Loading...

Design and Implementation of a Series-Connected DC-DVR with Constant Power Load

Ziaei, Parsa | 2025

0 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 58252 (05)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Electrical Engineering
  6. Advisor(s): Mokhtari, Hossein
  7. Abstract:
  8. Nowadays, with the advancement and development of energy generation and conversion technologies based on power electronics—such as renewable energy systems, electric machine drive structures, electric vehicles, induction furnaces, and DC networks and microgrids across various levels of the power system from generation to consumption—the attention of the scientific community and industrial developers has shifted toward DC networks, which form a fundamental part of such technologies. In most power electronic applications that exchange energy with AC networks or equipment, a DC link or, on a larger scale, a DC network is used. This link is created either by an AC to DC converter or directly from sources with a DC nature, such as photovoltaic cells. With the increasing penetration of power electronics in power grids and small-scale distributed renewable energy systems—many of which inherently operate on DC—in many cases where networks involve numerous generating or consuming units, establishing unified DC networks instead of AC networks with multiple rectifiers, inverters, and DC links is more economical, functional, and efficient in terms of protection. As such networks become more common, many of the issues observed in AC networks, along with newer challenges with distinct properties and characteristics, are observed in DC systems. This research focuses on investigating short-term voltage sag, short-term voltage swell, and the potential for active DC filtering in such networks. A DC Dynamic Voltage Restorer (DVR) equivalent is developed with the capability to operate under constant power loads—one of the most challenging yet widely used load types in DC networks. The main goal of this study is to develop a DC dynamic voltage restorer with minimal cost and complexity in both power circuit and control system. Such a system should be capable of compensating and protecting all types of sensitive loads and offer an optimal and innovative solution for load voltage protection in DC or hybrid power networks. This study includes a comprehensive analysis of the power topology of such a device, leading to the development of an optimized design. The proposed structure is then simulated and experimentally implemented, with all functional and practical aspects examined and optimized. As a result of this research, an optimized structure for a DC-DVR was achieved, based on a two-stage DC/DC converter with optimized dynamics in each stage for enhanced compensation performance and active filtering capability. The performance of this device in meeting research objectives, compensation dynamics, and feasibility in both simulation and experimental setups was evaluated and confirmed
  9. Keywords:
  10. Dynamic Voltage Restorer (DVR) ; Constant Power Load ; Voltage Sag ; Sensitive Loads ; Hybrid Grid ; Direct Current Dynamic Voltage Restorer ; Active Direct Current Filter ; Direct Current Networks ; Voltage Swell

 Digital Object List

 Bookmark

  • چکیده
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فصل اول: مقدمه و معرفی موضوع
    • 1˗1. تعریف مسئله و اهداف پژوهش
      • 1˗1˗1. طرح مسئله
      • 1˗1˗2. انگیزه تعریف مسئله
        • 1˗1˗2˗1. ساختار صنعتی مورد مطالعه
      • 1˗1˗3. اهمیت و ضرورت موضوع تحقیق
      • 1˗1˗4. روش تحقیق
    • 1˗2. مروری بر ادبیات و پیشینه موضوع
      • 1˗2˗1. شبکه های DC
        • 1˗2˗1˗1. کاربرد ها و تاریخچه
        • 1˗2˗1˗2. خلا تحقیقاتی
      • 1˗2˗2. روش های قابل استفاده برای جبران افت ولتاژ کوتاه مدت در شبکه DC
        • 1˗2˗2˗1. معرفی انواع روش ها
        • 1˗2˗2˗2. مقایسه روش های معرفی شده
        • 1˗2˗2˗3. معماری انتخاب شده
      • 1˗2˗3. مروری بر تحقیقات پیشین DC-DVR
      • 1˗2˗4. مقایسه DC-DVR با AC-DVR
        • 1˗2˗4˗1. مروری بر تحقیقات پیشین AC-DVR
        • 1˗2˗4˗2. تفاوت های AC-DVR و DC-DVR
      • 1˗2˗1. اهداف تحقیق
      • 1˗2˗2. طرح پایان نامه
    • 1˗3. جمع بندی
  • 2 فصل دوم: مبانی نظری و طراحی DC-DVR
    • 2˗1. بررسی بار VFD سرعت ثابت با گشتاور وابسته به سرعت
    • 2˗2. ساختار شبکه DC بررسی شده در تحقیق و معادلات حاکم
      • 2˗2˗1. بار CPL در یک شبکه DC با یکسوساز دیودی شش پالسی و Sag ولتاژ
        • 2˗2˗1˗1. شبیه سازی بار CPL در یک شبکه DC با یکسوساز دیودی شش پالسی
    • 2˗3. Sag ولتاژ مورد بررسی
      • 2˗3˗1. بررسی مدت زمان مجاز افت ولتاژ و منحنی های مربوطه
    • 2˗4. طرح های پیشنهادی DC-DVR
      • 2˗4˗1. ساختار 12 پالسی تایریستوری-دیودی
      • 2˗4˗2. ساختار 12 پالسی دیودی-دیودی به همراه یک طبقه مبدل سوئیچینگ
        • 2˗4˗2˗1. موارد طراحی فیلتر خروجی
        • 2˗4˗2˗2. ساختار DC/DC ایزوله
    • 2˗5. طراحی نهایی DC-DVR
      • 2˗5˗1. ساختار نهایی انتخاب شده
        • 2˗5˗1˗1. مزایا
        • 2˗5˗1˗2. معایب
    • 2˗6. جمع بندی
  • 3 فصل سوم: ساختار دقیق بستر سیستمی مورد مطالعه و طراحی نهایی DC-DVR
    • 3˗1. مشخصات بخش های مختلف سیستم مورد بررسی
      • 3˗1˗1. مشخصات دقیق بار Multi-VFD
      • 3˗1˗2. شبکه بالادست و یکسوساز دیودی اصلی
      • 3˗1˗3. مشخصات DC-DVR پیشنهادی
        • 3˗1˗3˗1. طبقه ورودی
        • 3˗1˗3˗2. طبقه خروجی
    • 3˗2. جمع بندی
  • 4 فصل چهارم: شبیه‌سازی سیستم
    • 4˗1. مقدمه
    • 4˗2. اجزای سیستم و نرم افزار شبیه سازی
      • 4˗2˗1. نرم افزار شبیه سازی
      • 4˗2˗2. اجزای سیستم و ساختار به کار برده شده در نرم افزار
    • 4˗3. نتایج شبیه سازی وتحلیل نتایج
      • 4˗3˗1. Sag ولتاژ در شبکه AC بالا دست
      • 4˗3˗2. اثرات Sag ولتاژ در شبکه AC بالادست در ولتاژ خروجی تمام پل شش پالسی دیودی
      • 4˗3˗3. عملکرد طبقه اول DC-DVR (DC/DC ایزوله)
      • 4˗3˗4. عملکرد طبقه دوم DC-DVR (مبدل تمام پل)
      • 4˗3˗5. عملکرد VFD و موتور
    • 4˗4. جمع بندی
  • 5 فصل پنجم: توسعه و پیاده سازی سیستم آزمایشگاهی و گزارش نتایج
    • 5˗1. مقدمه
    • 5˗2. ساختار آزمایشگاهی
      • 5˗2˗1. منابع تغذیه سوئیچینگ ایزوله فلای بک کم توان برای مبدل های آنالوگ به دیجیتال (Isolated Power Supplies for ADCs)
      • 5˗2˗2. ترانسفورماتور متغیر سه فاز
      • 5˗2˗3. منبع تغذیه DC برای سیستم کنترل
      • 5˗2˗4. یکسوساز شش پالسی سه فاز
      • 5˗2˗5. طبقات DC-DVR
      • 5˗2˗6. سیستم کنترل مرکزی
      • 5˗2˗7. بار قابل برنامه ریزی DC به همراه فیلتر RC
    • 5˗3. نتایج آزمایش
      • 5˗3˗1. ورودی سه فاز متغیر (Sag و Swell) – Setpoint ولتاژ بار 70 ولت – شکل موج ولتاژ های ورودی و خروجی
      • 5˗3˗2. ورودی سه فاز متغیر (Sag) – Setpoint ولتاژ بار 70 ولت – شکل موج ولتاژ خروجی DC-DVR
      • 5˗3˗3. ورودی سه فاز متغیر (Sag) – Setpoint ولتاژ بار 70 ولت – شکل موج جریان
      • 5˗3˗4. ورودی سه فاز ثابت – Setpoint ولتاژ بار 70 ولت – شکل موج کلیدزنی MOSFET های طبقه خروجی
      • 5˗3˗5. اضافه ولتاژ DC-Link داخلی و ولتاژ بار در زمان های رفع خطا با نرخ بازیابی ولتاژ بزرگ
    • 5˗4. جمع بندی
  • 6 فصل ششم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات
    • 6˗1. پیشنهادات
  • منابع
  • 7 پیوست 1
...see more