Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmadreza Tabesh,Sayed Morteza Saghaian nejad esfahani
احمدرضا تابش (استاد مشاور) سیدمرتضی سقائیان نژاداصفهانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Masoud Namazi Esfahani
محمدمسعود نمازی اصفهانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390

TITLE

Modeling and Dynamic Performance Improvement of Switched Reluctance Generator-based DC Microgrids
This dissertation presents a passivity-based control (PBC) scheme for the Switched Reluctance Generator (SRG) in small-scale wind energy conversion systems (WECSs) for DC microgrid application. The main objective is to stabilize the output voltage in case the system supplies constant power loads (CPLs) and operates with maximum power point tracking (MPPT). Stability improvement and dc-link ripple reduction in the presence of CPLs is achieved using system level modeling of SRG-based DC microgrid through the Euler-Lagrange system (ELS) from the view point of the machine physical structure. Compared with other control methods, the proposed MPPT method based on passivity-based speed controller employs the back-EMF in the generation process as a position-dependent voltage source to overcome the major challenge of SRG complicated uncertain dynamic model. To deal with the time-varying inductance and back-emf of SRG, an adaptation mechanism is incorporated in proposed adaptive PBC and the control design is constructed by using the Lyapunov theorem where the closed-loop stability is ensured. To maximize the recovered energy during battery charging the proposed algorithm employs the maximum power recovery (MPR) process. The proposed MPR operation is first based on the maximization of the extracted power from the machine and then the maximization of the power transferred to the battery. The maximum power extraction (MPE) from SRG is based on maximizing the energy conversion ratio by the calculation of the optimum turn-on, and turn-off angles. By using the impedance matching theorem that allows the maximum power transfer (MPT) of the MPE, the proposed MPR is achieved. The parametric averaged value modeling of the machine phase currents in the chopping control mode is used for MPR realization. By following this model, a nonlinear equivalent input resistance is derived for the battery internal resistance matching. The effectiveness of the proposed method in avoiding instability effects of SRG and CPL with voltage ripple reduction and precise wind turbine speed tracking is investigated with simulation results and validated with experimental by using a four-phase, 8/6 SRG drive system.
با گسترش روز افزون جوامع انسانی و توسعه صنعتی آن‌ها، منابع انرژی فسیلی سنتی در جهان که آلاینده محیط زیست نیز محسوب می‌شوند رو به اتمام هستند و از این رو در دهه های اخیر، گرایش به استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر رو به فزونی گذاشته است. افزایش اتصال منابع انرژی تجدید پذیر به شبکه های برق کنونی باعث ایجاد چالش هایی مانند تغییرات فصلی مقدار انرژی تولیدی و مسائل حفاظتی می شود که می تواند منجر به بروز مشکلاتی مانند کاهش امنیت، قابلیت اطمینان و کیفیت شبکه برق شود. با توسعه فناوری های تولید انرژی مانند استفاده از ژنراتورهای جدید، انگیزه و امکان لازم برای گسترش مفهوم ساختار جدید شبکه تولید و مصرف انرژی در بستر ریزشبکه فراهم شده است. به دلیل مصرف اکثر تجهیزات موجود در بخش مصارف تجاری و خانگی از توان DC مانند رایانه های شخصی و شارژ کننده های باتری و همچنین DC بودن ذاتی بخش مهمی از منابع انرژی تجدید پذیر و سیستم های ذخیره ساز انرژی، ریزشبکه های DC توجه زیادی را به خود جلب کرده است. استفاده از ماشین سوئیچ رلکتانس به عنوان ژنراتور بادی به دلیل ویژگی های منحصر بفرد مانند ساختار ساده و سادگی تولید و نگهداری و عدم نیاز به مغناطیس دائم یکی از گزینه های مطرح در سیستم‌های تولید توان پراکنده و ریزشبکه‌های DC است. این رساله، به بررسی استفاده از این ماشین در حالت ژنراتوری در سیستم های تولید انرژی بادی اندازه کوچک مورد استفاده در ریزشبکه‌های DC و مطالعه عملکرد دینامیکی و پایداری ولتاژ ژنراتور سوئیچ رلکتانس در حضور بار توان ثابت می پردازد و عملکرد ریزشبکه DC مبتنی بر ژنراتور سوئیچ رلکتانس را با در نظر گرفتن نامعینی‌ها و مشخصه‌های غیرخطی ماشین مورد بررسی قرار می دهد. در این رساله، ابتدا با مدل سازی توسط معادلات دینامیکی سیستم در قالب ساختار توصیف کننده انرژی سیستم با استفاده از تئوری اویلر-لاگرانژ به طراحی کنترل کننده مبتنی بر انرژی برای کاهش نوسانات ولتاژ خروجی در حضور بار غیرخطی توان ثابت و همچنین تحقق تنظیم نقطه حداکثر توان پرداخته شده است. با وفقی سازی روش کنترلی پیشنهادی اثرات دینامیکی غیرخطی تغییرات نیروی محرکه برگشتی و اندوکتانس وابسته به موقعیت و متغیر با زمان ژنراتور سوئیچ رلکتانس در طراحی کنترل کننده در نظر گرفته شده است. به منظور بهبود پایداری ولتاژ ریزشبکه DC مبتنی بر ژنراتور سوئیچ رلکتانس و کاهش ریپل ولتاژ و همزمان تحقق جذب حداکثر توان، به چگونگی ایجاد شرایط بازیابی و انتقال توان حداکثر از ژنراتور سوئیچ رلکتانس به واحد ذخیره انرژی پرداخته شده است و از نتایج به دست آمده از آن در تعیین زوایای کلیدزنی بهینه استفاده شده است. سپس از پارامترهای بهینه به دست آمده در روش کنترل مبتنی بر پسیویتی از طریق مدل سازی اویلر-لاگرانژ به منظور تعیین ضریب وظیفه بهینه کلیدزنی مبدل های سمت منبع و بار در سیستم مورد مطالعه استفاده شده است. روش ردیابی نقطه حداکثر توان پیشنهادی مبتنی بر طراحی پسیویتی ذاتاً غیرخطی بوده و به عنوان یک روش سیگنال بزرگ، محدوه وسیعی از نقاط کار را با در نظر گرفتن عبارت های نامعین غیرخطی مدل ژنراتور سوئیچ رلکتانس پوشش می‌دهد. نتایج حاصل از شبیه سازی و پیاده سازی آزمایشگاهی ریزشبکه DC مبتنی بر ژنراتور سوئیچ رلکتانس با استفاده از کنترل کننده مبتنی بر پسیویتی، عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در کاهش اثرات ناپایدارکننده ژنراتور سوئیچ رلکتانس و بار توان ثابت را به همراه کاهش ریپل ولتاژ نشان می‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی