Řízení a regulace nových topologií vysokonapěťových výkonových měničů

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem třífázového aktivního filtru založeného na víceúrovňové topologii kaskádně spojených měničů, včetně nových algoritmů řízení, které jsou navrženy tak, aby byla zajištěna jeho snadná škálovatelnosti dle jmenovitého napětí sítě s ohledem na blokovací napětí výkonových polovodičových součástek měniče. V první části práce je provedena podrobná analýza současného stavu poznání. Zde jsou popsány nejčastější varianty systémů, které slouží k udržení stanovené kvality elektrické energie v distribučních sítích (tzv. FACTS). Dále je provedena analýza v současnosti nejčastěji používaných víceúrovňových topologií výkonových měničů a způsobů jejich řízení. Na základě této analýzy byla identifikována vhodná topologie řešení výkonového obvodu filtru a navrženy algoritmy jeho řízení. Navržené řízení vychází z množiny prediktivního řízení s konečným počtem zásahů (FCS-MPC). Pro řízení finální varianty aktivního filtru s devíti-úrovňovými kaskádně řazenými H-můstky byly navrženy dva způsoby řízení pracujících ve dvou úrovních. První úroveň se zabývá analýzou okamžitého stavu sítě. Výstupem první úrovně řízení jsou požadované kompenzační proudy, které musejí být generovány aktivním filtrem do sítě. Druhou úrovní je řízení jednotlivých měničů aktivního filtru. To je realizováno dvěma způsoby, prvním z nich je využití konvenčního FCS-MPC s kompletní množinou akčních zásahů, druhá varianta řízení využívá navrženého dvoukrokového FCS-MPC, který významným způsobem redukuje výpočetní náročnost prediktivního algoritmu. Práce dále obsahuje návrh výkonového obvodu aktivního filtru, který je sestaven z vyvinutých univerzálních modulárních měničů SHRack. Navržené algoritmy byly otestovány jak pomocí simulačního modelu, tak pomocí experimentů vybraných stavů na laboratorním prototypu aktivního filtru.