Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ολοκληρωμένη μελέτη για την κατασκευή ενός δικατευθυντήριου μετατροπέα υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης χωρίς γαλβανική απομόνωση (non-isolated bidirectional buck-boost converter), με σκοπό τη χρήση του ως ενεργό φίλτρο ισχύος παράλληλης σύνδεσης (Shunt Acti...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13682 |
| id |
nemertes-10889-13682 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Δικατευθυντήριος μετατροπέας υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης Ενεργό φίλτρο ισχύος Έλεγχος υστέρησης ρεύματος Bidirectional buck-boost converter Power active filter Hysteresis current control |
| spellingShingle |
Δικατευθυντήριος μετατροπέας υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης Ενεργό φίλτρο ισχύος Έλεγχος υστέρησης ρεύματος Bidirectional buck-boost converter Power active filter Hysteresis current control Πολυζώης, Σωτήριος Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ολοκληρωμένη μελέτη για την κατασκευή ενός δικατευθυντήριου μετατροπέα υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης χωρίς γαλβανική απομόνωση (non-isolated bidirectional buck-boost converter), με σκοπό τη χρήση του ως ενεργό φίλτρο ισχύος παράλληλης σύνδεσης (Shunt Active Power Filter). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, του Τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχο αυτής της μελέτης αποτελεί η βελτίωση της ποιότητας ισχύος που παρέχεται σε απομακρυσμένα φορτία, τα οποία τροφοδοτούνται από συστήματα DC παροχών. Συγκεκριμένα, η υλοποιηθείσα διάταξη συνδέεται στο σημείο σύνδεσης των φορτίων και παρέχει τις απότομες μεταβολές ρεύματος, έτσι ώστε να μηδενίζεται, ει δυνατόν, η διακύμανση της τάσης που προκαλείται από αυτές τις απότομες μεταβολές του φορτίου και οφείλεται τόσο στην εμπέδηση της γραμμής μεταφοράς όσο και στην αδράνεια της DC παροχής. Επίσης, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην κατασκευή του ηλεκτρονικού μετατροπέα, καθώς και στην υλοποίηση του ελέγχου που εφαρμόστηκε, ώστε να καθίσταται δυνατή η επέκταση της χρήσης του σε μία ευρεία γκάμα εφαρμογών, χωρίς να απαιτείται η τροποποίησή του (είτε υλική είτε του ελέγχου). Αρχικά, παρουσιάζεται το ηλεκτρικό σύστημα επισημαίνοντας τα χαρακτηριστικά και τη φύση των φορτίων που διαθέτει και έπειτα εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος, με σκοπό τον εντοπισμό των διαταραχών που προκαλούνται κατά τη λειτουργία του. Επιπλέον, πραγματοποιείται η απαραίτητη μελέτη για να βρεθεί με ποιον τρόπο μπορούν να εξαλειφθούν αυτές οι διαταραχές, ενώ παράλληλα δίνεται ιδιαίτερο βάρος στη χρήση των υπερπυκνωτών (supercapacitors) ως πηγή συνεχούς τάσης. Στη συνέχεια, ακολουθεί η θεωρητική ανάλυση για τις δύο βασικές λειτουργίες του δικατευθυντήριου μετατροπέα υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης χωρίς γαλβανική απομόνωση και ύστερα αναπτύσσεται η μεθοδολογία του ελέγχου υστέρησης που χρησιμοποιήθηκε. Το επόμενο βήμα πραγματοποιείται με τη βοήθεια του λογισμικού Matlab/Simulink και αποτελεί την προσομοίωση του συστήματος παρουσία του ηλεκτρονικού μετατροπέα, στις περιπτώσεις που θα χρησιμοποιηθούν ιδανικά και μη-ιδανικά στοιχεία. Επίσης, δημιουργείται και το απαραίτητο ηλεκτρικό κύκλωμα που θα προσομοιώνει το Μεταβαλλόμενο Φορτίο Ισχύος (Load) κατά την πειραματική διαδικασία. Τέλος, παρουσιάζεται τμηματικά η διαδικασία κατασκευής των ηλεκτρονικών διατάξεων και οι πειραματικές μετρήσεις, οι οποίες και ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής δοκιμής. Αυτές με τη σειρά τους συγκρίνονται με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, ώστε να προκύψουν εν τέλει χρήσιμα συμπεράσματα για την ποιότητα παροχής ισχύος του ηλεκτρικού συστήματος. |
| author2 |
Polyzois, Sotirios |
| author_facet |
Polyzois, Sotirios Πολυζώης, Σωτήριος |
| author |
Πολυζώης, Σωτήριος |
| author_sort |
Πολυζώης, Σωτήριος |
| title |
Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13682 |
| work_keys_str_mv |
AT polyzōēssōtērios meletēkaikataskeuēdikateuthyntērioumetatropeagialeitourgiaōsenergophiltroischyos AT polyzōēssōtērios designandimplementationofabidirectionalconverterusedasanactivepowerfilter |
| _version_ |
1771297134536032256 |
| spelling |
