۱۳۹۸۹پ
per
طراحی و بهبود عملکرد یک مبدلDC - DCافزاینده ولتاژ قابل کاربرد در سیستمهای انرژی تجدید پذیر
/توحید نوری
: مهندسی برق و کامپیوتر
، ۱۳۹۴
، لیلی خیرالهی
چاپی
دکترا
مهندسی قدرت
۱۳۹۴/۰۵/۰۵
تبریز
استفاده روز افزون از سوختهای فسیلی از قبیل نفت، زغال سنگ و گاز سبب افزایش آلودگی زیست محیطی و گرمایش هوا میشود .از طرفی ذخایر این منابع انرژی نیز رو به اتمام است .در سالهای اخیر استفاده از منابع انرژیهای تجدید پذیر مخصوصا پیلهای سوختی (FC) و فتوولتائیک (PV) توجه مهندسین برق را به خود جلب کرده است .این منابع تولید انرژی پاک بوده و میتواننده عنوان جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی مورد بررسی قرار بگیرند .ولی نکته مهمی که باید به آن دقت نمود این است که ولتاژ خروجی این منابع کم است و جهت کاربردهای عملی باید ولتاژ آنها را توسط مبدلهایDC - DCافزاینده ولتاژ به سطح مورد نیاز تبدیل نمود .در این رساله سه مبدل افزاینده ولتاژ ارائه خواهد شد .مبدل ارائه شده در فصل دوم یک مبدل تعمیم یافته میباشد که ترانسفورماتور یا سلف تزویج در ساختار آن مورد استفاده قرار نمیگیرد .مبدل پیشنهادی جهت افزایش بهره ولتاژ از سلول ضرب کننده ولتاژ و واحد دیودی-سلفی-خازنی استفاده مینماید .افزایش پارامتر علاوه بر افزایش بهره ولتاژ، تنش ولتاژ روی نیمههادیها را نیز کاهش میدهد و در نتیجه استفاده از ماسفتهایی با مقاومت هدایتی کمتر ممکن خواهد شد .مبدلهای ارائه شده در فصلهای سوم و چهارم به ترتیب دو فاز و سه فاز بوده و از سلفهای تزویج و ضرب کنندههای ولتاژ در ساختار خود بهره میگیرند .در نتیجه بهره ولتاژ آنها افزایش مییابد .همچنین به علت وجود ضرب کننده ولتاژ در ساختار این مبدلها، تنش ولتاژ روی ماسفت قدرت از مقدار ولتاژ خروجی بسیار کمتر بوده و در این مورد نیز استفاده از ماسفتهایی با مقاومت هدایتی کمتر ممکن خواهد شد .به علت بهرهگیری ساختار دو فاز و سه فاز در این مبدلها، ریپل جریان ورودی کم بوده و راندمان در توانهای بالا در حد مطلوبی حفظ خواهد شد .جهت ارزیابی هر چه بیشتر مبدلهای پیشنهادی در فصلهای دوم تا چهارم مقایسههایی در زمینه بهره ولتاژ، تنش ولتاژ روی نیمههادیها و تعدا المانهای به کار رفته با برخی از مراجع صورت خواهد گرفت .با نتایج ارائه شده از مقایسهها و همچنین مشخصات هریک از ساختارها، نشان داده خواهد شد که هر سه ساختار پیشنهادی میتوانند در سیستمهای انرژی مورد استفاده قرار بگیرند .برای تمامی مبدلهای ارائه شده، تحلیل حالت ماندگار در مد هدایت پیوسته(CCM) ، مد هدایت ناپیوسته (DCM) و مد هدایت مرزی (BCM) صورت خواهد گرفت .همچنین جهت تثبیت ولتاژ خروجی تحت شرایط تغییرات دینامیکی بار، برای هریک از مبدلهای ارائه شده در فصل دوم و فصل چهارم یک سیستم کنترل کننده حلقه بسته طراحی میشود .در پایان به منظور بررسی صحت تحلیلهای صورت گرفته، بررسی عملکرد کنترل کنندههای طراحی شده و همچنین ارزیابی کارایی مبدلهای پیشنهادی، نتایج آزمایشگاهی و شبیهسازی برای هریک از ساختارها ارائه خواهد شد .همچنین کاربرد مبدل پیشنهادی در فصل دوم در یک سیستم انرژی فتوولتائیک بصورت شبیه سازی مورد مطالعه قرار خواهد گرفت تا تاثیر آن در افزایش ولتاژ خروجی پانل خورشیدی به سطح مورد نیاز ولتاژ بار مورد بررسی قرار گیرد
Ever-increasing using of fossil fuels such as oil and coil would cause the environmental and air heating. On the other hand the storage of theses power sources are coming to an end. In recent years, application pollution of green and renewable energy sources such as photo voltaic (PV) and fuel cell (FC) have attracted the electrical engineers attentions. These power sources are clean and can be replaced instead of fossil fuels. However, the output voltage of these power sources are really low and it shoud be increased to the load voltage level by voltage step-up DC-DC converters. Then the main contribution of this thesis is proposition of these types of DC-DC converters. Three types of DC-DC converter with high voltage gain are proposed in this thesis which would include both transformerless and transformer based solutions. The proposed converter in the second chapter is a generalized transformerless type. However, it uses m cells of voltage multipier cells at the output side and n stages of diode-capacitor-inductor units at the input side for voltage gain extention. Also, with increasing of m, the voltage stress across the power MOSFET is decresed which lead to use a MOSFET with low on-state resistance. The proposed converters in chapters three and four are two phase interleaved and three phase interleaved structures that use both of coupled inductor and voltage multiplier cell teqniques for increasing f voltage conversion ratio. Due to application of voltage multiplier cells in the proposed converters, the voltage stress across the power MOSFETs and power diodes is much lower than the high output voltage. Again, the application of power MOSFETs with low on-state resistance would be possible. Thank to interleaved structures of these converters, the input current ripple is low which would help to extend the renewable power source life time. On the other hand, the handeled power is shared between the phases and this would lead to maintain conversion efficiency also for high power levels. For further discussion some comparions will be given between the three proposed converters and some other convertes in the litratues. Based on the comparison results and the characteristics of the related proposed structure, it can be concluded that the proposed converters can be good candidates for renewabale system application. Steady-state analysis will be carried out for all of the proposed converters in three modes of operations named as continuous conduction mode (CCM), discontinuous conduction mode (DCM) and boundary conduction mode (BCM). Also in order to regulate the output voltage to its reference value under dynamic load variations, closed loop controllers will be developed for the proposed converters in chapters two and four. Finally, for verification of the steady-state analysis and performance operation of the proposed convertes and also better verification of designed control systems, experimental and simulation results will be given. Also the application of the proposed converter in chapter two in a typical photovoltaic generation system will be studied through simulation results. The simulated results can better investigate the proposed converter contribution in increasing of PV panel voltage to the required load voltage level
نوری، توحید
حسینی، سید حسین، استاد راهنما
بابایی، ابراهیم، استاد مشاور
سیاه و سفید
نمایهسازی قبلی
