Μελέτη Διατάξεων και Ελέγχου Αρθρωτών Μετατροπέων σε Συστήματα Αντιστάθμισης Ισχύος σε Ασύμμετρες Kαταστάσεις Λειτουργίας

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται η προσπάθεια μελέτης διατάξεων και μεθόδων ελέγχου αρθρωτών πολυεπίπεων μετατροπέων για την αντιστάθμιση ισχύος. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην λειτουργία υπό ασύμμετρες καταστάσεις. Η κύρια έμφαση της διπλωματικής εστιάζεται στην τοπολογία γειωμένου αστέρα, ως προς τον έλεγχό και τα χαρακτηριστικά λειτουργίας της. Επιπλέον γίνεται ανάλυση και σε μια πιθανή εφαρμογή αυτής της διάταξης. Αρχικά θα παρουσιαστούν και θα συγκριθούν ως προς τα τεχνικά χαρακτηριστικά οι διατάξεις πολυεπίπεδων αρθρωτών μετατροπέων, αστέρα, τριγώνου, διπλού αστέρα καθώς και γειωμένου αστέρα. Επιπλέον θα γίνει και ανάλυση για τις κυριότερες μεθόδους διαμόρφωσης, καθώς και του αρμονικού περιεχομένου των σημάτων εξόδου που αυτές παράγουν. Στην συνέχεια, θα περιγραφεί ο έλεγχος των συνδεδεμένων στο δίκτυο αντιστροφέων. Πιο συγκεκριμένα, η διπλωματική εστιάζει στον διανυσματικό έλεγχο σε στρεφόμενο πεδίο. Έτσι, ο έλεγχος θα αποτελείται από τα παρακάτω επιμέρους υποσυστήματα, ελεγκτής ρεύματος, τάσης ζυγού καθώς και τάσης πυκνωτών. Τέλος, αναλύονται οι μέθοδοι συγχρονισμού φάσης, πού είναι μείζονος σημασίας για την διαδικασία του ελέγχου, τόσο για τριφασικούς όσο και για μονοφασικούς μετατροπείς. Σε επόμενο κεφάλαιο θα γίνει αναλυτική αναφορά στα προβλήματα που προκαλούν οι ασύμμετρες συνθήκες στις τοπολογίες αστέρα και τριγώνου. Οι ασύμμετρες συνθήκες ουσιαστικά κατανέμουν την ροή ενεργού ισχύος ανομοιόμορφα στις τρεις φάσεις με αποτέλεσμα οι τάσεις των πυκνωτών να αποκλίνουν. Η λύση στο παραπάνω πρόβλημα βρίσκεται στην εισαγωγή σημάτων μηδενικής ακολουθίας στην τάση και στο ρεύμα του αντιστροφέα για τις διατάξεις αστέρα και τριγώνου αντίστοιχα. Βέβαια η παραπάνω λύση έχει και αρνητικές επιπτώσεις στο σύστημα του αντιστροφέα και μάλιστα υπάρχουν περιπτώσεις που αυτή αδυνατεί να λειτουργήσει. Τέλος, θα αναλυθεί η τοπολογία γειωμένου αστέρα καθώς και ο έλεγχος της. Ουσιαστικά η γείωση καθιστά τις τρεις φάσεις ανεξάρτητες την μία από την άλλη και έτσι ο τριφασικός αντιστροφέας μετατρέπεται ουσαιστικά σε τρεις μονοφασικούς. Στην συνέχεια θα δοθεί μία εξειδικευμένη εφαρμογή, που τα ασύμμετρα χαρακτηριστικά της, καθιστούν αδύνατη την εφαρμογή των κλασσικών τοπολογιών. Έτσι εξετάζεται αν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της τοπολογίας γειωμένου αστέρα μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις του προβλήματος.