nemertes-10889-136822022-09-05T05:00:20Z Μελέτη και κατασκευή δικατευθυντήριου μετατροπέα για λειτουργία ως ενεργό φίλτρο ισχύος Design and implementation of a bidirectional converter used as an active power filter Πολυζώης, Σωτήριος Polyzois, Sotirios Δικατευθυντήριος μετατροπέας υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης Ενεργό φίλτρο ισχύος Έλεγχος υστέρησης ρεύματος Bidirectional buck-boost converter Power active filter Hysteresis current control Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ολοκληρωμένη μελέτη για την κατασκευή ενός δικατευθυντήριου μετατροπέα υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης χωρίς γαλβανική απομόνωση (non-isolated bidirectional buck-boost converter), με σκοπό τη χρήση του ως ενεργό φίλτρο ισχύος παράλληλης σύνδεσης (Shunt Active Power Filter). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας, του Τμήματος των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Στόχο αυτής της μελέτης αποτελεί η βελτίωση της ποιότητας ισχύος που παρέχεται σε απομακρυσμένα φορτία, τα οποία τροφοδοτούνται από συστήματα DC παροχών. Συγκεκριμένα, η υλοποιηθείσα διάταξη συνδέεται στο σημείο σύνδεσης των φορτίων και παρέχει τις απότομες μεταβολές ρεύματος, έτσι ώστε να μηδενίζεται, ει δυνατόν, η διακύμανση της τάσης που προκαλείται από αυτές τις απότομες μεταβολές του φορτίου και οφείλεται τόσο στην εμπέδηση της γραμμής μεταφοράς όσο και στην αδράνεια της DC παροχής. Επίσης, ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην κατασκευή του ηλεκτρονικού μετατροπέα, καθώς και στην υλοποίηση του ελέγχου που εφαρμόστηκε, ώστε να καθίσταται δυνατή η επέκταση της χρήσης του σε μία ευρεία γκάμα εφαρμογών, χωρίς να απαιτείται η τροποποίησή του (είτε υλική είτε του ελέγχου). Αρχικά, παρουσιάζεται το ηλεκτρικό σύστημα επισημαίνοντας τα χαρακτηριστικά και τη φύση των φορτίων που διαθέτει και έπειτα εξετάζεται η συμπεριφορά του συστήματος, με σκοπό τον εντοπισμό των διαταραχών που προκαλούνται κατά τη λειτουργία του. Επιπλέον, πραγματοποιείται η απαραίτητη μελέτη για να βρεθεί με ποιον τρόπο μπορούν να εξαλειφθούν αυτές οι διαταραχές, ενώ παράλληλα δίνεται ιδιαίτερο βάρος στη χρήση των υπερπυκνωτών (supercapacitors) ως πηγή συνεχούς τάσης. Στη συνέχεια, ακολουθεί η θεωρητική ανάλυση για τις δύο βασικές λειτουργίες του δικατευθυντήριου μετατροπέα υποβιβασμού/ανύψωσης τάσης χωρίς γαλβανική απομόνωση και ύστερα αναπτύσσεται η μεθοδολογία του ελέγχου υστέρησης που χρησιμοποιήθηκε. Το επόμενο βήμα πραγματοποιείται με τη βοήθεια του λογισμικού Matlab/Simulink και αποτελεί την προσομοίωση του συστήματος παρουσία του ηλεκτρονικού μετατροπέα, στις περιπτώσεις που θα χρησιμοποιηθούν ιδανικά και μη-ιδανικά στοιχεία. Επίσης, δημιουργείται και το απαραίτητο ηλεκτρικό κύκλωμα που θα προσομοιώνει το Μεταβαλλόμενο Φορτίο Ισχύος (Load) κατά την πειραματική διαδικασία. Τέλος, παρουσιάζεται τμηματικά η διαδικασία κατασκευής των ηλεκτρονικών διατάξεων και οι πειραματικές μετρήσεις, οι οποίες και ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής δοκιμής. Αυτές με τη σειρά τους συγκρίνονται με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, ώστε να προκύψουν εν τέλει χρήσιμα συμπεράσματα για την ποιότητα παροχής ισχύος του ηλεκτρικού συστήματος. This diploma thesis is focused on the design and implementation of a non-isolated bidirectional buck-boost converter, which will be used as a Shunt Active Power Filter (SAPF). This thesis was elaborated at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion (LEMEC), on the Department of Electrical and Computer Engineering at the University of Patras. Its purpose is to improve the power quality provided to remote loads, which are powered by DC supply systems. Specifically, the implemented device is connected to the point of connection of the loads and provides the abrupt current changes, so as to minimize as much as possible the voltage fluctuation caused by these abrupt current changes of the load due to both the impedance of the transmission line and the inertia of the DC supply. Furthermore, particular emphasis was placed on the construction of the electronic converter, as well as to the implementation of the control that was applied, in order to be able to extend its use to a wide range of applications, without any requirement for modification (either material or control). First, the electrical system is presented by pointing out the characteristics and the nature of the loads it has and then the system’s behavior is examined, in order to identify the disturbances caused during its operation. In addition, the necessary study is carried out to find out how these disturbances can be eliminated, while at the same time special emphasis is given to the use of supercapacitors as a dc-source. Then follows the theoretical analysis of the two basic working modes of non-isolated bidirectional buck-boost converter and later the hysteresis control method that was applied is presented. The next step is performed with the help of Matlab/Simulink software and is the simulation of the electrical system with the presence of the electronic converter, in the cases where ideal and non-ideal elements will be used. Also, the necessary electrical circuit which will simulate the Variable Power Load (Load) during the experimental process is created. Finally, the construction process of the electronic devices and the experimental measurements, which were taken during the laboratory test, are presented on parts. These measurements are compared to the simulations’ results, in order to finally draw useful conclusions about the power supply quality (PSQ) of the electrical system. 2020-08-02T10:26:37Z 2020-08-02T10:26:37Z 2020-07-15 http://hdl.handle.net/10889/13682 gr application/pdf |
