Study of the application of a multiphase matrix converter for the interconnection of the high speed generation to the grid

• Autorzy: Sieńko T. , Szczepanik J. , Sobczyk T. J.

Identyfikatory

DOI

10.4467/2353737XCT.15.022.3822

Warianty tytułu

PL

Studium układu przyłączenia szybkoobrotowego układu generacyjnego opartego na przekształtniku matrycowym do systemu elektroenergetycznego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article shows a new field of application for the matrix converter (MC) as the interconnecting device between the high speed, permanent magnet generator and the grid. The converter works under the developed control algorithm based on a so called ‘area based’ approach. The device consists of a converter, a transformer (or transformers) and filters and is supposed to substitute or revolution decreasing gear box or DC link based power electronic converter. Several structures, including multiphase structures (3, 12 phase) were investigated and their properties were assessed using the results of Matlab Simulink based simulations. The simulations were performed using the standard Simulink models and the developed, simplified permanent magnet motor model. The results were very satisfactory, i.e. input waveforms distortions, output current and machine torque ripples were at acceptable levels for the multiphase structures and high frequency input. The waveform distortions were found to be a function of input frequency and the number of phases in the conversion device, but the structure of the converter was limited to a 12x12 structure for economic reasons.

PL

W artykule pokazano aplikację Przekształtnika Macierzowego (MC – Matrix Converter) jako układu synchronizującego pomiędzy wysokoobrotowym generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi a Systemem Elektroenergetycznym. Przekształtnik jest sterowany za pomocą skonstruowanego jednookresowego algorytmu kontroli – jednego z algorytmów należących do klasy algorytmów obszarowych. W proponowanym urządzeniu, które składa się z transformatora (transformatorów), filtrów oraz przekształtnika, MC ma zastąpić przekładnię mechaniczną lub przekształtnik AC-DC-AC. Podstawowe symulacje obejmujące część elektryczną mikroturbiny (generator, przekształtnik, transformator, filtry) wykonano w programie MATLAB/Simulink. W ramach pracy na podstawie symulacji oceniano wpływ rozmiaru struktury MC (3-, 12-fazowa) na pracę generatora z magnesami trwałymi (składowa zmienna momentu elektrycznego) oraz poziom zniekształceń napięć i prądów. Zniekształcenia, które były funkcją rozmiaru struktury MC oraz prędkości obrotowej generatora, uznano za akceptowalne i łatwe do odfiltrowania dla struktury 12x12. Większych struktur nie rozpatrywano, gdyż koszt takich urządzeń byłby nieuzasadniony.

Słowa kluczowe

EN

matrix converter; permanent magnet machine; high speed co-generation unit

PL

przekształtnik macierzowy; generator z magnesami trwałymi; mały moduł ko-generacyjny

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: Y. 112, iss. 1-E
• Strony: 3--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr., wz.

Twórcy

autor

Sieńko T.

• Institute of Electromechanical Energy Conversion, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Cracow University of Technology

autor

Szczepanik J.

• Institute of Electromechanical Energy Conversion, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Cracow University of Technology

autor

Sobczyk T. J.

• Institute of Electromechanical Energy Conversion, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• [1] Boyce M.P., Gas Turbine Engineering Handbook , Elsevier Science 2006, ISBN 9780080456898.
• [2] Capstone Turbine Corporation, http://www.capstoneturbine.com/ (access: 16.05.2013).
• [3] Sieńko T., Sobczyk T., Sposób sterowania przekształtnikiem macierzowym, Polish Patent: P- 204643 PL (2010).
• [4] Sobczyk T.J., Sienko T., Matrix converters control for high speed generators, Electric Machines and Drives, 2005, IEEE International Conference on y. 2005, pp. 1975–1980, doi: 10.1109/IEMDC.2005.195990.
• [5] Sobczyk T.J., Control strategy of matrix converters, Proc. of European Conf. on Power Electronics and Applications (EPE), 1993, Vol. 4, pp. 93–97.
• [6] Sobczyk T.J., The matrix converter – a universal power electronic unit, Prace Instytutu Elektrotechniki, 2002, pp. 5–21, ISSN 0032-6216.
• [7] Sieńko T., Szczepanik J., The Study of implementation of Multiphase Matrix Converter in Power System, Przegląd Elektrotechniczny, 2013, nr 8.
• [8] Friedli Th., Kolar J.W., Milestones in Matrix Converter Research, IEEJ Journal of Industry Applications, 2012, Vol. 1, pp. 2–14.
• [9] Rodriguez J., Rivera M., Kolar J.W., Wheeler P.W., A Review of Control and Modulation Methods for Matrix Converters, Industrial Electronics, IEEE Transactions, 2012, Vol. 59, No. 1, pp. 58–70, ISSN 0278-0046.
• [10] Casadei D., Serra G., Tani A., Zarri L., A review on matrix converters, Przegląd Elektrotechniczny, 2006, Vol. 82, No. 2, pp. 15–25, ISSN 0033-2097.
• [11] Sieńko T., Schemat zastępczy przekształtnika macierzowego dla stanów dynamicznych przy sterowaniu jednookresowym, Czasopismo Techniczne, z. 1-E/2012, pp. 123–134.