مسعود شهاب الدینی
مسعود شهاب الدینی
چکیده رساله:
اينورترهاي فتوولتائيک متصل به شبکه معمولا به‌صورت الکتريکي از شبکه مجزا می‌شوند. اين مجزاسازي در اين سيستم‌ها توسط يک ترانسفورماتور انجام مي‌شود. ساختارهاي با ترانسفورماتور شامل چندين مرحله تبديل توان هستند؛ که اين خود باعث کاهش بازده و افزايش قيمت و حجم سيستم مي‌شود. بنابراين حذف ترانسفورماتور مي‌تواند گزينه مناسبي براي سيستم‌هاي فتوولتائيک باشد.
به دليل متصل بودن بدنه‌ي پنل‌هاي خورشيدي به زمين، حذف ترانسفورماتور منجر به ايجاد جريان نشتي از اين مسیر میشود. جريان نشتي منجر به افزايش اعوجاج هارمونيکي، افزايش تلفات و تداخل الکترومغناطيسي مي‌شود.
یکی از پرکاربردترین مبدل¬های فتوولتائیک، مبدل چند سطحی پل متوالی (CHB) می¬باشد. از ويژگي‌هاي منحصر به فردِ استفاده از اين مبدل‌ها در کاربرد فتوولتائيک، مي‌توان به قابليت استفاده از چندين ردياب نقطه بيشينه توان به دليل حضور لينک‌هاي DC جداگانه و امکان استفاده از آرايش تک طبقه براي هر سلول و حذف ترانسفورماتور افزاينده اشاره کرد. بنابراين در اين رساله، مبدل انتخابي از نوع مبدل چندسطحي پل متوالي و چالش مد نظر، کم کردن جريان نشتي در اين مبدل در کاربرد بدون ترانسفورماتور انتخاب میشود.
در اين راستا ابتدا جريان نشتي مورد تحليل و بررسي قرار مي‌گیرد. ساختارها و روشهاي گوناگون را که در مراجع مختلف جهت حذف جريان نشتي مطرح شده است را بررسي کرده و مزايا و معايب هر کدام از اين روشها را مطرح مي‌کنيم. در ادامه چند روش کاربردي براي حذف جريان نشتي در مبدلهای چندسطحی پل متوالی پيشنهاد شده و سپس شبيه‌سازي‌ها و پياده‌سازي‌هاي مرتبط با اين روشها آورده می‌شوند.
روش پیشنهادی اول بر اساس اصلاح روش مدولاسیون است. در این روش ابتدا با کمک روش PSPWM اصلاح شده، جریان نشتی را در یک مبدل 5 سطحی کاهش می‌دهیم. برای تعداد سطوح ولتاژ بالاتر نیز، ایده استفاده از بلوک‌های 5 سطحی به کمک فیلترگذاری مناسب مطرح میشود.
روش پیشنهادی دوم مبتنی بر اصلاح سخت افزار است. ايده اصلي براي اين ساختار به اين صورت است که مبدل چندسطحي به مبدل‌هاي سه سطحي HERIC تقسيم مي‌شود. تفاوت ساختار پيشنهادي ارائه شده در اين روش با يک مبدل CHB عادي در اين است که ابتدا ولتاژ هر بلوکِ HERIC فيلتر مي‌شود و سپس در قدم بعدي با يکديگر جمع مي‌شوند. دراین ساختار پيشنهادي، با حذف جريان نشتي در هر کدام از بلوک‌ها، جريان نشتي کل نيز کاهش مي‌یابد. بر خلاف سایر روشها، اين ايده به سادگي قابل تعميم به تعداد سطح‌هاي ولتاژ بيشتر است. همچنین از مزایای این روش در مقایسه با سایر روشها می‌توان به مواردی نظیر حذف مشکل جريان نشتي چرخشي در بين سلول‌ها و عملکرد مناسب در شرايط نابرابري خازنهاي پارازيتي اشاره کرد.
