرح مدولاسيون اختراع پيشنهادي، امكان مبادله‌ي توان راكتيو پس‌فاز و پيش‌فاز به‌خوبي فراهم مي‌گردد. هم‌چنين در پريودهاي مبادله‌ي توان راكتيو نيز جريان نشتي به‌خوبي محدود مي‌گردد. با توجه به اينكه بسياري از اينورترهاي PV تك‌فاز تجاري در دنيا داراي ساختار ثبت اختراع‌شده مي‌باشند (همان‌طوركه در بخش توصيف ذكر گرديد)، نبود ساختاري بومي براي اينورترهاي PV تك‌فاز داخلي كه قابليت تجاري‌سازي بين‌المللي و به طبع آن، انجام صادرات را داشته باشند، چالش مهمي مي‌باشد. ساختار ارائه‌شده در اين اختراع بومي بوده و به‌خوبي مي‌تواند با ساختارهاي ارائه‌شده در اينورترهاي PV تجاري مطرح دنيا رقابت كند.

اين ميز آموزشي با محوريت درايو الكتريكي و براي آموزش الگوريتم‌هاي كنترلي پايه و پيشرفته‌ي آن ساخته شد. تمامي ورودي‌ها و خروجي‌هاي قدرت و كنترل مربوط به ادوات اتوماسيون صنعتي در روي ميز لحاظ گرديده و راه‌اندازي كاربرد هدف در حداقل زمان ممكن امكان‌پذير است. معماري طراحي‌شده براي اين ميز، امكان پياده‌سازي انواع كاربردهاي صنعتي درايو مانند حلقه‌هاي سرعت/موقعيت/گشتاور در موتورهاي الكتريكي سنكرون‌شده را به‌صورت آسان و نظام‌مند فراهم كرده و علاوه بر آن، به‌دليل شمول ادوات مكمل مانند PLC و HMI، كاربري تقليد يك واحد صنعتي را به‌خوبي انجام مي‌دهد. به عنوان نمونه، مي‌توان شبكه‌هاي صنعتي درايوها با هم و هم‌چنين درايوها با PLC و HMI را پياده‌سازي نمود. در كنار مباحث آموزشي، به‌دليل وجود ولتاژ بالا در روي ميز، الزامات ايمني نيز به‌صورت كامل لحاظ گرديده است.

تحرك در سيستم هاي انتقال توان القايي پيشامدي محتمل و اجتناب ناپذير است كه باعث تغيير موقعيت نسبي سيم پيچ اوليه نسبت به سيم پيچ ثانويه مي شود. اين مسئله منجر به تغييرات ضريب تزويج متقابل سيستم شده و در نتيجه نقطه كار بهينه سيستم عوض شده و به دنبال آن توان خروجي (قابل انتقال به بار) و راندمان سيستم كاهش مي يابد. بنابراين ساختارهاي مدار بايد قابليت تحمل سيستم در برابر ناهم محوري را داشته باشند كه در صورت وقوع اين تغييرات، نقطه كار بهينه جديد را بيابند. اين اختراع با استفاده از شبكه هاي جبران ساز اوليه و ثانويه و انتخاب الگوي صحيح كليدزني بين يكسوساز و شبكه جبران ساز ثانويه چهار ناحيه عملياتي پايدار(P-k) ايجاد مي كند كه سيستم IPT پيشنهادي توانايي دستيابي همزمان راندمان و توان خروجي حداكثر يا نزديك به حداكثر در برابر محدوده وسيعي از تغييرات ضريب تزويج را دارد. ساختار پيشنهادي به ازاي 400 % تغييرات ضريب تزويج (0.1-0.4) نرخ نوسانات توان خروجي ساختار پيشنهادي تنها 3% است و بازده 80% الي 95% متغير است. اين سيستم براي IPT كه نياز به توان خروجي نسبتاٌ پايدار با تحرك بالا مي¬باشند مناسب هستند، در حالي كه بار DC نسبتاً ثابت است، مناسب است. سيستم IPT پيشنهادي نيازمند كنترل پيچيده، طراحي سيم پيچ اختصاصي و مدار كلمپ مورد نياز نيست.