Προβλεπτικός Έλεγχος Για Διακοπτικές Ανορθωτικές Διατάξεις

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, που τιτλοφορείται «Προβλεπτικός Έλεγχος για Διακοπτικές Ανορθωτικές Διατάξεις», αποτελεί μια εναλλακτική πρόταση στο πολυσύνθετοπρόβλημα του ελέγχου των διακοπτικών ανορθωτικών διατάξεων. Κύρια επιδίωξη της εργασίας αποτελεί η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων του προβλεπτικού ελέγχου έναντι των γνωστών - παραδοσιακών ελεγκτών σε αυτή την κατηγορία των μετατροπέων των ηλεκτρονικών ισχύος. Η μελέτη των συγκεκριμένων μετατροπέων παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους ηλεκτρολόγους μηχανικούς, κυρίως γιατί τοποθετείται σε δυοεπιστημονικά πεδία, της ενέργειας και των συστημάτων αυτομάτου ελέγχου. Ο προτεινόμενος προβλεπτικός ελεγκτής στηρίζεται στο μαθηματικό μοντέλο διακριτού χρόνου του μετατροπέα, συμπεριλαμβανομένων της πηγής ηλεκτρικής ενέργειας και του φορτίου. Μέσω αυτού, προβλέπει τη μελλοντική τιμή των μεταβλητών ελέγχου σε ένα εύρος χρόνου,που καλείται ορίζοντας πρόβλεψης, επιβάλλοντας τους τη χρονική τους διακύμανση εντός προκαθορισμένων ορίων. Η βέλτιστη δράση ελέγχου, που αντιστοιχεί σε κάποια επιτρεπτήδιακοπτική κατάσταση, προκύπτει έπειτα από την ελαχιστοποίηση του κριτηρίου βελτιστοποίησης, μέσω του οποίου επιτυγχάνονται οι απαιτούμενοι λειτουργικοί στόχοι. Ηδιαδικασία αυτή επαναλαμβάνεται σε κάθε νέα δειγματοληψία. Η δομή της προκείμενης διδακτορικής διατριβής οργανώνεται ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται συνοπτικά η ιστορική αναδρομή των διακοπτικών ανορθωτικών διατάξεων και το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο που απαιτείται για την σχεδίαση των προβλεπτικών ελεγκτών μετατιθέμενου ορίζοντα καθώς και η προτεινόμενη εναλλακτική σχεδίαση του προβλεπτικού ελέγχου με περιορισμούς. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σχεδίαση του προτεινόμενου προβλεπτικού ελεγκτή για τις διακοπτικές ανορθωτικές διατάξεις πλήρουςγέφυρας. Αναφορικά με την μορφή της τάσης ακροδεκτών του μετατροπέα, επιτυγχάνεται η λειτουργία σε τρία επίπεδα χωρίς την προσθήκη σημάτων διαμόρφωσης (modulator), με σκοπό τον βέλτιστο λειτουργικό τρόπο. Για λόγους αξιολόγησης, τα αποτελέσματα του προτεινόμενου ελεγκτή αντιπαραβάλονται με τα αντίστοιχα ενός άλλου, που στηρίζεται στη τεχνική ελέγχου της ολίσθησης επί επιφάνεια. Είναι γνωστό ότι ο πολυεπίπεδος μετατροπέας των εν σειρά αλληλένδετων μονοφασικών πλήρως ελεγχόμενων ανορθωτικών διατάξεων, είναι μια από τις πιο δημοφιλής τοπολογίες μεταξύ των πολυεπίπεδων μεταροπέων, μεσημαντικά πλεονεκτήματα και διακριτά μειονεκτήματα. Στην παρούσα διατριβή και συγκεκριμένα στο κεφάλαιο 3, η συγκεκριμένη τοπολογία αναλύεται σε εικονικές αποσυζευγμένες βαθμίδες και κατόπιν εφαρμόζεται ο προτεινόμενος προβλεπτικός ελεγκτής για τη λειτουργία της κάθε βαθμίδας σε ίδια ή διαφορετική τάση, ή/και διαφορετικό φορτίο. Διερευνάται επίσης η ευρωστία του προβλεπτικού ελεγκτή σε μη μοντελοποιημένες αβεβαιότητες του συστήματος και η επίδραση αυτών στους συντελεστές της ποιότητας της ηλεκτρικής ισχύος. Ο προτεινόμενος ελεγκτής επανασχεδιάζεται στο κεφάλαιο 3, για την περίπτωση των πολυεπίπεδων μονοφασικών διακοπτικών ανορθωτικών διατάξεων με αλληλένδετες βαθμίδες και επιβεβαιώνεται λειτουργικά μέσω προσομοιώσεων αλλά καιπειραματικών μετρήσεων σε πρότυπη διάταξη. Τέλος, στο κεφάλαιο 4, μια ακόμη μονοφασική διακοπτική ανορθωτική διάταξη, ο ανορθωτής ημιγέφυρας διπλάσιας ανύψωσης της συνεχούς τάσης, διερευνάται πειραματικά μέσω του προτεινόμενου προβλεπτικού ελεγκτή.