احسان مرادی
چکیده رساله:
هدف از این رساله بهبود روش تحملپذیری خطای مبتنی بر سختافزار مبدل پل متوالی میباشد. در این رساله سه روش تحملپذیری خطای جدید برای مبدل پل متوالی ارائه شده است. این سه روش بدون این که سلول- های سالم را مجزاسازی کنند، ولتاژهای خط-خط متعادل را در خروجی مبدل پل متوالی تولید میکنند. روش اول توانایی جبران یک خطا در هر یک از فازهای a ، b یا c مبدل پل متوالی را دارد. به دلیل استفاده از خازن به جای منبع تغذیه مستقل در لینک dc سلول کمکی، از لحاظ تعداد قطعات به کار رفته، این روش در بین روشهای ارائه شده کمترین تعداد قطعات را استفاده نموده است. سلول کمکی استفاده شده در این روش بعد از رخداد خطا به فاز معیوب افزوده شده و خازن لینک dc سلول کمکی در زمان 63 میلی ثانیه تا مقدار نامی شارژ میگردد. در این روش برای متعادل نگه داشتن ولتاژ خازن لینک dc سلول کمکی، روش جدیدی ارائه شده است. روشهای دوم و سوم ارائه شده در این رساله برای جبرانسازی دو-خطا در مبدل پل متوالی پیشنهاد شدهاند. این روشها توانایی جایگزینی دو سلول معیوب با دو سلول سالم کمکی در صورت رخداد دو خطا در هر یک از فازهای a ، b یا c مبدل پل متوالی را دارند. لازم به ذکر است که هر سه روش ارائه شده مدولاریتی مبدل را حفظ نموده که این مزیت قابلیت اطمینان مبدل را پس از رخداد خطا حفظ مینماید. در این رساله، نخست به معرفی مبدل پل متوالی و دلیل انتخاب این ساختار در مقایسه با مبدلهای مشابه پرداخته، سپس چالش ادامه عملکرد در شرایط خطا و راهحلهای پیشنهاد شده مقالات در این حوزه معرفی و بررسی میشود. درنهایت نتایج شبیهسازی و پیادهسازی روشهای ارائه شده بر روی نمونه آزمایشگاهی مورد بحث و بررسی قرارگرفته، و بر این اساس، صحت و کارایی آنها تأیید میشود.
علیرضا باقری
چکیده رساله:
در این رساله یک سیستم تخلیه الکتریکی آرک در زیر آب با هدف میکروب‌زدایی مستقیم آب ارائه شده است که خود از سه بخش اصلی تشکیل شده است. هدف اول ارائه یک منبع تغذیه تشدیدی برای شارژ پیوند خازنی ولتاژ بالا است که نیازمند ملاحظاتی است. از جمله آنها می‌توان به از بین بردن اثر نامطلوب خازن پراکندگی ترانسفورمر و یکسوساز ولتاژ بالا بر عملکرد مبدل تشدیدی، مقاومت ذاتی مبدل تشدیدی در برابر شرایط رخداد آرک در بار یا اتصال کوتاهی در بخش ولتاژ بالا، کاهش حجم و تلفات توان مبدل تشدیدی و دستیابی به مشخصه منبع جریانی اشاره نمود. در این رساله با ارائه یک آرایش جدید تشدیدی و کنترل آن، تمام موارد مذکور محقق گردید. در مبدل تشدیدی جدید که LCCL نام دارد، تحقق چهار هدف ذکر شده در بالا در سه گام تحلیل تئوری، شبیهسازی و پیادهسازی عملی نشان داده شده است.
هدف دوم محقق ساختن فرآیند تخلیه الکتریکی در زیر آب با استفاده از تمهیدات ویژه است. این تمهیدات به دو موضوع مربوط میشود. موضوع اول جلوگیری از رخداد آرک‌های ناخواسته در طول شارژ پیوند خازنی و افزایش تکرارپذیری و قابلیت اطمینان سیستم تخلیه الکتریکی آرک در زیر آب است. موضوع دوم مربوط به اثر نامطلوب رسانندگی بالای آب بر فرآیند میکروب‌زدایی و عملکرد سیستم و برطرف نمودن آن است. در این رساله، تحقق این دو مورد از طریق ارائه یک مدار تخلیه الکتریکی دو مرحله‌ای با استفاده از یک مدار تحریک ولتاژ بالای فوق سریع دنبال شده است.
