REGULACIJA HARMONSKIH KOMPONENT V SISTEMIH MOČNOSTNE ELEKTRONIKESUŠIN, DENIS (Avtor) Nedeljković, David (Mentor) Periodične motnjestacionarno stanjeharmonske komponenteresonančni regulatorrepetitivni regulatorDCT regulatordvojni DCT regulatorfizikalne omejitve pri regulaciji harmonskih komponentPričujoče delo obravnava regulacijo harmonskih komponent v sistemih močnostne elektronike, kjer imamo opravka s pretvorniki električne energije v širokem razponu moči. Ti pretvorniki delujejo s stikalno frekvenco, ki je za nekaj velikostnih razredov večja od frekvence osnovne harmonske komponente napetosti oziroma toka, ki jo želimo generirati. Zato lahko vplive stikalne frekvence dušimo le s pasivnimi filtri. Za regulacijo osnovne harmonske komponente in višjeharmonskih komponent do teoretično Nyquistove frekvence (polovica vzorčne frekvence) uporabljamo namenske, integralno delujoče, digitalne regulatorje. Poudarek te doktorske disertacije je na namenskem generiranju oziroma odpravljanju teh harmonskih komponent v sistemih močnostne elektronike, kar je možno doseči z ustreznimi regulacijskimi algoritmi. Na podlagi pregleda literature je bilo ugotovljeno, da se tako v enofaznih kot v trifaznih sistemih za potrebe regulacije harmonskih komponent uporabljajo: resonančni regulator, repetitivni regulator, DCT regulator ter dvojni DCT regulator. Za trifazne sisteme je primeren še I regulator v rotirajočem dq koordinatnem sistemu. Regulatorji, kot so PI, prediktivni, RST (angl. Reference Signal Tracking), histerezni in časovno-diskretni regulator so manj primerni ali neustrezni za regulacijo harmonskih komponent, saj v stacionarnem stanju ne zmorejo (dovolj) dobro slediti želeni vrednosti. Tudi mehka logika (angl. fuzzy), nevronske mreže in genetski algoritmi se zaenkrat za regulacijo harmonskih komponent ne uporabljajo. Resonančni regulator in I regulator v rotirajočem dq koordinatnem sistemu regulirata le eno harmonsko komponento, zato moramo uporabiti en tak regulator za vsako posamezno harmonsko komponento, ki jo želimo regulirati. Repetitivni, DCT in dvojni DCT regulator so zmožni nadzorovati več harmonskih komponent hkrati. Dvojni DCT regulator sem zasnoval sam. Je novost, ki je do sedaj v literaturi še ni bilo možno zaslediti. Dvojni DCT regulator je nadgradnja DCT regulatorja, hkrati pa predstavlja alternativo več resonančnim regulatorjem. Za razliko od repetitivnega in DCT regulatorja, je možno z dvojnim DCT regulatorjem nastavljati amplitudo in kompenzacijo faznega premika za vsako harmonsko komponento posebej. Tudi harmonske komponente, ki jih želimo regulirati, lahko poljubno izbiramo, pri čemer je časovna zahtevnost vedno enaka, ne glede na skupno število izbranih harmonskih komponent. Zaradi medsebojne primerjave so resonančni, repetitivni, DCT in dvojni DCT regulator implementirani v sistem vodenja treh simulacijskih in eksperimentalnih modelov. V aktivnem usmerniku z dvosmernim pretokom moči so višjeharmonske komponente z regulacijskim algoritmom močno dušene, kar ima za posledico precejšnje izboljšanje faktorja moči. Omenjeni regulatorji harmonskih komponent enako dobro dušijo periodične motnje, a se med seboj razlikujejo po lastnostih delovanja, s katerimi ovrednotimo prednosti in slabosti posameznega regulatorja ter glede na zahteve izberemo najprimernejšega. Kriteriji za izbiro so naslednji: hitrost odziva regulatorja ob prehodnem pojavu (dinamika), časovna zahtevnost izračuna v realnem času (število matematičnih operacij znotraj vzorčnega intervala), velikost potrebnega pomnilniškega prostora, zahtevnost realizacije v mikrokrmilniku, občutljivost na odstopanje frekvence osnovne harmonske komponente ter omejitve regulatorjev (npr. zmožnost natančne kompenzacije zakasnitve za posamezno harmonsko komponento, zmožnost spreminjanja parametrov v realnem času). Zelo podoben regulacijski algoritem za odpravljanje periodičnih motenj je bil implementiran tudi pri regulaciji izhodne napetosti RLC vezja, kjer je frekvenčna odvisnost faznega premika izrazito nelinearna. Na tem sistemu se tako pokaže pomanjkljivost repetitivnega in DCT regulatorja, kjer ni možno nastaviti kompenzacije zakasnitve za vsako harmonsko komponento posebej. Posledično je težko zagotavljati stabilno obratovanje teh dveh regulatorjev. Kompromis moramo narediti med dinamiko ter pasovno širino regulatorjev, kar pa se med seboj izključuje. To pomeni, da če želimo imeti ustrezno dinamiko, moramo precej omejiti število harmonskih komponent, ki jih reguliramo. Lahko pa na račun počasnega odziva regulatorja ustrezno povečamo pasovno širino. Pasovna širina mora biti seveda še vedno omejena, saj pretirano povečanje le-te lahko privede do nestabilnosti. Pri vodenju trifaznega sinhronskega stroja s trajnimi magneti so izbrane višjeharmonske komponente toka v dq koordinatnem sistemu generirane z namenom odpravljanja valovitosti navora in hitrosti. Ta aplikacija je težavna zato, ker se frekvenca osnovne harmonske komponente ves čas spreminja, kar lahko posledično povzroči nestabilno delovanje regulacijskega sistema. S spreminjanjem frekvence se spreminja tudi fazni premik regulirane veličine, kar še dodatno ogrozi stabilnost. Rešitev tega problema je v adaptivnem delovanju regulatorjev, kar je implementirano v algoritem vodenja. Rezultati dokazujejo stabilno delovanje v območju vrtilnih hitrosti od praktično 0 min-1 dalje do 1200 min-1. Preučen je tudi vpliv fizikalnih omejitev na regulacijo harmonskih komponent. Analizirani so vplivi parametrov pretvornika in bremena. Izpeljan je splošen analitičen izraz, s katerim je možno enostavno in zanesljivo ugotoviti, ali je pretvornik sposoben regulirati izbrane harmonske komponente toka skozi ohmsko-induktivno breme. Najvplivnejši parametri, ki omejujejo delovanje pretvornika, so: napetost na enosmernem tokokrogu, upornost bremena, mrtvi čas stikalnega pretvornika ter frekvenca reguliranih harmonskih komponent. V sklepu je poudarjen vpliv mrtvega časa na popačenje napetosti pretvornika, narejena strnjena primerjava resonančnega, repetitivnega, DCT in novo zasnovanega dvojnega DCT regulatorja, podane so aplikacije, v katerih je regulacija harmonskih komponent najpogosteje uporabljena ter nakazana smer nadaljnjega dela.20202020-09-24 12:55:01Doktorsko delo/naloga120699sl