Cascaded multilevel converter based transmission STATCOM: System design methodology and development of a 12kV ±12MvAr power-stage
Kaskat çok seviyeli çevirgeç tabanlı iletim STATKOM: Sistem tasarım yöntemi ve bir 12kV ±12MvAr güç katı geliştirilmesi
- Tez No: 318862
- Danışmanlar: PROF. DR. MUAMMER ERMİŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: İletim STATKOM, Çok Seviyeli Çevirgeçler, Düzenlenmiş Seçici Yerdeğiştirme, Transmission STATCOM, Cascaded Multilevel Converter (CMC), Modified Selective Swapping (MSS)
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 201
Özet
Bu araştırma ve geliştirme çalışması, H-Köprülü Çok Seviyeli Çevirgeç temelli İletim STATCOM sistemleri için tasarım yöntemini ve bir adet ±12MVAR, 12 kV, Y-bağlı, 11-seviyeli H-Köprülü Çok Seviyeli Çevirgeç yapısının geliştirilmesini içermektedir. Geliştirilen bu çevirgeç modülü İletim STATCOM sistemleri için temel bir yapı teşkil etmektedir. Ayrıca bu tezde, geliştirilen çok seviyeli çevirgecin gücü, her fazında kullanılacak H-Köprü sayısı, çevirgecin tasarlanacağı AC gerilim değeri, İletim STATCOM sisteminde kullanılacak paralel çevirgeç sayısı, modüle bağlanacak en uygun seri filtre reaktörü değeri ve T-STATCOM'un güç sisteminde bağlanacağı baranın belirlenmesi konuları IEEE 519-1992 standardı, YG IGBT'lerin güncel teknolojisi ve uygulama için istenen reaktif gücün değişim aralağına göre irdelenmiştir. Geliştirilen çok seviyeli çevirgecin AC gerilim şekilleri, Seçici Harmonik Eleme Metodu (SHEM) ve en uygun değerdeki seri filtre reaktörünün kullanılması ile sinüs dalgalarına yaklaştırılmıştır. Her faz için n tane H-Köprü kullanımı SHEM uygulaması için n tane eşitliğin kullanım özgürlüğünü tanımaktadır. Bu eşitliklerden biri temel bileşen için kullanılırken geri kalan n-1 tanesi de düşük dereceli harmoniklerin yok edilmesi amacıyla kullanılabilmektedir. Geliştirilen prototip sistem için n sayısı beş olarak seçildiğinden çevirgeç çıkış gerilimlerinde 5., 7., 11. ve 13.harmonik bileşenleri başarılı bir şekilde elenmiştir. Çevirgeçte kullanılan DA bağ kondansatör gerilimleri Düzenlemiş Seçici Yer Değiştirmeli algoritması ile eşitlenmiştir. Gerektiğinde 400µs periyotlarla uygulanan bu metod sayesinde yüksek anahtarlama frekansı ve daha fazla kayba rağmen DA bağ gerilimleri için mükemmel bir eşitlik sağlanmıştır. Bu araştırma çalışmasında her H-Köprü için L şeklinde bir lamine bara yapısı tasarlanmış ve YG IGBT'lerde optimum anahtarlama performansı elde etmek için sürücü devreleri değiştirilmiştir. H-Köprü ve elde edilen 11-seviyeli Çevrigeç performansları hem laboratuvarda hem de sahada elde edilmiştir. H-Köprü ve çevirgeç için MATLAB ve PSCAD benzetimleri ile tasarım çalışmaları yürütülmüştür. Laboratuvar ve sahada elde edilen verilerin hem H-Köprü hem de çevirgeç için oldukça tatminkar olmasının yanısıra teorik sonuçlar ve tasarım hedefleriyle gayet uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Bunlara ek olarak, bir adet 154 kV, ±50MVAr İletim STATCOM prototipi tasarlanıp geliştirilmiş ve Ankara'da bulunan Sincan Trafo Merkezinde reaktif güç kompanzasyonu ve bara gerilim düzenlenmesi amaçları için kurulmuştur. Kurulan sistem bu doktora tez çalışmasında geliştirilen beş adet çok seviyeli çevirgecin paralel kullanımından oluşmaktadır. İletim STATCOM yapısı, birden beşe kadar çevirgecin deneysel amaçla kullanılmasına olanak vermektedir. Bu İletim STATCOM sisteminin performansı da ayrıca bir uygulama örneği olarak da tezde verilmiştir.