هدف سوم به‌کارگیری سیستم تخلیه الکتریکی آرک در زیر آب برای انجام فرآیند میکروب‌زدایی، استخراج نتایج زیست مولکولی آن و بررسی میزان اثربخشی آن در مقایسه با دیگر روشها و سیستمهای ارائه شده در مطالعات پیشین است. در این راستا با انجام یک هم‌کاری مشترک با دانشکده زیست مولکولی دانشگاه تهران، سیستم تخلیه الکتریکی آرک در زیر آب ارائه شده در این رساله با هدف از بین بردن باکتری Escherichia Coli در آب آلوده مورد آزمایش قرار گرفته و نتایج زیست مولکولی حاصل از انجام فرآیند مذکور گزارش شده است. سپس با بررسی نتایج زیست مولکولی، میزان اثربخشی سیستم ارائه شده در این رساله از چهار جنبه مهم بررسی شده است این چهار جنبه عبارت است از: نرخ از بین رفتن باکتری‌ها، مدت زمان فرآیند میکروب‌زدایی در واحد حجم، میزان انرژی صرف شده برای فرآیند میکروب‌زدایی در واحد حجم و میزان رسانندگی محلول آلوده مورد آزمایش. این سیستم توانست به کاهش 4.5 لگاریتمی تعداد باکتری‌ها با صرف زمان 0.04sec./ml و انرژی 6.6J/ml برای محلولی با رسانندگی زیاد 14.5mS/cm دست پیدا کند. این نتایج حاکی از اثربخشی ویژه سیستم ارائه شده در این رساله در مقایسه با دیگر مطالعات و پژوهش‌ها است.
کوروش خلج منفرد
چکیده رساله:
در این رساله، به معرفی ساختار مبدل مهار دیودی تو در تو چهارسطحی (4L-NNPC) بعنوان یکی از راه حلهای مطرح برای کاربرد محرکه های الکتریکی توان بالا و رفع چالش ریپل ولتاژ خازنهای شناور در فرکانس کاری پایین پرداخته شده است. روشهای پیشنهادی در این رساله با توجه به رفع معایب روشهای موجود از منظر تلفات کلیدزنی و ولتاژ مد مشترک، معرفی شده است. در گام نخست از این رساله به انجام یک مقایسه کمی برای بررسی این ساختار از منظر اقتصادی با ساختارهای مشابه یعنی مبدل مهاردیودی و مبدل خازن شناور چهارسطحی پرداخته شده است، سپس چالش فرکانس پایین و راه حلهای پیشنهادشده مقالات در این حوزه معرفی و بررسی شده است. از میان راه حلهای موجود؛ روش مبتنی بر مدولاسیون بردار فضایی ساده‌شده و روش مبتنی بر کنترل پیشبین با مجموعه کنترلی محدود به‌عنوان روشهای برتر در نظر گرفته شدهاند. این دو روش از منظر عملکردی، فرکانس کلیدزنی و ولتاژ مد مشترک مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتهاند. با توجه به بررسی های انجام شده، روشهای موجود منجر به تحمیل تلفات کلیدزنی به همراه ولتاژ مد مشترک بالا می‌شوند که در کاربرد محرکه های الکتریکی توان بالا، میتوانند، مبدل 4L-NNPC را دچار محدودیت عملکردی کنند. بر این اساس، برای حل چالش ریپل ولتاژ خازن در عملیات فرکانس پایین در کنار تأمین فرکانس کلیدزنی و ولتاژ مد مشترک پایین در مقایسه با روشهای موجود، دو روش مبتنی بر کنترل پیشبین یعنی روش کنترل پیشبین بهبودیافته مبتنی بر بردار کلیدزنی بهینه (IFCS-MPC) برای کاهش فرکانس و تلفات کلیدزنی و روش مبتنی بر توالی کلیدزنی بهینه (OSS-MPC) برای تأمین ولتاژ مدمشترک پایین معرفی شده است. نتایج شبیه سازي روشهاي پیشنهادي و پیاده سازي آنها بر روي نمونه آزمایشگاهی مورد بحث و بررسی قرارگرفته و بر این اساس، صحت و کارایی آنها تائید میشود.
رضا راضی
چکیده رساله:
در سال های اخیر، با توجه به رشد روزافزون تولیدات پراکنده در ریزشبکه‌ها، نیاز به پردازش حجم بالای توان و افزایش قابلیت اطمینان و امنیت انرژی، استفاده از ساختار مبدل های موازی گسترش قابل‌ملاحظه‌ای یافته است. روشهای تسهیم توان در مبدلهای موازی با فاصله از یکدیگر، به دو دسته اصلی کنترل مبتنی بر لینک ارتباطی و کنترل مبتنی بر دروپ تقسیم‌بندی می‌شوند. دسته اول، ویژگی‌های تنظیم ولتاژ دقیق و تسهیم توان مناسب را به دنبال دارد اما هزینه لینک‌های ارتباطی و کاهش قابلیت اطمینان ناشی از آنها، از جمله معایب این دسته محسوب میشود. در کنترل دروپ نیز علی‌رغم بی‌نیازی از لینک ارتباطی، مسائلی از جمله انحراف ولتاژ و فرکانس و تغذیه نامناسب بارهای هارمونیکی وجود دارد. در تحقیقات اخیر، راهکار کنترل ترکیبی معرفی شده است تا مشکلات هر دو روش، به حداقل ممکن برسد. با این حال، همچنان نیاز به بهبود در برخی زمینه‌ها مانند تسهیم بارهای هارمونیکی، کنترل ساده و کیفیت توان، مشاهده میشود. گذشته از این بحث، تسهیم بارهای میان هارمونیک در ادبیات گذشته وجود ندارد. در این رساله، روش کنترل تسهیم توان جدیدی که به تدریج برای ساختارهای مختلف بهبود یافته است، به بحث گذاشته میشود. در این راستا نخست، روش کنترل امپدانس-توان برای تسهیم دقیق توان در ریزشبکه‌های ولتاژ پایین مقاومتی ارائه میشود. طرح کنترل پیشنهادی، امپدانس‌های ذاتی مبدل‌ها را حذف و برای تنظیم امپدانس معادل مبدل‌ها، الگوریتم امپدانس-توان را به کار میگیرد. بر این اساس، نیازی به شناخت پارامترهای سیستم و استفاده از دروپ سنتی نبوده و انحرافات اندکی در ولتاژ و فرکانس مشاهده میشود. سپس، روش کنترل امپدانس-توان برای دستیابی به تسهیم توان در جریان‌های هارمونیک و میان هارمونیک، اصلاح میشود تا تأخیرهای ذاتی کنترل دیجیتال را در حذف امپدانس ذاتی و سلف‌های مجازی را برای تنظیم توان در نظر بگیرد. علاوه بر این، دو شیوه دیگر را برای کنترل و به‌کارگیری امپدانس‌های مجازی منفی بدون نیاز به شناخت پارامترها ارائه میدهد. در ادامه کنترل ترکیبی برای مقاومت در برابر خطای لینک ارتباطی ارائه خواهد شد. در انتها نیز الگوریتم امپدانس-توان توسعه‌یافته برای تسهیم دقیق توان در ریزشبکه‌های چند باس با امپدانس‌های خطوط مختلط مورد توجه قرار میگیرد. این الگوریتم مبتنی بر امپدانس مجازی مختلط بوده که بخش‌های مقاومتی و سلفی آن با استفاده از معادلات دروپ غیرخطی به دست می‌آید. برای تأیید صحت و کارایی عملکرد روشهای پیشنهادی، نتایج شبیهسازی و پیادهسازی آزمایشگاهی در سناریوهای مختلف ارائه می‌شوند.
وحید سماواتیان
چکیده رساله:
بهره برداری بی وقفه و مطمئن مبدلهای الکترونیک قدرت در همه ی کاربردها نقش کلیدی را ایفا میکند. دغدغه های تولید کنندگان در مورد دوره گارانتی به همراه زمان و هزینه تعمیر و نگهداری سبب اشتیاق محققان به ارزیابی قابلیت اطمینان با دقت قابل قبول شده است. رساله ی دکتری مهندس سماواتیان بر روی نسخه ی جدیدی از ارزیابی قابلیت اطمینان و امکانسنجی بکارگیری آنالیز حساسیت برای تخمین بسیار دقیقتر متمرکز است. این رساله با مبدلDC-DC افزاینده به عنوان مطالعه موردی در دو ساختار حرارتی مشترک و منفصل سر و کار دارد. این پژوهش نشان میدهد تاثیر متقابل عناصر میتواند نقش بسیاری مهمی را در ارزیابی قابلیت اطمینان مبدل با ساختار حرارتی مشترک داشته باشد. نشان داده شده است در حالی که فرسایش IGBT و دیود (شکل زیر را مشاهده کنید) منجر به افزایش دمای پیوند در آنها میشود، نقطه کار الکتریکی مبدل حتی در صورت فرسایش خازن نیز بدون تغییر باقی میماند. این درحالی است که ساختار حرارتی منفصل تاثیر متقابل چندانی چه در نقطه کار حرارتی و چه در نقطه کار الکتریکی بر روی قطعات ندارد. نتایج این رساله اهمیت فرسایش خودی و متقابل را در ارزیابی قابلیت اطمینان آشکار میکند.
یوسف نیشابوری
چکیده رساله:
با رشد و گسترش استفاده از جبرانساز موازي مبتنی بر مبدل تمامپل متوالی در شبکه قدرت، مسئله قابلیت اطمینان و تحملپذیري خطا در آن اهمیت بیشتري مییابد. منظور از تحملپذیري خطا، حفظ عملکرد مبدل پس از رخداد خطا و جلوگیري از ایجاد وقفه در کار جبرانساز موازي است. در این رساله رخداد خطا از دو منظر مورد توجه قرار میگیرد: خطاي داخلی و خطاي خارجی. تعداد زیاد ادوات نیمههادي به کار رفته در مبدل پل متوالی، احتمال وقوع خطا در آنها را افزایش میدهد که از آن به عنوان خطاي داخلی مبدل یاد می – شود. اما خطاي خارجی، خطا در شبکه قدرتی است که جبرانساز موازي به آن متصل است و وقوع آن عملکرد داخلی مبدل را تحت تأثیر قرار میدهد. در این رساله، نخست، معادلات مربوط به شارش توان اکتیو در درون مبدل تمامپل متوالی و میان ساقهاي آن، تحت شرایط رخداد خطا استخراج شده، و درجات آزادي و محدودیت کنترل آن بررسی میشود. بر این اساس، روشی به منظور بهبود تحملپذیري خطاي داخلی در جبرانساز پل متوالی ارائه میشود که در آن، با رخداد خطا، سلول تمامپل معیوب به صورت سلول نیمپل به کار گرفته میشود تا از حداکثر ظرفیت سالم مبدل استفاده شده و بیشترین ولتاژ متعادل ممکن در خروجی مبدل تولید شود. به این منظور، مدولاسیون حذف هارمونیکهاي معین اصلاح شده براي شرایط مبدل به عنوان یک درجه آزادي دیگر dc پس از رخداد خطا ارائه میشود. همچنین از ولتاژ خازنهاي لینک استفاده شده و با افزایش بهینه آن، ظرفیت نامی جبرانساز موازي پس از رخداد خطا بازیابی