Βέλτιστος Γραμμικός Ελεγκτής Για Τη Μονοφασική Διακοπτική Ανορθωτική Διάταξη Δύο Αλληλένδετων Βαθμίδων & Πέντε Επιπέδων

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση ενός γραμμικού τετραγωνικού ελεγκτή για τη μονοφασική διακοπτική ανορθωτική διάταξη με δύο αλληλένδετες βαθμίδες πλήρους γέφυρας και πέντε επίπεδα τάσης. Η εν λόγω τοπολογία ανήκει στους μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων τάσης. Οι μετατροπείς αυτοί, εν αντιθέσει με τους συμβατικούς μετατροπείς δύο επιπέδων, μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές ΜΤ και υψηλής ισχύος χρησιμοποιώντας διαθέσιμα συμβατικά διακοπτικά στοιχεία μέσης ισχύος. Κύριο γνώρισμά τους είναι η παραγωγή κυματομορφών τάσης διαμορφωμένων από περισσότερα επίπεδα, οι οποίες προσεγγίζουν ακόμη πιστότερα την ημιτονοειδή καμπύλη. Ο προτεινόμενος ελεγκτής είναι ένας γραμμικός ελεγκτής ανατροφοδότησης κατάστασης ο οποίος βασίζεται στη γενικότερη θεωρία του βέλτιστου ελέγχου, και συγκεκριμένα στην ελαχιστοποίηση μίας τετραγωνικής συνάρτησης κόστους απείρου ορίζοντα που αφορά τις μεταβλητές κατάστασης και τις εισόδου ελέγχου του συστήματος. Για τις ανάγκες της σχεδίασης πραγματοποιείται ενδελεχής μαθηματική μοντελοποίηση της διάταξης. Με αφετηρία το μη γραμμικό διακοπτικό μοντέλο συνεχούς χρόνου, εφαρμόζεται κατάλληλος μονοφασικός μετασχηματισμός συντεταγμένων σε πλαίσιο δύο καθέτων αξόνων προκειμένου να μετατραπεί το σημείο λειτουργίας μόνιμης ημιτονοειδούς κατάστασης σε ΣΡ. Έπειτα, εφαρμόζεται γραμμικοποίηση Taylor με την οποία λαμβάνεται το μοντέλο ασθενούς σήματος. Τελικά, ενσωματώνοντας στο τελευταίο ολοκληρωτική δράση, προκύπτει το επαυξημένο μοντέλο ασθενούς σήματος που αποτελεί και τη βάση για τη σχεδίαση του ελεγκτή. Για τις ανάγκες της διαμόρφωσης των παλμών εξετάζονται ξεχωριστά δύο διαφορετικές τεχνικές ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών με πολλαπλούς φορείς, εκ των οποίων η πρώτη χρησιμοποιεί φορείς ολισθημένης φάσης και η δεύτερη εν φάσει φορείς ολισθημένου πλάτους. Οι στόχοι του συστήματος ελέγχου, στη βάση της μόνιμης κατάστασης, συνίστανται στην επίτευξη μοναδιαίου συντελεστή ισχύος εισόδου, στην παραγωγή συνεχών τάσεων εξόδου των βαθμίδων που να συγκλίνουν σε καθορισμένη επιθυμητή τιμή, αλλά και στην παραγωγή τάσης εισόδου πέντε επιπέδων. Εξετάζονται επίσης μεταβατικές καταστάσεις, όπως είναι η λειτουργία υπό ασύμμετρες συνθήκες τωνβαθμίδων και η λειτουργία με χωρητικό & επαγωγικό συντελεστή ισχύος εισόδου. Ο ελεγκτής δοκιμάζεται σε επίπεδο προσομοίωσης και πειραματικής επιβεβαίωσης σε πραγματικό χρόνο πάνω σε πειραματική διάταξη του εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών & Ηλεκτρονικών Ισχύος του ΕΜΠ.