EJ3230 Kraftelektronisk reglering av omriktare för nätapplikationer och elektriska drivsystem 5,0 hp

Control of Voltage-Source Converters for Grids and Drives

Vektorreglering av spänningsstyva, kraftelektroniska omvandlare har varit ett aktivt forskningsområde ända sedan sjuttiotalet och elektriska drivsystem som matas med denna omriktarteknik är idag vanliga i industriella applikationer likväl som i tåg- och vägtransporttillämpningar. Under närmare 20 år har tekniken även tillämpats för effekttransmission i högspända likströmsnät (HVDC) samt i växelströmssystem (FACTS). Idag representerar vind- och solkraft två växande områden för utnyttjandet av nämnda teknik. Tack vare de låga förlusterna är idag den modulära multinivåomriktaren (MMC) den omriktartopologi som främst används vid produktionen av transmissionssystem av HVDC-typ. Målet med denna kurs är att behandla de viktigaste aspekterna relaterade till kraftelektronisk reglering av spänningsstyva omvandlare kopplade till nät samt till växelströmsmatade elektriska maskiner.

  • Utbildningsnivå

    Forskarnivå
  • Huvudområde

  • Betygsskala

    P, F

Information för forskarstuderande om när kursen ges

The course is given when there is sufficient demand. Please contact the examiner if you are interested in taking the course.

Lärandemål

Efter kursens genomförande skall studenten kunna:

·         Designa robusta strömregulatorer för asynkronmotorer, permanentmagnetmotorer samt nätkopplade omriktare

·         Beskriva driftsättet samt den interna regleringen av modulära multinivåomriktare

·         Beskriva likheter och skillnader mellan regleringen av nätkopplade omriktare och elektriska drivsystem av växelströmstyp

·         Förklara principer och överensstämmelser mellan direkt och indirekt fältorientering av asynkronmotorer

·         Förklara och implementera i en simuleringsmiljö återkopplade reglersystem av asynkron- och permanentmagnetmotorer utan varvtals- eller positionsgivare

·         Förklara funktion och driftsätt av positionsgivare (resolver) av variabel reluktanstyp

Kursens huvudsakliga innehåll

Metoder för design och analys av regleralgoritmer tillämpade på nätkopplade omriktare samt elektriska drivsystem inkluderande:

·         Kortfattad genomgång av dc-maskiner samt deras reglering (strömreglering, varvtalsreglering samt drift i fältförsvagningsområdet)

·         Kortfattad genomgång av teorin för linjära system (överföringsfunktioner samt tillståndsmodeller)

·         Trefassystem, rymdvektorer samt notation i per-unitform

·         Tvånivåomriktare samt pulsbreddsmodulering

·         Fundamental teori gällande olinjära system

·         Strömreglering av spänningsstyva omvandlare (grundtonsreglering, negativ sekvens, övertoner, antiwindup)

·         Synkronisering av spänningsstyva omvandlare (phase-locked loops)

·         Aktiv- och reaktiv effektreglering av spänningsstyva omvandlare

·         En algoritm för stabilisering av dc-spänningen för spänningsstyva omvandlare

·         Spänningsstyva omriktare som komponent i elektriska drivsystem: likheter och skillnader med nätkopplade omriktare

·         Modellering och intern reglering av MMC-omriktaren

·         Synkronisering av MMC-omriktare

·         Reglering under felfall för MMC-omriktare

·         Dynamisk modell av asynkronmotorn

·         Direkt och indirekt fältorientering: principer och ekvivalenser

·         Ström- och spänningsmodellen för flödesskattning

·         Drift av asynkronmotorn utan varvtalsgivare

·         Fältförsvagningsdrift av asynkronmotorn

·         Flödes- och momentreglering (direct-torque control)

·         Dynamiska modeller av permanentmagnetmotorn

·         Ström- och varvtalsreglering av permanentmagnetmotorn

·         Fältförsvagningsdrift av permanentmagnetmotorn

·         Drift av permanentmagnetmotorn utan positionsgivare (låg-, mellan- och högvarvsområdet)

·         Signalinjektion, polaritetsdetektering och synkronisering av permanentmagnetmotorer

Kursupplägg

Föreläsningar och projektarbete

Behörighet

Doktorander vid KTH samt övriga lärosäten

Rekommenderade förkunskaper

Kursen riktar sig till doktorander vid KTH samt övriga lärosäten.

Litteratur

L. Harnefors, M. Hinkkanen, och  J. Loumi, Control of Voltage-Source Converters and Variable-Speed Drives, Kungliga Tekniska högskolan samt visst textmaterial som delas ut under föreläsningarna.

Examination

  • EXA1 - Examination, 5,0, betygsskala: P, F

Då huvuddelen av kursmaterialet består av beskrivningar av ett antal reglermetoder så ges ingen skriftlig examen. Istället examineras studenten genom ett projektarbete där studenten demonstrerar att han/hon har erhållit de nödvändiga kunskaperna för att implementera metoderna i praktiken. Projektetarbetet innefattar ett antal simuleringsuppgifter i vilka centrala delar av det material som presenteras på föreläsningarna skall implementeras och utvärderas. Resultaten skall sedan sammanfattas i en projektrapport där det tydligt skall framgår hur modellerna har implementerats och resultaten skall kommenteras. Projektarbete och tillhörande rapport skall utföras individuellt.

Krav för slutbetyg

En godkänd projektrapport. En projektrapport anses godkänd om alla uppgifter lösts och redovisats på ett, av examinator bedömt, tillfredsställande sätt.

Ges av

EECS/Elkraftteknik

Examinator

Lennart Harnefors <lhar@kth.se>

Oskar Wallmark <owa@kth.se>

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med HT2014.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.