میشود و با به مبدل پس از رخداد خطا حفظ می- dc کارگیري روش متعادلسازي پیشنهادي، تعادل ولتاژ خازنهاي لینک شود. در ادامه، بر اساس معادلات مربوط به توزیع توان اکتیو در ساقهاي مبدل تمامپل متوالی، روشی با هدف بهبود تحملپذیري خطاي خارجی ارائه میشود. در روش پیشنهادي، پس از رخداد خطا در شبکه، ضمن آنکه جبرانساز موازي پل متوالی، به تزریق جریان راکتیو توالی مثبت و منفی به شبکه- در محدوده مجاز ولتاژ و جریان خود- میپردازد؛ با تزریق ولتاژ توالی صفر به ساقهاي مبدل و همچنین کنترل جریان- هاي اکتیو توالی مثبت و منفی، توزیع توان اکتیو میان ساقهاي مبدل کنترل گردیده و به تبع آن، تعادل ولتاژ حفظ میگردد. نتایج شبیهسازي روشهاي پیشنهادي و پیادهسازي آنها بر روي نمونه dc خازنهاي لینک آزمایشگاهی مورد بحث و بررسی قرار گرفته، و بر این اساس، صحت و کارایی آنها تأئید میشود.
محمدصالح مرحبا
چکیده رساله:
این مطالعه یک طرح کنترلی نوآورانه را برای بهبود اشتراک توان در میان واحدهای بادی ژنراتور القایی با تغذیه دوبل (DFIG) در یک ریزشبکه ولتاژ متوسط (MV) ارائه میکند. اهداف کنترلی DFIGها در حالت جزیره ای عملکرد ریزشبکه دستیابی به موارد زیر است: (1) تثبیت دامنه و فرکانس ولتاژ ریزشبکه، (ب) اشتراک مناسب توان اکتیو/راکتیو بین واحدهای بادی. برای ارضای این الزامات، حلقه کنترل DFIG بر اساس کنترل droop سنتی طراحی شده است. با این حال، این روش نمی‌تواند به طور رضایت‌بخشی در یک ریزشبکه MV با امپدانس‌های خط مقاومتی غالب از نقطه نظر اشتراک توان عمل کند. برای غلبه بر این مشکل، یک استراتژی کنترل اصلاح شده در این پژوهش پیشنهاد شده است. مدل‌سازی ریاضی توسعه یافته است و شبیه‌سازی‌های حوزه زمانی برای تأیید طرح کنترل جدید در یک مطالعه موردی ریزشبکه ارائه شده است. اهداف کنترلی DFIGها در حالت جزیره ای عملکرد ریزشبکه دستیابی به موارد زیر است: (1) تثبیت دامنه و فرکانس ولتاژ ریزشبکه، (ب) اشتراک مناسب توان اکتیو/راکتیو بین واحدهای بادی. برای ارضای این الزامات، حلقه کنترل DFIG بر اساس کنترل droop سنتی طراحی شده است. با این حال، این روش نمی‌تواند به طور رضایت‌بخشی در یک ریزشبکه MV با امپدانس‌های خط مقاومتی غالب از نقطه نظر اشتراک توان عمل کند. برای غلبه بر این مشکل، یک استراتژی کنترل اصلاح شده در این پژوهش پیشنهاد شده است.
آزمایشگاه الکترونیک قدرت و سیستمهای انرژی در سال ۱۳۹۰ با هدف تربیت و آموزس مهندسین و محققین کارآمد تاسیس شد. در این محیط آموزشی و تحقیقاتی، زمینه های تخصصی مانند طراحی سیستمهای الکترونیک قدرت شامل انواع منابع تغذیه، اینورترها و یکسوکننده ها، مبدلهای توان بالا و چندسطحی، انواع سیستمهای ولتاژ بالا یا HV ، سیستمهای تبدیل انرژی و… تحت مطالعه و پژوهش می باشند.
طراحی و اجرا: ماهیان