دفاعیه دکتری در دانشکده مهندسی برق

محمدرضا علیزاده پهلوانی دانشجوی دوره دکتری مهندسی برق بیست و چهارم آذرماه از پروژه دکتری خود با عنوان: «سیستم ابررسانای ذخیره‌سازی انرژی مغناطیسی مبتنی بر اینورتر منبع ولتاژ سه سطحی با مدولاسیون عرض پالس فضای برداری» دفاع نمود.

چکیده این رساله که راهنمایی آن برعهده دکتر شولایی می‌باشد، به شرح زیر است.

امروزه سیستم ابر رسانای ذخیره‌ساز انرژی مغناطیسی SMES به عنوان یکی از روش‌های ذخیره‌سازی انرژی با کاربردهای جهان شمول و فن‌آوری محور مطرح شده‌اند. این سیستم، به دو نوع منبع ولتاژ و منبع جریان دسته‌بندی می‌شود. سیستم نوع منبع ولتاژ که در این رساله مورد تحقیق قرار می‌گیرد، از سری نمودن مبدل (اینورتر در رژیم دشارژ و یکسوساز در رژیم شارژ انرژی)، بانک خازنی، چاپر، کویل ذخیره‌ساز انرژی مغناطیسی و فیلترهای DC/AC تشکیل می‌شود.

اینورتر با یکسوساز نقش واسط و کنترل کننده نرخ انرژی فی مابین شبکه و بانک خازنی را به عهده دارد. همچنین چاپر نقش واسط و کنترل کننده نرخ انرژی فی مابین کویل ذخیره‌ساز انرژی مغناطیسی و بانک خازنی را اجراء می‌نماید. به منظور ذخیره سازی انرژی در گستره چند صد مگاژول در بانک خازنی و کویل ذخیره‌ساز انرژی مغناطیسی لازم است که اینورتر، یکسوساز و چاپر از ادوات الکترونیک قدرت ولتاژ و جریان بالا ساخته شوند و معمولا به علت محدودیت‌های ولتاژی و جریانی ادوات الکترونیک قدرت از مبدل‌های چند سطحی جهت جبران این محدودیت‌ها استفاده می‌شود.

معمولا راهبردهای کنترلی SMES باتوجه به نوع کاربرد آنها به دو گونه تحقق می‌یابند. در راهبرد اول توان اکتیو و راکتیو انتقالی به شبکه با اینورتر منبع ولتاژ و تثبیت سطح ولتاژ خازن‌ها با چاپر کنترل می‌شود. در راهبرد دوم توان راکتیو انتقالی به شبکه و تثبیت سطح ولتاژ خازن‌ها با اینورتر منبع ولتاژ و توان اکتیو انتقالی به شبکه با چاپر کنترل می‌گردد. شایان ذکر است تثبیت ولتاژ خازن‌ها در هر دوره کلیدزنی مزایایی از قبیل کاهش ظرفیت خازن‌ها، کاهش قیمت تمام شده سیستم SMES حذف هر گونه عدم تعادل عملکردی و عدم تقارن مداری در سیستم SMES را به همراه خواهد داشت. با توجه به اینکه در راهبرد دوم تثبیت ولتاژ خازن‌ها وابسته به بار یا همان شبکه قدرت می‌باشد، شایسته است راهبرد کنترلی به گونه‌ای انتخاب شود که دست‌یابی به مزایای فوق برای هر میزان مصرف انرژی تحقق یابد، لذا در این رساله از اولین راهبرد کنترلی استفاده شده است. در مجموع سخت‌افزار و نرم‌افزار پیاده سازی راهبردهای کنترلی سیستم SMES را می‌توان با اعمال فرامین آتش مناسب به ادوات الکترونیک قدرت اینورتر و چاپر چندسطحی عنوان نمود. معمولا پیاده سازی اولین راهبرد با تعریف مناسب الگوی کلیدزنی در چاپر چند سطحی محقق می‌گردد.

با توجه به آنچه در این رساله تشریح تک تک زیر سیستم‌های فوق،‌ گلوگاه‌های فن‌آوری و راه‌کارهای رفع آنها در راستای مباحثی از قبیل طراحی و بهینه‌سازی کویل‌های (تروئیدی مارپیچی، سلونوئیدی خالص، تروئیدی خالص، تروئیدی گسسته) ذخیره‌ساز انرژی مغناطیسی،‌سیستم‌های اینورتری و یکسوسازی چند سطحی،‌ پیاده سازی راهبردهای کنترلی، چاپرهای چند سطحی و مدولاسیون پهنای پالس فضای‌برداری، عنوان و اعتبار سنجی آنها با نتایج آزمایشگاهی تائید شده است.