33008

طراحي و شبيه¬¬سازي يك بريكر نيمه¬هادي هيبريدي ولتاژ متوسط جهت حفاظت از شبكه تغذيه الكتريكي حمل‌ونقل ريلي

كارشناسي ارشد

مهندسي راه آهن برقي

1400

1403/07/23

آقاي دكتر روزبه اسد

-

مهندسي راه آهن

در سيستم‌هاي الكتريكي با سطح ولتاژ و توان مختلف، حفاظت مهم‌ترين و بنيادي‌ترين عامل بقاي سيستم، عملكرد ايمن و كاركرد صحيح به شمار مي¬آيد. به‌طوركلي عمل حفاظت در يك سيستم الكتريكي توسط قطع كننده¬ها انجام مي‌گيرد. درگذشته، قطع‌كننده‌هاي الكترومكانيكي معمولي مدار (fuse) به‌عنوان وسايل مؤثر و قابل‌اعتماد بودند، اما فن آوري‌هاي توزيع انرژي الكتريكي در حال پيدايش و معماري‌هايي نظير ريزشبكه DC و خطوط انتقال DC، نيازمند بهبود ويژگي‌هاي حفاظتي به‌عنوان‌مثال سرعت سوئيچينگ سريع‌تر است. نياز به عمليات سريع باعث افزايش تحقيقات و توسعه در حوزه قطع‌كننده‌هاي حالت جامد علي‌الخصوص در قطع‌كننده‌هاي هيبريدي شده است. كاربرد اين قطع‌كننده‌ها در سطح ولتاژ پايين (48 تا 1500 ولت) و سطح ولتاژ متوسط (5 تا 33 كيلوولت) و به طور خاص در سطح ولتاژ¬هاي بالا تا حدود 500 كيلو¬ولت هستند كه مي‌توان به سيستم¬هاي توزيع الكتريكي نيروي دريايي، حفاظت از باتري، سيستم¬هاي فتوولتائيك، سيستم¬هاي قدرت الكتريكي دفاعي، شبكه تغذيه راه¬آهن برقي و خطوط انتقال HVDC اشاره كرد. اين پايان‌نامه به طراحي و شبيه‌سازي يك قطع‌كننده هيبريدي ولتاژ متوسط براي حفاظت از شبكه‌هاي تغذيه الكتريكي در حمل‌ونقل ريلي مي‌پردازد. اين تحقيق بر نياز به سيستم‌هاي حفاظت قابل‌اعتماد و كارآمد در شبكه‌هاي ولتاژ متوسط و پايين متمركز است. باتوجه‌به پيشرفت‌هاي اخير در فناوري‌هاي نيمه‌هادي و سيستم‌هاي الكترونيك قدرت، روش‌هاي جديدي براي بهبود كارايي، كاهش زمان قطع و به‌حداقل‌رساندن تلفات انرژي معرفي‌شده‌اند. اين پايان‌نامه طراحي و عملكرد يك قطع‌كننده هيبريدي را در شبكه‌هاي تغذيه AC و DC بررسي مي‌كند و با استفاده از نرم‌افزارهاي شبيه‌سازي مانند LTspice و PSpice نتايج آن را تجزيه‌وتحليل مي‌نمايد. نتايج نشان مي‌دهد كه اين طراحي‌ها مي‌توانند حفاظت بهتري در برابر خطاهاي مدار ارائه دهند و عملكرد قطع‌كننده‌ها در زمان قطع را تا كمتر از 5 ميلي ثانيه در شبكه DC و كمتر 10 ميلي ثانيه در شبكه AC بهبود بخشند.

1403/10/29

Design and simulation of a medium voltage hybrid semiconductor breaker to protect the electric power supply network of rail transportation

1/1/1900 12:00:00 AM

This thesis investigates the design and simulation of a medium-voltage hybrid breaker for the protection of electrical supply networks in rail transportation systems. It addresses the growing need for reliable and efficient protection systems in high and medium-voltage networks. With recent advancements in semiconductor technologies and power electronic systems, innovative methods have emerged to enhance efficiency, reduce downtime, and minimize energy losses. The study explores the design and performance of a hybrid breaker in both AC and DC supply networks, utilizing simulation software such as LTspice and PSpice for analysis. The results demonstrate that these designs offer improved protection against circuit faults and enhance breaker performance during outages. In electrical systems operating across various voltage and power levels, protection is a critical factor for system survival, safe operation, and optimal performance. Traditionally, protection is achieved through the use of circuit breakers (CBs). While conventional electromechanical circuit breakers, such as fuses, have been effective and reliable, emerging power distribution technologies, such as DC microgrids and DC transmission lines, demand faster switching capabilities. This need has driven research into solid-state circuit breakers (SSCBs), particularly hybrid circuit breakers (HCBs). These systems are increasingly utilized in low-voltage applications (48 to 1500 V), medium-voltage ranges (5 to 33 kV), and even high-voltage networks up to 500 kV. Key areas of application include distribution systems for naval vessels, battery protection, photovoltaic systems, defense power systems, railway power systems, and HVDC transmission lines.This research provides valuable insights into the potential of hybrid breakers to enhance protection and performance in modern electrical supply networks.

حفاظت، شبكه تغذيه راه¬آهن برقي، قطع‌كننده‌هاي هيبريدي، توپولوژي CCDC و LCS

Electric railway power supply network protection, hybrid breakers, CCDC and LCS topology

Ahmad Oliyaei

Dr. Rouzbeh Asad