JEDNOFAZOWE PRZEKSZTAŁTNIKI DC-AC I AC-DC Z ELIMINACJĄ SKŁADOWEJ PODWÓJNEJ CZĘSTOTLIWOŚCI PO STRONIE DC

mgr inż. Łukasz Stawiarski

Promotor: Prof. dr hab. inż. Stanisław Piróg
Dyscyplina: Elektrotechnika

Przy połączeniach sytemu DC z jednofazowym systemem AC o sinusoidalnym prądzie, występuje zjawisko niezbilansowania mocy chwilowych. W celu ich zbilansowania stosowane są pasywne magazyny energii w postaci kondensatorów lub dławików. Rozwiązania klasyczne prowadzą do konieczności doboru elementów pasywnych o potencjalnie dużej zdolności do magazynowania energii, co pociąga za sobą ich duże wymiary fizyczne. Nie zawsze zapewniają również wystarczającą eliminację tętnień podwójnej częstotliwości sieciowej w przebiegach prądów i napięć po stronie DC.

Problem występowania składowej podwójnej częstotliwości po stronie DC jest w niektórych aplikacjach dość znaczący. W jednofazowych systemach AC–DC zjawisko to jest szczególnie niepożądane w prostownikach o jednostkowym współczynniku mocy zasilających odbiorniki małej mocy przykładowo falowniki sterujące trójfazowymi układami napędowymi (elektronarzędzia, urządzenia AGD). W jednofazowych systemach DC–AC problem ten jest szczególnie uciążliwy w systemach fotowoltaicznych dołączonych do jednofazowej linii elektroenergetycznej, gdzie zmniejsza sprawność konwersji energii promieniowania słonecznego na energię elektryczną.

Badane w ramach pracy doktorskiej zagadnienie efektywnego magazynowania energii bilansującej (APD - Active Power Decoupling) umożliwia ograniczenie pojemności stosowanych kondensatorów, a przez to możliwość wyeliminowania kondensatorów elektrolitycznych czyli najbardziej zawodnych elementów występujących w przekształtnikach energoelektronicznych. Prowadzi to również do redukcji kosztów materiałowych, poprzez stosowanie elementów pasywnych zaprojektowanych do gromadzenia mniejszych energii. Zaproponowane rozwiązania umożliwiają również całkowitą eliminację składowych o podwójnej częstotliwości sieciowej w przebiegach prądów i napięć po stronie DC.

Głównymi osiągnięciami zaprezentowanymi w pracy doktorskiej są:

• opracowanie topologii oraz algorytmu sterowania jednofazowego przekształtnika energoelektronicznego DC–AC (w topologii falownika dołączonego do linii AC) oraz AC–DC (w topologii zasilacza PFC o jednostkowy współczynniku mocy), umożliwiającego eliminację składowej podwójnej częstotliwości w przebiegach prądu i napięcia po stronie DC,
• wykazanie, że opracowana topologia umożliwia efektywne magazynowanie energii bilansującej prowadzące do wyeliminowania konieczności stosowania kondensatorów elektrolitycznych,
• przeprowadzenie analizy opracowanej topologii pod kątem minimalizacji parametrów energetycznych zastosowanych elementów pasywnych,
• praktyczna weryfikacja zaproponowanych topologii w oparciu o zbudowane modele użytkowe przekształtników.

Pełna wersja autoreferatu ls_autoreferat.pdf

1. S. Piróg, R. Stala, Ł. Stawiarski. Power electronic converter for photovoltaic systems with the use of FPGA-based real-time modeling of single phase grid-connected systems. Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences, ISSN 0239-7528, 57(4):345–354, 2009.
   
   
2. Ł. Stawiarski, R. Stala. Modele czasu rzeczywistego ogniw fotowoltaicznych zrealizowane w układach FPGA — Real-time models of PV arrays implemented in FPGAs. IX Krajowa Konferencja Naukowa - Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, SENE 2009, Łódź, 16-18 Listopad 2009.
   
   
3. M. Szarek, R. Stala, Ł. Stawiarski. Single Phase Grid-connected PV System with Time-sharing Modulation and PI-type Regulators for DC-DC Boost Converter and Full-bridge Inverter. 14-ta Międzynarodowa Konferencja Naukowa EPE-PEMC 2010. 14th International Power Electronics and Motion Control Conference EPE-PEMC 2010. Ochryda, Republika Macedoni, 6-8 Wrzesień 2010.
   
   
4. R. Stala, K. Kóska, Ł. Stawiarski. Realization of modified ripple-based MPPT in a single-phase single-stage grid-connected photovoltaic system. 2011 IEEE International Symposium on Industrial Electronics : Gdańsk, 27-30 Czerwiec 2011.
   
   
5. Ł. Stawiarski, M. Szarek, A. Penczek, R. Stala, A. Mondzik. Hardware-in-the-Loop FPGA-Based Simulations of Switch-Mode Converters for Research and Educational Purposes. Symulacje czasu rzeczywistego przekształtników impulsowych, zrealizowane w układach FPGA, dla celów badawczych i edukacyjnych. Przegląd Elektrotechniczny - Electrical Review, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, ISSN 0033-2097, 87(11):194–200, 2011.
   
   
6. Ł. Stawiarski, M. Szarek, A. Penczek, R. Stala, A. Mondzik. Modelowanie i realizacja praktyczna symulatora sprzętowego systemów fotowoltaicznych z wykorzystaniem układów FPGA. Modeling and practical realization of hardware-in-the-loop FPGA based photovoltaic system simulator. X Krajowa Konferencja Naukowa - Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektrycznym, SENE 2011, Łódź, 16-18 Listopad 2011.
   
   
7. M. Szarek, Ł. Stawiarski, A. Mondzik, R. Stala, A. Penczek. Jednofazowy system fotowoltaiczny dołączany do linii elektroenergetycznej. Single-Phase Grid-Connected Photovoltaic System. Przegląd Elektrotechniczny - Electrical Review, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, ISSN 0033-2097, 88(2):218–222, 2012.
   
   
8. Ł. Stawiarski, M. Szarek, A. Penczek, A. Mondzik. Jednofazowy system fotowoltaiczny o zmiennej strukturze sterowania, dołączany do linii elektroenergetycznej. Przegląd Elektrotechniczny - Electrical Review, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, ISSN 0033-2097, 89(2b):34–39, 2013.
   
   
9. Ł. Stawiarski. Minimalizacja parametrów kondensatora bilansującego w jednofazowym przekształtniku AC-DC. Przegląd Elektrotechniczny - Electrical Review, Stowarzyszenie Elektryków Polskich, ISSN 0033-2097, 90(10):192–198, 2014.