Ανάλυση, έλεγχος και μοντελοποίηση μετατροπέα ΣΡ/ΕΡ για σύνδεση σε ΑΠΕ

• Κύριος συγγραφέας: Κόκκινος, Αχιλλεύς
• Άλλοι συγγραφείς: Αλεξανδρίδης, Αντώνιος
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2017
• Θέματα: Μετατροπείς ενέργειας; Μονοφασικός μετατροπέας μισής γέφυρας; Τριφασικός διπλός μετατροπέας πηγής τάσης; 621.381 532 2; DC/AC inverters; Single-phase half-bridge converter (H-B converter); Voltage Source Converter (VSC)

Κεντρικό θέμα της παρούσας διπλωματικής εργασίας, είναι η ανάλυση και ο έλεγχος δύο συγκεκριμένων τοπολογιών αντιστροφέων που χρησιμοποιούνται ευρέως για την μετατροπή συνεχούς ρεύματος σε εναλλασσόμενο, τον DC/AC μονοφασικό μετατροπέα μισής γέφυρας, και τον τριφασικό διπλό μετατροπέα πηγής τάσης. Επισημαίνεται, ότι οι δύο υπό μελέτη μετατροπείς έχουν σημαντική συνάφεια μεταξύ τους, καθώς ο τριφασικός διπλός μετατροπέας τάσης, αποτελεί μια τριφασική προέκταση του μετατροπέα μισής γέφυρας, ο οποίος είναι και το βασικό του δομικό στοιχείο. Ξεκινώντας από τον μονοφασικό μετατροπέα μισής γέφυρας, αρχικά παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του, η συμπεριφορά των βασικών ηλεκτρικών μεγεθών του, τα διάφορα μοντέλα που μπορούν να τον αναπαραστήσουν και ο τρόπος εξαγωγής του μοντέλου μέσης τιμής που εφαρμόζεται για τον έλεγχό του. Ακόμα, μέσω των προσομοιώσεων που αναπτύχθηκαν με τη χρήση του περιβάλλοντος Simulink του λογισμικού Matlab, αναγνωρίζεται η συμβολή της τεχνικής της αντιστάθμισης με πρόσω τροφοδότηση στην απόζευξη των όρων των δυναμικών εξισώσεων μεταξύ μετατροπέα και AC συστήματος, στην απόρριψη πιθανών διαταραχών και στην εξάλειψη των μεταβατικών φαινομένων εκκίνησης. Ολοκληρώνοντας τη μελέτη για τον μετατροπέα μισής γέφυρας, αναλύεται σε στάδια η δομή ελέγχου του για ιχνηλάτηση από αυτόν ημιτονοειδών κυματομορφών, παραθέτοντας ταυτόχρονα και σε κάθε βήμα τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Στη συνέχεια, μέσω της αποκτηθείσας γνώσης για τον μετατροπέα μισής γέφυρας, επεκτείνεται η μελέτη στην DC/AC μετατροπή τριφασικών ποσοτήτων και τον διπλό μετατροπέα τάσης. Για την καλύτερη κατανόηση, ανάλυση, εξαγωγή των περιγραφόντων την λειτουργία του δυναμικών εξισώσεων, αλλά κυρίως την εύκολη άσκηση του ελέγχου, περιλαμβάνονται στην συνέχεια της εργασίας, οι βασικοί μαθηματικοί μετασχηματισμοί , συμβολισμοί και εργαλεία όπως ο μετασχηματισμός Park και το στρεφόμενο dq0 πλαίσιο αναφοράς. Έπειτα, αναπτύσσεται το μοντέλο και οι εξισώσεις του διπλού μετατροπέα τάσης, τα επιπλέον δομικά στοιχεία που πρέπει να περιληφθούν και προσομοιώνεται η συμπεριφορά του τόσο στην εκκίνηση και μόνιμη λειτουργία του σε διασύνδεση με ένα τριφασικό δίκτυο, όσο και για πιθανές διαταραχές που μπορεί να εμφανιστούν στην συμμετρία του δικτύου ή στην συχνότητά αυτού. Συγκεντρωτικά, στο 1ο Κεφάλαιο γίνεται μία ιστορική αναφορά στην ανάπτυξη και εξέλιξη στο πέρασμα των χρόνων των διαφόρων μετατροπέων και τις κατηγορίες με τους πιο γνωστούς τύπους. Έπειτα, εστιάζοντας το ενδιαφέρον στη DC/AC μετατροπή, 4 εξετάζεται αναλυτικά, παραθέτοντας συγκεκριμένες εφαρμογές, η συνεισφορά των υπό μελέτη μετατροπέων στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, την μεταφορά υπό υψηλή συνεχή τάση HVDC και την αντιστάθμιση ισχύος. Στο Κεφάλαιο 2, παρουσιάζεται η τοπολογία και οι αρχές λειτουργίας του μονοφασικού μετατροπέα μισής γέφυρας για λειτουργία DC/AC, τα διάφορα μοντέλα με τα οποία αναπαρίσταται, το μοντέλο μέσης τιμής, οι εξισώσεις που περιγράφουν την λειτουργία του κυκλώματος και οι κυματομορφές των διαφόρων υπό μελέτη ηλεκτρικών μεγεθών. Το Κεφάλαιο 3 αποτελείται κυρίως από τις προσομοιώσεις και την άσκηση του ελέγχου , αποτυπώνεται η σημαντικότητα της αντιστάθμισης με πρόσω τροφοδότηση και σχεδιάζεται ελεγκτής κατάλληλος για ιχνηλάτηση ημιτονοειδών σημάτων Στο Κεφάλαιο 4, κυρίως αναλύονται μαθηματικά εργαλεία μετασχηματισμού τριφασικών ποσοτήτων στο στρεφόμενο dq0 πλαίσιο αναφοράς, και παριστάνεται σε αυτό ο διπλός μετατροπέας τάσης. Στο 5ο Κεφάλαιο παρουσιάζεται το μοντέλο και η δομή ελέγχου πραγματικής και άεργου ισχύος, μέσω της τεχνικής ελέγχου ρεύματος και προσομοιώνεται η συμπεριφορά του μετατροπέα σε διάφορες διαταραχές.