10266

10266

طراحي و پياد‌ه‌سازي يك مبدل قدرت با مديريت انرژي براي سيستم‌هاي پيل سوختي

دكتري

برق - الكترونيك

شهريور ماه 1391

شهريور ماه 1391

دكتر سيد اديب ابريشمي‌فر

دكتر مصطفي محمديان

از جمله روشهاي توليد پاك انرژي الكتريكي، ژنراتورهاي پيل سوختي است كه ولتاژ الكتريكي توليدي در پايانه‌هاي خروجي آن از نوع جريان مستقيم، تثبيت نشده و با پاسخ پويايي كُند است. به همين دليل، همواره توان الكتريكي توليد شده در پيل سوختي توسط مبدل‌هاي الكترونيك قدرت به همراه باتري يا ابرخازن به مصرف‌كننده تحويل داده مي‌شود، تا علي‌رغم رفتار الكتريكي نه چندان مناسب پيل سوختي، نيازهاي مصرف‌كننده به خوبي تأمين شود. در اين رساله يك نيروگاه خانگي، با توان نامي kW5 و ولتاژ خروجي VAC220، بر پايه پيل سوختي طراحي و يك نمونه آزمايشگاهي پياده‌سازي شده است. از آنجا كه ولتاژ خروجي اين پيل در بار نامي برابر 32 ولت مي‌باشد، طراحي مبدل‌ قدرت با بهره بزرگ و سازگار با پيل بسيار مشكل خواهد بود. براي اين منظور در اين رساله يك ساختار جديد براي مبدل الكترونيك قدرت پيل‌هاي سوختي معرفي شده است. اين مبدل مناسب با كاربردهاي پرتواني است كه ولتاژ توليدي پيل آن بسيار كوچك‌تر از ولتاژ مورد نياز مصرف‌‌كننده است. اين ساختار شامل دو مبدل افزاينده DC و يك اينورتر با اتصال سري است كه در ورودي آن، پيل سوختي و در خروجي آن، مصرف‌كننده قرار مي‌گيرد. باتري نيز در ميان دو مبدل افزاينده DC جايابي مي‌شود. توان كليدهاي نيمه‌هادي اين ساختار جديد، %45 كوچك‌تر از ساختارهاي مرسوم است. در طبقه ورودي براي سازگاري با پيل سوختي، يك مبدل افزاينده DC از نوع 4 سطري پياده‌سازي شده، كه با استفاده از كنترل‌كنندة PI ضد قفل، نرخ دريافت جريان از پيل سوختي به ميزان A/Sec150 محدود شده است. با بررسي فيدبك‌هاي داخلي و خارجي در مبدل DC طبقة دوم و به خدمت گرفتن يك جبران‌ساز غير‌خطي در آن، ميزان نشت ضربان‌هاي جريان ورودي اينورتر تك‌فاز، به ورودي اين مبدل كه باتري به آن متصل است، به كمتر از %8/1 كاهش يافته است. همچنين براي پياده‌سازي اينورتر تك‌فاز اين نيروگاه خانگي، يك الگوريتم براي انتخاب بهينه فيلتر خروجي ارائه شده است. كنترل‌كننده اين اينورتر از نوع لغزشي است كه با استفاده از يك مدولاتور پالس، فركانس كليدزني آن تثبيت شده است. اين اينورتر با بازده %5/95 تمامي نيازمندي‌هاي كلاس يك از استاندارد IEC62040-3 را تامين مي‌كند. كنترل‌كنندة هر يك از مبدل‌ها در اين مجموعه، غيرمتمركز و محلي است و در صورت نياز فيدبك‌هاي لازم را از ديگر مبدل‌ها نيز دريافت مي‌كند. در هر كنترل‌كنندة محلي نيز تمهيدات لازم جهت مديريت انرژي نيز لحاظ شده است.