Design and Control of Matrix Converters: Regulated 3-Phase Power Supply and Voltage Sag Mitigation for Linear Loads

این کتاب دو کاربرد هدف را برای سیستم‌های سنکرون توصیف می‌کند: تامین ولتاژ 3 فاز تنظیم‌شده و کاهش کاهش ولتاژ. این یک روش طراحی دقیق برای سوئیچ ها و فیلترهای مبدل با در نظر گرفتن تمام نیازهای حالت پایدار، کموتاسیون و دینامیک ارائه می دهد. این کار از تحقیقات منتشر شده قبلی توسط نویسندگان تکامل یافته است، که به نوبه خود بخشی از یک تلاش بزرگتر برای گسترش دامنه کاربرد مبدل های ماتریسی به سیستم های قدرت است. اهداف کار به شرح زیر طبقه بندی شده است: توسعه یک مدل پویا که بینش طراحی کافی را ارائه می دهد. طراحی فیلترها؛ و طراحی یک طرح کنترلی مدل دینامیکی فرکانس پایین ابتدا برای منابع ولتاژ تنظیم شده با فرض سیستم متعادل تجزیه و تحلیل می شود. این سیستم نسبت به یک قاب چرخشی همزمان (dq) که حول یک نقطه عملیاتی خطی شده است مدل‌سازی می‌شود. متغیرهای ورودی-خروجی با ماتریس های تابع انتقال غیر قطری مرتبط هستند. زیر ماتریس های تابع انتقال جداگانه به صورت متوالی بررسی می شوند و نشان داده می شود که بسته به توان ورودی، ولتاژ ورودی و پارامترهای فیلتر، ظاهر مجموعه ای از نیم صفرهای سمت راست امکان پذیر است. سپس این کتاب طراحی فیلتر و همچنین مسائل کلی مانند تضعیف امواج، تنظیم، بارگذاری جریان راکتیو و تلفات فیلتر را در نظر می‌گیرد. این کتاب همچنین به محدودیت‌های اضافی می‌پردازد که ممکن است توسط الزامات پویا و جابجایی تحمیل شود. در مرحله سوم، طراحی کنترل کننده ولتاژ برای یک منبع ولتاژ تنظیم شده 3 فاز به تفصیل ارائه می شود. در حوزه dq، کنترل ولتاژ خروجی یک مشکل کنترل چند متغیره را نشان می دهد. این به یک مشکل کنترل متغیر منفرد کاهش می یابد و در عین حال تمام نیم صفرهای راست ممکن را حفظ می کند و در نتیجه ثبات داخلی سیستم را حفظ می کند. در نتیجه، تکنیک طراحی کنترل تک متغیری استاندارد برای طراحی یک کنترلر استفاده شده است. پاسخ دینامیکی پیش‌بینی‌شده تحلیلی توسط نتایج تجربی تأیید شده است. این امکان وجود داشت که سیستم را فراتر از مرز قدرت بحرانی که در آن نیمه صفرهای سمت راست ظاهر می شوند، کار کرد. در نهایت، رویکرد کنترل توسعه‌یافته به کاهش افت ولتاژ با اصلاحات کافی گسترش یافته است. یک بار خطی 3 سیم و هر دو افت ولتاژ متقارن و نامتقارن در نظر گرفته شده است. زمان پاسخ تجربی به‌دست‌آمده برای کاهش افتادگی کمتر از زمان توقف منبع تغذیه در اکثر تجهیزات حساس بود. این کتاب هم برای محققین و هم برای دانشجویان تحصیلات تکمیلی مفید خواهد بود.

This book describes two target applications for synchronous systems: regulated 3-phase voltage supply and voltage sag mitigation. It presents a detailed design procedure for converter switches and filters considering all steady-state, commutation and dynamic requirements. This work has evolved from previously published research by the authors, which in turn is part of a larger effort to expand the application domain of matrix converters to power systems. The objectives of the work have been categorized into the following: developing a dynamic model that provides adequate design insights; designing filters; and devising a control scheme. The low frequency dynamic model is first analyzed for regulated voltage supplies assuming balanced system. The system is modeled relative to a synchronous rotating (dq) frame linearized around an operating point. The input–output variables are related by non-diagonal transfer function matrices. Individual transfer function sub-matrices are sequentially investigated and it is shown that, depending on the input power, input voltage and filter parameters, the appearance of a set of right half zeros is possible. The book then considers filter design, as well as general issues like ripple attenuation, regulation, reactive current loading, and filter losses. The book also addresses additional constraints that may be imposed by dynamic requirements and commutation. In the third stage, voltage controller design is detailed for a 3-phase regulated voltage supply. In dq domain, output voltage control represents a multivariable control problem. This is reduced to a single variable control problem while retaining all possible right half zeros, thereby preserving the internal stability of the system. Consequently, the standard single variable control design technique has been used to design a controller. The analytically predicted dynamic response has been verified by experimental results. It was possible to operate the system beyond the critical power boundary where the right half zeros emerge. Lastly, the developed control approach has been extended to voltage sag mitigation with adequate modifications. A 3-wire linear load and both symmetrical and asymmetrical voltage sags have been considered. Experimentally obtained response time for sag mitigation was found to be less than the power supply holdup time of most of the sensitive equipment. This book will be useful to both researchers and graduate students.