عنوان پایاننامه
کاهش اعوجاج هارمونیکی کل در اینورترهای چند سطحی پل متوالی از طریق بهینه سازی زوایای کلیدزنی و سطوح ولتاژ با استفاده ازسیستم مدیریت باتری
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-قدرت-سیستم ها فشارقوی الکتریکی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2875;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72675
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا امامعلی پورشالکوهی
- استاد راهنما
- بهزاد آسایی
- چکیده
- اینورترهای چند سطحی به دلیل استفاده از چندین سلول مشابه به منظور تولید ولتاژ خروجی و در نتیجه قابلیت کار در ولتاژهای بالاتر، تلفات کلیدزنی پایین، کیفیت بالای توان تولیدی و سازگاری الکترومغناطیسی بالا، طی دهه گذشته توجه فراوانی را به سوی خود جلب کرده اند. در این بین، اینورتر های چند سطحی پل متوالی به علت سادگی در ساختار و کنترل از محبوبیت بالایی برخوردارند. یکی از مهمترین فاکتورها در طراحی و کنترل اینورترهای چند سطحی، کیفیت توان خروجی و مقدار اعوجاج هارمونیکی کل (THD ) می باشد. روش های مختلفی جهت کاهش THD شکل موج خروجی ارائه شدهاند که تابعی از مقدار پله های ولتاژ ورودی و همچنین زوایای کلیدزنی می باشند و به منظور کاهش THD می توان مقادیر هر یک از این متغیرها را به عنوان متغیر بهینه-سازی در نظر گرفت. در حالت کلی بسیاری از مقالات مقادیر سطوح ولتاژ را یکسان فرض نموده و تنها زوایای کلیدزنی را به عنوان پارامتر بهینه سازی جهت کاهش THD در نظر می گیرند. برخی دیگر تغذیه سلول های DC را نیز به عنوان پارامتر طراحی بهینه نموده اما در حین عملکرد مدار، مقادیر سطوح ولتاژ را ثابت فرض مینمایند. در این پایاننامه علاوه بر زوایای کلیدزنی، مقادیر سطوح ولتاژ نیز به عنوان متغیرهای بهینه سازی در نظر گرفته شدهاند و همچنین با فرض تغذیه منابع از طریق باتری، مقادیر ولتاژ‌ها در عملکرد‌های مختلف (به عنوان مثال در حالت شارژ و در حالت دشارژ) قابل تغییر در نظر گرفته شده و اقدام به بهینه سازی THD می‌نماید. در این پایاننامه ابتدا با فرض ایجاد تغییر و همچنین بروز خطا در هر یک از سلول ها، زوایای کلیدزنی مطابق با مقادیر ولتاژ به عنوان فرمان گیت اعمال می شوند. در نهایت با ارائه روشی نوین از طریق طراحی و اتصال سیستم مدیریت باتری به اینورتر پل متوالی، قابلیت تنظیم مقادیر سطوح ولتاژ نیز به مدار افزوده شده تا بتوان اعوجاج هارمونیکی کل را در حالت کار مدار به مقدار قابل توجهی کاهش داد. واژه‌های کلیدی: اینورترهای چند سطحی، اینورتر پل متوالی، بهینه سازی اعوجاج هارمونیکی کل، سیستم مدیریت باتری
- Abstract
- Multi-level inverters have been introduced since 1975 and are popular for several applications including electric drives, Flexible alternating current transmission systems (FACTS), Electric Vehicle etc. These converters enable high voltage applications, due to the use of multiple similar cells with available low voltage switches. The switching frequency can be reduced compared to traditional multi-level converters which reduces the switching losses. Cascaded H-Bridge inverter is one of the most popular multi-level converter topologies. Total Harmonic Distortion (THD) of the output waveform is an important design aspect for the multilevel converters which can be reduced via adjusting and optimizing voltage levels and switching angles. In case the dc sources are powered by photovoltaic panels (PV) or batteries, the input voltages may not stay constant and they may vary during operation. As an example, in battery powered vehicles the batteries’ voltages may vary due to the unbalanced operation of multi-level converters during charging and discharging periods or due to tolerances. This affects voltage harmonics and increases the voltage THD. This thesis utilizes the effects of both the switching angles and the dc voltages in order to reduce the output voltage THD when the ratios between dc sources are non-integers. Also, it investigates the case that the voltage of the dc sources varies during different operation modes and examines voltage variation of +20% and -20% for each cell during charging and discharging states and obtains the optimum switching angles in order to achieve the minimum THD according to cells’ voltages. In case of voltage variation in DC sources, the proposed Active battery management system will adjust the battery voltages to the optimized levels and prevents the voltage difference between the sources from going beyond the maximum limit and hence improves the battery life cycle and efficiency. In battery powered multi-level converters, a large number of batteries are usually connected in series to build a battery pack. The operational differences in electro chemical characteristics can cause state of charge imbalance. In some cases, a fault can occur between several batteries and terminal voltage can drop significantly. Hence, it studies a fault condition in dc cells which may be caused by partial shading in PV panels or occurring fault between battery cells leading to the voltage drop of 50% and 80% form the nominal voltage. It also utilizes the offline method to apply the new switching angles via microcontroller because of its simplicity and independecy to initial states and random parameters in optimization techniques and low possibility of divergence.
