طراحی و شبیه سازی statcom بر مبنای مبدل چند سطحی پشت سرهم با تعداد سوئیچ کاهش یافته

در این تحقیق به بررسی مبدل چند سطحی نامتقارن آبشاری پرداخته می شود که سوئیچ های استفاده شده در آن کاهش می یابد. همچنین کاربرد آن به عنوان statcom مورد مطالعه قرار می گیرد. بر این اساس ابتدا انواع متداول مبدل های چند سطحی و روش های کنترل آن ها معرفی می گردد و در ادامه روش های مرسوم کنترل statcom بیان شده و مورد تحقیق قرار می گیرند. پس از آن مبدل چند سطحی نامتقارن آبشاری معرفی شده، روش مدولاسیون آن بررسی و مزایای این مبدل در مقابل مبدل چند سطحی متقارن ذکر می شود. تعداد سطوح ولتاژ خروجی در یک مبدل متقارن با 12 عدد سوئیچ الکترونیک قدرت، برابر 7 می باشد. در حالیکه ولتاژ خروجی مبدل نامتقارن که در این پایان نامه مورد استفاده قرار می گیرد، دارای 15 سطح خروجی می باشد. این افزایش تعداد سطوح ولتاژ خروجی ضمن ثابت ماندن کمیت المان های الکترونیک قدرت، سبب مزایایی نظیر بهبود کیفیت جریان خروجی مبدل، کاهش تلفات هدایتی سوئیچ ها و کاهش هزینه و حجم فیلتر خروجی مبدل می گردد. روش مدولاسیون مبدل نامتقارن پیشنهادی بر پایه تامین دو هدف اصلی قرار دارد. هدف اول تولید سطح ولتاژ مطلوب در خروجی مبدل است که با توجه به الگوریتم کنترلی statcom تعیین می شود. هدف دوم تنظیم ولتاژ یکایک خازن های موجود در هر طبقه از هر فاز مبدل است که این امر با توجه به افزونگی موجود در سوئیچینگ مبدل چند سطحی نامتقارن انجام می پذیرد. در انتها یک سیستم قدرت به همراه مبدل چند سطحی نامتقارن به عنوان statcom مورد شبیه سازی قرار می گیرد. سیستم کنترل آن با استفاده از روش کنترلی متغیرهای جداشده برای کنترل توان مبادله شده و روش دوگانه ای برای کنترل ولتاژ خازن ها پیشنهاد شده و مورد استفاده قرار می گیرد. نتایج حاصل از این شبیه سازی با نتایج حاصل از به کارگیری یک مبدل متقارن در چندین سناریو تامین توان راکتیو برای بارهای گوناگون، مقایسه شده و صحت مزایای ذکر شده مورد تایید قرار می گیرد.

مبدل های چند سطحی

مبدل های چند سطحی با تولید تعداد سطوح زیاد در ولتاژ خروجی قادر به تولید ولتاژهای AC  با کیفیت بالا و THD کم می­باشند. از این رو می­توان آن­ها را بعنوان ولتاژ ژنراتورهای با کیفیت در کاربردهای شبکه و سیستم­های درایو به خوبی بکار گرفت. تاکنون تعداد زیادی تکنیک­های مدولاسیون جدید بمنظور پشتیبانی از رشد فزاینده توپولوژی­ های مبدل های چند سطحی معرفی شده ­اندکه هر کدام از این روش­ها دارای مزایا و معایب خاص خود می­باشند. این مقاله به ارائه یک تکنیک مدولاسیون جدید سینوسی برای کاربرد در مبدلهای چند سطحی دیفرانسیلی می­پردازد. این تکنیک مدولاسیون بهینه بر مبنای مدلسازی مبدلهای چند سطحی با یک مبدل buck چند سطحی بنا شده است. با کاربرد معادلات پایه حاکم بر این مبدل و حل مساله بهینه سازی عرض پالس­های مورد نیاز برای سوئیچ­های مبدل برای سطوح مختلف از ولتاژ خروجی کنترل می­شود. کنترل نسبت­های وظیفه بصورت بهینه ضمن افزایش ضریب بهره لینک DC تاثیر مثبتی بر کاهش تلفات سوئیچنگ دارد. بمنظور ارزیابی تکنیک ارائه شده، روش مدولاسیون پیشنهادی بهمراه سه روش مدولاسیون معمول بر روی یک نمونه مبدل 16 سطحی سه فازه پیاده­سازی شده است. تحلیل نتایج نشان­ دهنده این موضوع می­باشد که کاربرد روش مدولاسیون بهینه پیشنهادی باعث کاهش تلفات، بهبود THD و افزایش بهره لینک DC می­شود.