کنترل مبدل چند پایانه ای منابع انرژی ترکیبی

در بسیاری از سیستم های انرژی الکتریکی، ترکیبی از چندین تولیدکننده، مصرف کننده و یا ذخیره کننده انرژی به تبادل توان با یکدیگر می پردازند. لوازم خانگی و پروسه های صنعتی چندموتوره، منابع تغذیه بدون وقفه و خودروهای برقی نمونه هایی از سیستم های انرژی ترکیبی به شمار می روند. با گسترش استفاده از این سیستم های ترکیبی، تحقیقات گسترده ای نیز برای توسعه فن آوری های مربوط به آن از جمله مبدل های الکترونیک قدرت در حال انجام است. هدف از این تحقیقات ارائه فن آوری های جدید در جهت کاهش حجم، هزینه پیاده سازی و هزینه بهره برداری و همچنین افزایش بازده و قابلیت اطمینان مبدل ها می باشد. در سیستم های انرژی ترکیبی با توجه به وجود چندین سیستم انرژی، به چندین مبدل الکترونیک قدرت جهت کنترل، هماهنگی و تبادل انرژی نیاز می باشد. وجود چندین مبدل مجزا، ممکن است با توجه به نوع کاربرد، منجر به افزایش حجم و قیمت، و کاهش قابلیت اطمینان سیستم گردد. استفاده از یک مبدل چندپایانه ای به جای چندین مبدل معمولی می تواند راه حلی برای رفع این مشکلات باشد. یک مبدل چندپایانه ای، ممکن است شامل چندین پایانه dc، چندین پایانه ac و یا ترکیبی از پایانه های dc و ac باشد که با توجه به نوع کاربرد، مبدل مورد نیاز انتخاب می شود. در این رساله، توسعه مبدل های چندپایانه ای با هر دو پایانه ac و dc قابل کنترل مورد توجه می باشد. بر این اساس مبدل9-سوئیچه به عنوان مبدل پایه انتخاب شده است. مبدل 9-سوئیچه یک مبدل چندپایانه ای با دو پایانه ac و یک پایانه dc می باشد که تنها از 9 کلید نیمه هادی تشکیل شده است. بنابراین استفاده از آن در سیستم های انرژی ترکیبی می تواند باعث کاهش حجم و قیمت گردد. مبدل 9-سوئیچه علی رغم مزایای مذکور دارای محدودیت هایی نیز می باشد: الف) دامنه ولتاژ پایانه های ac، بازده و کیفیت توان مبدل 9-سوئیچه نسبت به اینورتر 6-سوئیچه معمولی کمتر می-باشد. ب) جهت کنترل جریان پایانه های ac حداقل به چهار سنسور جریان نیاز می باشد که باعث افزایش قیمت می-گردد. ج) با وجود اینکه مبدل 9-سوئیچه، قابلیت کنترل مستقل دامنه و فرکانس هر دو پایانه ac خود را دارد، سطح ولتاژ پایانه dc آن قابل کنترل نمی باشد. د) مبدل 9-سوئیچه تنها دارای یک پایانه dc می باشد درحالی که در بسیاری از سیستم های انرژی ترکیبی بیش از یک پایانه dc مورد نیاز می باشد. در راستای رفع و بهبود محدودیت های مبدل 9-سوئیچه، در این رساله: الف) یک روش کلیدزنی جدید بر مبنای مدولاسیون بردار فضایی برای مبدل 9-سوئیچه ارائه گردیده است. روش کلیدزنی پیشنهادی، باعث افزایش دامنه پایانه-های ac، افزایش بازده و کاهش هارمونیک خروجی در مبدل 9-سوئیچه می گردد. ب) یک روش جدید جهت اندازه گیری جریان های مبدل های 9-سوئیچه با حداقل سنسور ارائه می کند. در روش پیشنهادی با استفاده از اندازه گیری جریان کلیدهای میانی مبدل 9-سوئیچه، جریان های هر دو خروجی مبدل قابل اندازه گیری می باشد. ج) جهت کنترل پایانه dc در مبدل 9-سوئیچه، استفاده از شبکه منبع امپدانس به عنوان طبقه ورودی مبدل 9-سوئیچه پیشنهاد شده است. که علاوه بر قابلیت کنترل پایانه dc، باعث افزایش دامنه ولتاژ پایانه های ac و عدم نیاز به deadtime نیز می گردد. د). با ترکیب یک مبدل 9-سوئیچه اصلاح شده و شبکه های منبع امپدانس، دو مبدل 9- سوئیچه جدید با دو پایانه dc ارائه شده است. در این رساله همچنین مبدل 9-سوئیچه منبع جریان نیز به عنوان دوگان مبدل 9-سوئیچه منبع ولتاژ پیشنهاد گردیده است که علاوه بر ویژگی های مبدل 9-سوئیچه، از ویژگی های مبدل های منبع جریان نیز سود می برد. درستی تمام مبدل ها و روش های کلیدزنی پیشنهادی در این رساله بوسیله شبیه سازی تایید شده است. همچنین نتایج آزمایشگاهی حاصل از نمونه های ساخته شده تعدادی از مبدل ها، درستی عملکرد آنها را نشان می دهد.