Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μονοφασικού πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης, για διασύνδεση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.) με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2021
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/14679 |
| id |
nemertes-10889-14679 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς μειωμένου αριθμού διακοπτικών στοιχείων Αντιστροφείς PUC Έλεγχος ροής ισχύος Διασύνδεση με δίκτυο χαμηλής τάσης Multilevel inverters Multilevel inverters with reduced number of switches PUC inverters Power flow control Connection with low voltage grid |
| spellingShingle |
Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς μειωμένου αριθμού διακοπτικών στοιχείων Αντιστροφείς PUC Έλεγχος ροής ισχύος Διασύνδεση με δίκτυο χαμηλής τάσης Multilevel inverters Multilevel inverters with reduced number of switches PUC inverters Power flow control Connection with low voltage grid Σοκολάκη, Όλγα Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός
μονοφασικού πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης, για διασύνδεση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας
(Α.Π.Ε.) με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής
Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της
Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών.
Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη και ο σχεδιασμός της κυκλωματικής τοπολογίας του αντιστροφέα
PUC (Packed-U-Cell), που ανήκει στην κατηγορία των πολυεπίπεδων αντιστροφέων μειωμένου
αριθμού διακοπτικών στοιχείων. Επίσης, στόχος είναι η ανάπτυξη κατάλληλης τεχνικής ελέγχου για τη
διασύνδεση της διάταξης με το δίκτυο και την ανταλλαγή ισχύος με αυτό.
Αρχικά παρουσιάζεται η βασική θεωρία για τους πολυεπίπεδους αντιστροφείς τάσης και παρατίθενται
οι κατηγορίες τους με τα διάφορα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, ενώ γίνεται αναφορά και στα
πεδία εφαρμογών τους. Έπειτα, παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνικές παλμοδότησης των κλασικών
τοπολογιών πολυεπίπεδων αντιστροφέων και αναλύεται η λογική τους.
Στη συνέχεια αναλύεται και προσομοιώνεται, μέσω του λογισμικού Simulink του MATLAB, η
λειτουργία δύο υβριδικών τοπολογιών που βασίζονται στον κλασικό μονοφασικό αντιστροφέα γέφυρας,
καθώς και της τοπολογίας PUC. Γίνεται σύγκριση όσον αφορά τη λειτουργική τους συμπεριφορά και
παρουσιάζονται ορισμένοι περιορισμοί.
Το επόμενο βήμα είναι η υλοποίηση κατάλληλης τεχνικής ελέγχου για την ανταλλαγή ισχύος μεταξύ
του αντιστροφέα PUC και του δικτύου. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται κατάλληλη μονάδα μέσω της
οποίας γίνεται ο συγχρονισμός του αντιστροφέα με το δίκτυο και στη συνέχεια κλειστός βρόχος για τον
έλεγχο του εγχεόμενου ρεύματος, ώστε να ρυθμίζεται η ροή ενεργού και αέργου ισχύος.
Τέλος, αναλύεται η διαδικασία κατασκευής της διάταξης. Αρχικά επιλέγονται κατάλληλα στοιχεία για
το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα διαμόρφωσης παλμών και έπειτα περιγράφεται η λειτουργία του
μικροελεγκτή, που αποτελεί τον πυρήνα της παλμοδότησης. Κλείνοντας, παρατίθενται πειραματικά
αποτελέσματα για επιβεβαίωση της θεωρίας και του σχεδιασμού. Αποδεικνύεται η ορθή λειτουργία της
διάταξης και της εφαρμοσθείσας λογικής ελέγχου, καθώς και η δυνατότητα επίτευξης πολύ καλού
βαθμού απόδοσης. |
| author2 |
Sokolaki, Olga |
| author_facet |
Sokolaki, Olga Σοκολάκη, Όλγα |
| author |
Σοκολάκη, Όλγα |
| author_sort |
Σοκολάκη, Όλγα |
| title |
Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση α.π.ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης |
| publishDate |
2021 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/14679 |
| work_keys_str_mv |
AT sokolakēolga meletēkaikataskeuēpolyepipedouantistropheatasēsgiadiasyndesēapemetodiktyochamēlēstasēs AT sokolakēolga studyandimplementationofavoltagesourcemultilevelinverterforlowvoltagegridconnectedres |
| _version_ |
1771297337903153152 |
| spelling |
