Trasformatore elettronico di potenza con tecnica PLL adattativa per il passaggio attraverso disturbi di tensione
In questo articolo viene proposto un nuovo PET per una rete di distribuzione chiamato unità di distribuzione flessibile di potenza, e viene rivelato il meccanismo di scambio energetico tra la rete e il carico. È stato sviluppato e dimostrato un prototipo isolato a media frequenza da 30 kW 600 VAC/220 VAC/110 VDC. L'articolo presenta inoltre strategie chiave di controllo del PET per applicazioni di reti di distribuzione elettrica, specialmente in condizioni di disturbi della tensione di rete. Inoltre, vengono discussi e verificati con un'analisi basata sull'impedenza i problemi di stabilità relativi al PET trifase collegato alla rete. Il prototipo del PET è stato testato e ha superato la funzione di passaggio attraverso i disturbi di tensione.
1.Introduzione.
Un trasformatore di distribuzione è l'attrezzatura più importante e comune in una rete di distribuzione di energia, responsabile della trasformazione e dell'isolamento della tensione. Un trasformatore di distribuzione tradizionale è molto affidabile; tuttavia, è ingombrante e pesante. Le armoniche tra i lati primario e secondario non possono essere isolate, e sono necessarie attrezzature aggiuntive per monitorare e proteggere da possibili problemi di guasto. Oggi, questi inconvenienti sono reali preoccupazioni nell'ambito accademico e industriale. Pertanto, i trasformatori basati su elettronica di potenza, noti come trasformatori elettronici di potenza, trasformatori intelligenti universali, trasformatori a stato solido, trasformatori intelligenti, router di energia e altri, sono diventati gradualmente un argomento emergente negli ultimi 10 anni, specialmente per le applicazioni aerospaziali, la trazione ferroviaria, la smart grid e l'Internet dell'Energia. La loro utilizzazione iniziale può avvenire in applicazioni speciali dove il costo ed l'efficienza sono secondari rispetto alle dimensioni e al peso.
2.Struttura e specifiche del PET.
Viene adottato un metodo di controllo a ciclo aperto con frequenza di commutazione fissa per il convertitore DC/DC isolato a media frequenza a molteplici avvolgimenti. Viene definito come trasformatore DC e fornisce una tensione di uscita non regolata. Riducendo i requisiti di regolazione e restringendo i range di tensione di ingresso, il trasformatore DC può raggiungere un'efficienza maggiore e una potenza di uscita superiore rispetto al trasformatore regolato standard, anche se si elimina lo strozzatore di filtro. Gli inversori trifase sono costituiti da tre identici moduli di inversori monofase full-bridge H4, che hanno un'eccellente capacità di correzione dei carichi interni non bilanciati, o altre tecniche di controllo aggiuntive dovrebbero essere aggiunte all'inversore trifase. La tensione di uscita AC è regolata con controllori a doppio anello, dove l'anello esterno è impostato per regolare il valore RMS della tensione, mentre l'anello interno regola il valore istantaneo della tensione. Inoltre, una strategia di controllo SPWM bipolare aiuta a supportare la potenza reattiva.
3.Strategie chiave per il PET per il passaggio attraverso i disturbi di tensione.
Per un PET operante con un disturbo di tensione di rete, l'osservabilità e la controllabilità sono essenziali. La rilevazione accurata e rapida della frequenza e dell'angolo di fase della tensione di rete è essenziale per garantire la generazione corretta dei segnali di riferimento e per far fronte ai codici di utilità, specialmente per quelli operanti sotto distorsioni comuni di utilità come armoniche, cali di tensione, variazioni di frequenza e salti di fase [21]. La variazione dinamica della tensione di rete deve essere considerata per preoccupazioni di controllo rapido. Pertanto, due strategie chiave per il PET sono state indagate e presentate separatamente in questa sezione, incluse le metodologie di progettazione del PLL, i principi di controllo e il modello a piccolo segnale dell'inversore PWM trifase. Vengono inoltre discusse le questioni di stabilità relative al PET trifase collegato alla rete.
4.Conclusione.
In questo articolo viene proposto un nuovo PET per una rete di distribuzione chiamato unità di distribuzione flessibile di potenza. L'isolamento DC/DC per gli inversori trifase è implementato attraverso un unico trasformatore compatto a molteplici avvolgimenti, il che riduce la complessità del sistema. Concentrandosi sui problemi di codice di rete del PET, come il passaggio attraverso i disturbi di tensione e la risonanza armonica, che non sono stati precedentemente incontrati, questo manoscritto presenta in dettaglio i metodi di progettazione del PLL in condizioni di rete distorte, i principi di controllo, il modello a piccolo segnale e l'ammittanza di ingresso dell'inversore PWM trifase. Questo aiuta a comprendere la risonanza armonica nei sistemi di potenza basati su elettronica di potenza utilizzando un PET.
Fonte: IEEE Xplore
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