20175

۲۰۱۷۵

مدل‌سازي و شبيه‌سازي ساختار جديد جبران‌ساز كيفيت توان در سيستم راه‌آهن برقي و بهبود روش كنترلي

دكترا

قدرت

۱۳۹۰

۱۳۹۷

دكتر عليرضا جليليان - دكتر صادق جمالي

برق

سيستم راه‌آهن برقي به واسطه وجود تجهيزات الكترونيك قدرت و ماهيت تكفاز آن مشكلات كيفيت توان متعددي را به سيستم قدرت متصل به آن تحميل مي‌نمايد. نامتعادلي جريان و ولتاژ، هارمونيك‌ها، ضريب قدرت پايين و رزونانس از عمده مشكلات كيفيت توان ايجاد شده بواسطه سيستم تغذيه راه‌آهن برقي هستند. در تحقيقات پيشين راهكارهاي متعددي به منظور بهبود اين شاخصهاي كيفيت توان ارائه شده است. در اين پايان‌نامه ابتدا مروري بر مطالعات و تحقيقات پيشين انجام شده و خلاءهاي تحقيقاتي موجود مشخص شده‌اند. در گام نخست، مدلسازي بار و شبكه تغذيه‌ي سيستم راه‌آهن برقي انجام شده؛ شاخص‌هاي كيفيت توان در نقطه اتصال به شبكه مورد ارزيابي قرار گرفته و بر لزوم جبران‌سازي اين شاخص‌ها تأكيد شده است. سپس يك روش كلي براي مدلسازي جبران‌سازهاي سيستم راه‌آهن برقي ارائه شده است. اين روش بر اساس مدل فضاي حالت ميانگين بوده و يك سيستم معادلات غير خطي را بدست مي‌دهد. پس از خطي‌سازي معادلات بدست آمده، طراحي سيستم كنترل به همراه مطالعات پايداري سيگنال كوچك ارائه شده است. در بخش بعد، يك روش جبران‌سازي انعطاف پذير كسري و سيستم كنترل آن به‌منظور كاهش ظرفيت جبران‌ساز كيفيت توان ارائه شده است. روش پيشنهادي نه‌تنها ظرفيت جبران‌ساز را كاهش مي‌دهد، بلكه شاخص‌هاي كيفيت توان را در سطح استاندارد حفظ مي‌كند. از مزاياي ديگر اين روش استفاده از ظرفيت موجود جبران‌ساز براي بهبود شاخص‌هاي كيفيت توان تا حد جبران‌سازي كامل است. همچنين در روش پيشنهادي سطح ولتاژ لينك DC نسبت به ساختارهاي مرسوم كاهش پيدا كرده است. در بخش نهايي بكارگيري يك ترانسفورماتور متعادل كننده نامتقارن در ساختار جبران‌ساز كيفيت توان طراحي شده پيشنهاد شده است. براي كنترل اين ساختار تركيبي از سيستم كنترل جريان پيش‌بين و كنترل تطبيقي ولتاژ استفاده شده است. به منظور اعتبارسنجي مطالعات و شبيه‌سازي‌ها يك جبران‌ساز كيفيت توان سسيستم راه‌آهن برقي در مقياس آزمايشگاهي با توان kVA 1 طراحي و ساخته شده است. تجزيه و تحليل نتايج آزمايشگاهي در شرايط مختلف كاري مبين قابليت و توانايي ساختار و روش‌هاي كنترلي پيشنهادي مي‌باشد.

1397/12/19

Modeling and Simulation of New Structure of Power Quality Compensator in Electrified Railway System and Improving Control System

3/10/2019 12:00:00 AM

Due to the presence of non-linear power electronic equipments and its single-phase nature, the electrified railway system imposes a number of power quality problems on the connected power system. Unbalanced current and voltage, harmonics, low power factor and resonance are the major power quality problems initiated by the electrified railway power supply system. In the literature, several approaches have been developed to improve these power quality indices. In this thesis, a literature rivew of the former researchs has been presented and existing research gaps has been identified. In the first step, the modeling of the load and power supply system of the electric railway system has been carried out; power quality indicators have been evaluated at the network interconnection point and emphasized on the power quality compensation. Then, a general method for modeling the electric railroad compensator is presented. This method is based on the average state-space modelling and it obtains a nonlinear system of equations. After linearization of the achieved set of nonlinear equations, control system design along with small signal stability studies is presented. In the next section, a flexible fractional compensation method and its control system are proposed to reduce the VA rating of the power quality compensator. The advantage of this method is to use the existing compensator capacity to improve the power quality indices to the full degree of compensation. The proposed method not only reduces the compensator VA capacity, but also maintains power quality indices at the predefined standard level and also improves DC link performance. In the final section, the use of an active power quality compensator along with an asymmetric balancing transformer with a predictive current control and adaptive voltage control is presented. The simulation studies and experimental results are presented to validate the proposed schemes.