nemertes-10889-146792022-09-05T20:22:18Z Μελέτη και κατασκευή πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης για διασύνδεση Α.Π.Ε. με το δίκτυο χαμηλής τάσης Study and implementation of a voltage source multilevel inverter for low voltage grid-connected R.E.S. Σοκολάκη, Όλγα Sokolaki, Olga Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς Πολυεπίπεδοι αντιστροφείς μειωμένου αριθμού διακοπτικών στοιχείων Αντιστροφείς PUC Έλεγχος ροής ισχύος Διασύνδεση με δίκτυο χαμηλής τάσης Multilevel inverters Multilevel inverters with reduced number of switches PUC inverters Power flow control Connection with low voltage grid Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη, το σχεδιασμό και την κατασκευή ενός μονοφασικού πολυεπίπεδου αντιστροφέα τάσης, για διασύνδεση Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (Α.Π.Ε.) με το δίκτυο χαμηλής τάσης. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της εργασίας είναι η μελέτη και ο σχεδιασμός της κυκλωματικής τοπολογίας του αντιστροφέα PUC (Packed-U-Cell), που ανήκει στην κατηγορία των πολυεπίπεδων αντιστροφέων μειωμένου αριθμού διακοπτικών στοιχείων. Επίσης, στόχος είναι η ανάπτυξη κατάλληλης τεχνικής ελέγχου για τη διασύνδεση της διάταξης με το δίκτυο και την ανταλλαγή ισχύος με αυτό. Αρχικά παρουσιάζεται η βασική θεωρία για τους πολυεπίπεδους αντιστροφείς τάσης και παρατίθενται οι κατηγορίες τους με τα διάφορα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα, ενώ γίνεται αναφορά και στα πεδία εφαρμογών τους. Έπειτα, παρουσιάζονται οι διάφορες τεχνικές παλμοδότησης των κλασικών τοπολογιών πολυεπίπεδων αντιστροφέων και αναλύεται η λογική τους. Στη συνέχεια αναλύεται και προσομοιώνεται, μέσω του λογισμικού Simulink του MATLAB, η λειτουργία δύο υβριδικών τοπολογιών που βασίζονται στον κλασικό μονοφασικό αντιστροφέα γέφυρας, καθώς και της τοπολογίας PUC. Γίνεται σύγκριση όσον αφορά τη λειτουργική τους συμπεριφορά και παρουσιάζονται ορισμένοι περιορισμοί. Το επόμενο βήμα είναι η υλοποίηση κατάλληλης τεχνικής ελέγχου για την ανταλλαγή ισχύος μεταξύ του αντιστροφέα PUC και του δικτύου. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται κατάλληλη μονάδα μέσω της οποίας γίνεται ο συγχρονισμός του αντιστροφέα με το δίκτυο και στη συνέχεια κλειστός βρόχος για τον έλεγχο του εγχεόμενου ρεύματος, ώστε να ρυθμίζεται η ροή ενεργού και αέργου ισχύος. Τέλος, αναλύεται η διαδικασία κατασκευής της διάταξης. Αρχικά επιλέγονται κατάλληλα στοιχεία για το κύκλωμα ισχύος και το κύκλωμα διαμόρφωσης παλμών και έπειτα περιγράφεται η λειτουργία του μικροελεγκτή, που αποτελεί τον πυρήνα της παλμοδότησης. Κλείνοντας, παρατίθενται πειραματικά αποτελέσματα για επιβεβαίωση της θεωρίας και του σχεδιασμού. Αποδεικνύεται η ορθή λειτουργία της διάταξης και της εφαρμοσθείσας λογικής ελέγχου, καθώς και η δυνατότητα επίτευξης πολύ καλού βαθμού απόδοσης. This diploma thesis is focused on the theoretical analysis, the simulation and the implementation of a single-phase multilevel inverter for grid-connected Renewable Energy Sources (R.E.S.). The work was done in Laboratory of Electro-Mechanical Energy Conversion (L.EM.E.C.), Department of Electrical and Computer Engineering, University of Patras. The aim of the project is the study and design of the circuit for Packed-U-Cell (PUC) Multilevel Inverter, topology that falls into the category of Multilevel Inverters with reduced number of switches. Another goal is the design of an appropriate control technique for the interconnection of the converter with the grid, in order to exchange power with it. At first comes the basic theory for Multilevel Inverters and then the basic categories are mentioned, with their advantages and disadvantages, as well as their applications. Furthermore, some of the most common pulse modulation techniques for classic Multilevel Inverters are presented and analyzed. After that, there is the analysis and simulation of two Hybrid Multilevel Inverter topologies, based on classic single-phase Full-Bridge Inverter, as well as for the PUC topology, through Simulink/MATLAB. A comparison is made in terms of their functional behavior and their main limitations are presented. The next step is the development of an appropriate control method, in order that PUC inverter can operate correctly and exchange power in grid-connected mode. At first PUC is synchronized with grid through an appropriate technique and then the closed loop control is designed based on small signal analysis. So, the injected current is regulated and in consequence the active and reactive power flow. Finally, a laboratory prototype of the PUC Multilevel Inverter is implemented to study via experimental probing its operation. The implementation process is presented in terms of component selection and experimental results are shown to verify the theoretical analysis. It is proved that the circuit operates properly with very good efficiency and the control technique gives the expected results. 2021-03-12T07:19:32Z 2021-03-12T07:19:32Z 2021-03-11 http://hdl.handle.net/10889/14679 gr application/pdf |
