Έλεγχος Ac/dc/ac Μετατροπέα Για Λειτουργία Ενισχυτή Σε Προσομοίωση Πραγματικού Χρόνου

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζεται η δομή ενός πειράματος προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο με το εργαστηριακό μικροδίκτυο διεσπαρμένης παραγωγής σε ρόλο δοκιμίου. Η προσομοίωση αυτή ονομάζεται PHIL (Power Hardware In Loop) ή συσκευή ισχύος σε βρόχο στα ελληνικά. Αρχικά περιγράφονται συνοπτικά τα στοιχεία του πειράματος, όπως είναι το εργαστηριακό μικροδίκτυο, ο εξομοιωτής πραγματικού χρόνου (RTDS) που θα προσομοιώσει το ηλεκτρικό δίκτυο στο οποίο θα συνδέσουμε το δοκίμιο και τον «ενδιάμεσο» (Interface) που θα επιτελέσει τη σύνδεση των δύο προηγούμενων στοιχείων. Παρουσιάζονται οι τρείς διαφορετικές μέθοδοι υλοποίησης του Interface που γενικά μπορεί να χαρακτηριστεί ως ενισχυτής ισχύος.Έπειτα παρουσιάζεται εκτενέστερα η χρήση του AC/DC/AC μετατροπέα ως Interface για PHIL εφαρμογές και αναλύεται η λειτουργία της τοπολογίας του μονοφασικού AC/DC/AC μετατροπέα 3 κλάδων. Αφού αναλυθεί η διάταξη αυτή σημειώνονται τα πλεονεκτήματα της τοπολογίας σε σχέση με τη συμβατική τοπολογία με τους 4 κλάδους. Εξαιτίας της ιδιαίτερης τοπολογίας του μετατροπέα 3 κλάδων παρουσιάζεται λεπτομερώς το σχήμα ελέγχου του, που σχεδιάστηκε με τη βοήθεια του Simulink/Matlab, καθώς και τεχνικές βελτίωσης των επιδόσεων του. Για την βελτίωση αυτή επιλέγεται μια μέθοδος συγχρονισμού με χρήση PLL με γενικευμένο ολοκληρωτή δεύτερης τάξης και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα του. Έπειτα αναλύεται ο ενισχυτής της εταιρείας Triphase που θα χρησιμοποιηθεί στο πείραμα PHIL που θα πραγματοποιηθεί στο εργαστήριο Συστημάτων Ηλεκτρικής Ενέργειας (ΣΗΕ). Ο ενισχυτής αυτός στηρίζεται στον μονοφασικό μετατροπέα 3 κλάδων που αναλύθηκε νωρίτερα. Επίσης περιγράφεται λεπτομερώς το κύκλωμα ισχύος του και τα περιφερειακά συστήματα που χρησιμοποιεί για την επικοινωνία με τον χρήστη και την εκτέλεση του αλγορίθμου ελέγχου του σε πραγματικό χρόνο. Ο αλγόριθμος ελέγχου που είναι σχεδιασμένος μέσω του Simulink, παρουσιάζεται λεπτομερώς στη συνέχεια και επισημαίνονται τα ιδιαίτερα στοιχεία του καθώς και οι απαιτούμενες τροποποιήσεις που έπρεπε να γίνουν για να είναι εφικτή η σύνδεση του με το RTDS. Τέλος πραγματοποιούνται πειραματικές μετρήσεις για την επιβεβαίωση της ορθής λειτουργίας του για διαφορετικά είδη φορτίων και παρατίθενται οι αντίστοιχες γραφικές παραστάσεις.