طراحی اینورتر چند سطحی بهبودیافته متصل به شبکه برای کاربرد در سیستمهای انرژی خورشیدی
نام نخستين پديدآور
میلاد قوی پنجه مرنگلو
وضعیت نشر و پخش و غیره
نام ناشر، پخش کننده و غيره
برق و کامپیوتر
تاریخ نشرو بخش و غیره
۱۴۰۱
مشخصات ظاهری
نام خاص و کميت اثر
۲۱۴ص.
مواد همراه اثر
سی دی
یادداشتهای مربوط به پایان نامه ها
جزئيات پايان نامه و نوع درجه آن
دکتری
نظم درجات
مهندسي برق- قدرت گرایش الکترونيک قدرت
زمان اعطا مدرک
۱۴۰۱/۰۸/۰۵
یادداشتهای مربوط به خلاصه یا چکیده
متن يادداشت
به منظور کاهش مشکلات محیط زیستی مانند آلودگی هوا، گرم شدن کره زمین، و محدود شدن منابع سوختی فسیلی، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند سیستم های فتوولتائیک در سراسر جهان افزایش یافته است. با این حال، برای به کارگیری و ادغام این منابع در سیستم های قدرت، به کار بردن واسطهای مبتنی بر الکترونیک قدرت، یعنی مبدل های قدرت، اجتناب ناپذیر است. شایان ذکر است که علاوه بر کاربردهای انرژی تجدیدپذیر ، مبدل های الکترونیک قدرت به طور گسترده ای در بسیاری از کاربردهای مدرن مورد استفاده قرار می گیرند. در میان این مبدلها، اینورترهای چند سطحی یکی از محبوبترین راهحلها برای بهبود عملکرد خودروهای الکتریکی، سیستمهای انرژی تجدیدپذیر مانند سیستمهای فتوولتائیک و سایر دستگاههای الکترونیک قدرت در کاربردهای توان متوسط و بالا هستند. اینورترهای چندسطحی به خاطر داشتن ویژگیهایی از قبیل پایین بودن اعوجاج هارمونیک کل، کوچک بودن اندازه فیلتر خروجی، بازده بالا، رنج ولتاژ کم نیمه هادیها و سایر ویژگیها مورد توجه بسیاری از محققین در زمینهی الکترونیک قدرت قرار گرفتهاند. اینورترهای چند سطحی به دلیل اعوجاج هارمونیک کل کم (THD)، اندازه فیلتر کوچک، راندمان بالا، کاهش رتبه ولتاژ نیمه هادی های قدرت و بسیاری ویژگی های دیگر، سازه های مورد علاقه آنها هستند. ساختارهای نقطه خنثی گره شده ، خازن شناور و پل H آبشاری سه گروه اصلی از اینورترهای چند سطحی هستند. با این حال، ساختارهای ذکر شده دارای تعداد عناصر مداری زیادی هستند که این یک عیب اصلی برای آنها محصوب می گردد و همچنین در سطوح بالایی از ولتاژ نیازمند روشهای پیچیده کنترلی هستند. برای غلبه بر مشکلات ذکر شده، ساختارهای مبتنی بر خازن کلیدزنی شونده که در آن منابع ولتاژ ورودی با خازن جایگزین می شوند، پدید آمده اند. در این مبدل ها ترکیب شارژ و دشارژ خازن ها سطوح خروجی چندگانه را تشکیل می دهند.عیب اصلی اصلی تساختارهای مبتنی بر کلیدزنی خازنی این است که در هنگام شارژ شدن خازنها اسپایک جریان خازنی از خازنها عبور میکند که میتواند باعث تنش جریان مخرب روی قطعات نیمه هادی مدار شود. در این رساله جهت محدود کردن اسپایک جریان شارژ خازنی خازنها دو ساختار مبتنی بر کلیدزنی خازنی ارائه شده است. اخیراً، اینورترهای چند سطحی بدون ترانسفورماتور با ویژگیهای زمین مشترک ، توجه بسیاری از محققان در صنعت تولید برق انرژیهای تجدید پذیر مانند کاربردهای متصل به شبکه را به خود جلب کردهاند. یکی از مزایای مهم ساختارهای زمین مشترک، حذف جریان نشتی و بهبود بازده کلی سیستم است. ویژگی زمین مشترک با اتصال مستقیم ترمینال منفی منبع dc ورودی و نقطه خنثی شبکه ارائه می شود.در این رساله، دو ساختار متصل به شبکه با ویژگی زمین مشترک برای حذف کامل جریان نشتی پیشنهاد شده است. ساختار دیگر ارائه شده در این رساله یک اینورتر متصل به شبکه مبتنی بر NPC است که می تواند جریان نشتی را محدود کند.توضیح هر یک از ساختارهای ارائه شده در این رساله به طور مفصل بیان شدهاست. مدهای کاری هر یک از اینورترهای پیشنهادی طی نیم سیکل مثبت و منفی شرح داده شده است. محاسبه چرخه کاری کلیدزنی کلیدهای هر یک از ساختارهای پیشنهادی در این رساله در نظر گرفته شده است. همچنین دستورالعمل های طراحی خازن های استفاده شده و فیلتر سلف خروجی در نظر گرفته شده است. تحلیل جریان شارژ خازنی خازنهای به کار رفته در برخی از ساختارهای پیشنهادی در این رساله ارائه شده است. همچنین شرح سیستم کنترل اعمالی هریک از اینورترهای پیشنهادی توضیح داده شده است. برای برجسته کردن مزایای هر یک از اینورترهای پیشنهادی، یک مطالعه مقایسه ای در این تحقیق انجام شده است. در نهایت، برای بررسی عملکرد و مزایای هر یک از ساختارهای ارائه شده، یک نمونه آزمایشگاهی ساخته شده و نتایج تجربی مرتبط با آن ارائه شده است.