Özet (Çeviri)
This research and development work deals with the design methodology for Cascaded Multilevel Converter (CMC) based Transmission STATCOM (T-STATCOM) and development of a ±12MVAR, 12kV line-to-line wye-connected, 11-level CMC. This CMC module constitutes the basic building block of T-STATCOM systems. Sizing of the CMC module, number of H-Bridges in each phase of the CMC, AC voltage rating of the CMC, the number of paralleled CMC modules in the T-STATCOM system, optimum value of series filter reactors and determination of busbar in the power grid to which the T-STATCOM system is going to be connected are also discussed in the thesis in view of IEEE Std.519-1992, current status of HV IGBT technology and the required reactive power variation range for the T-STATCOM application. In the field prototype of the CMC module, the AC voltages are approximated to sinusoidal waves by Selective Harmonic Elimination Method (SHEM) and by the use of an optimized series input filter reactor. The use of n number of HBs in each phase provides us n number of freedom in the application of SHEM. One of them is allocated to the fundamental component while n-1 is for the elimination of low order harmonics. Since n is chosen to five in the prototype system, 5th, 7th,11th and 13th harmonic components are successfully eliminated in the AC voltage waveforms of the CMC module. The equalization of DC link capacitor voltages is achieved according to Modified Selective Swapping (MSS) algorithm. MSS is applied every 400µs period if needed to obtain a perfect equalization of DC link capacitor voltages at the expense of higher switching frequency and hence switching losses. In this research work, an L-shaped laminated bus has been designed and the HV IGBT driver circuit has been modified for optimum switching performance of HV IGBT modules in each HB circuit. The performances of the HB circuit and the resulting 11-level CMC module have been obtained not only in the laboratory but also in the field. Design works for HB and the CMC are based on MATLAB and PSCAD simulations. The laboratory and field performance of the HB circuit and CMC module is found to be satisfactory and quite consistent with the theoretical results and design objectives. In addition to these, 154 kV, ±50MVAr T-STATCOM prototype has been designed, implemented and installed at Sincan Transformer Substation-Ankara primarily for the purposes of reactive power compensation and terminal voltage regulation. The T-STATCOM prototype is composed of five parallel operated CMC modules developed within the scope of this PhD thesis research work. The T-STATCOM configuration permits the operation of any number of CMC modules in the range from one to five for experimental purposes. The performance of this T-STATCOM system is also presented in this PhD thesis as a sample application.
Benzer Tezler
- Elimination of transformer core saturation in cascaded multilevel converter based T-statcom systems
Kaskat bağlı çok seviyeli çevirgeç temelli iletim statkom'u sistemlerinde trafo çekirdek satürasyonunun giderilmesi
CEM ÖZGÜR GERÇEK
Doktora
İngilizce
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. MUAMMER ERMİŞ
- Design and simulation of a wind energy conversion system based on doubly fed induction generator and back-to-back modular multilevel converters
Double fed indüksiyon jeneratörü ve geri dönüşüm modüler çoklu konveyörler üzerine tabelen rüzgar enerji dönüşüm sisteminin tasarımı ve simülasyonu
AHMED MAJEED HACHIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET METE VURAL
- Modelling and analysis of modular cascaded multilevel converter based shunt hybrid active power filter for large scale photovoltaic system interconnection
Büyük ölçekli fotovoltaik sistem bağlantısı için modüler kaskat çok seviyeli dönüştürücü tabanlı şönt melez aktif güç filtresinin modellemesi ve analizi
TUĞÇE DEMİRDELEN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TÜMAY
- Investigation of multilevel inverters for D-statcom applications
D-statcom uygulamaları için çok seviyeli çevirgeçlerin incelenmesi
MUSTAFA DENİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUAMMER ERMİŞ
- Cascaded h-bridge multilevel converter based d-statcom
Kaskat h-köprü çok seviyeli çevirgeç tabanlı d-statkom
HUSNAIN UL HASEEB KAZMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. AHMET METE VURAL