متن يادداشت
AbstractTo proceed to a net zero carbon world and to mitigate the environmental challenges associated with it such as such as air pollution, global warming, and the limits on fossil fuels resources, integration speed of renewable energy sources such as photovoltaic (PV) systems has been increased around the world. However, to employ and integrate these sources into the power systems, power electronic based interfaces, i.e., power converters, are inevitable. It is worth noting that besides renewable energy source (RES) applications, power converters are widely used in numerous modern applications. Among these converters, multi-level inverters (MLI) are one of the most popular solutions to improve the performance of electric vehicles, renewable energy systems (RES) such as photovoltaic (PV) systems, and other power electronic devices in medium- and high-power applications. Multilevel inverters (MLIs) are favorite structures due to their low total harmonic distortion (THD), small filter size, high efficiency, reduced voltage rating of power semiconductors and many other features. Neutral point clamped (NPC), flying capacitor (FC) and cascaded H-bridge (CHB) MLIs are three main topologies which have been studied comprehensively. However, mentioned topologies suffer from high number of components and requiring complex control methods especially for higher number of levels. In order to overcome to the mentioned problems, the switched-capacitor-based topologies in which the input voltage sources are replaced by capacitors have been emerged. In these converters, the combination of charging and discharging of the capacitors forms the multiple output levels. The major disadvantage of the SC-based topologies is that spike currents pass through the capacitors while they are being charged which can cause harmful current stress on the components. In this research, two topologies are proposed to limit the capacitor charging current spike. Recently, transformer-less multilevel inverters with common- grounded features have attracted the attention of many researchers in the renewable power generation industry such as grid-tied applications. One of the important benefits of the common-grounded topologies is the elimination of leakage current and improved overall efficiency. The common-grounded feature is provided by connecting the negative terminal of the input dc source and the natural point of the local grid directly. In this research, two common grounded grid-tied topologies are proposed to eliminate the leakage current completely. The another presented topology in this research is an NPC-based grid-tied topology which can limit the leakage current.The description of the each presented topology is presented in this research. The operational modes of each proposed inverter during both positive and negative half-cycles are described. The calculation of the switching duty cycle of switches is considered in this research. Design guidelines of utilized capacitors and output inductor filter are considered. Capacitor charging current analysis is presented. Also, the description of the applied control system of each proposed inverter is explained. To highlight the advantages of each proposed inverter, a comparison study is done in this research. Finally, to verify the performance and advantages of each proposed inverter, a laboratory prototype is built and the related experimental results are presented.
عنوانهای گونه گون دیگر
عنوان گونه گون
طراحی اینورتر چند سطحی بهبودیافته متصل به شبکه برای کاربرد در سیستمهای انرژی خورشیدی
نام شخص به منزله سر شناسه - (مسئولیت معنوی درجه اول )