W rozprawie doktorskiej autor zaprezentował koncepcję i badania szeregowego układu aktywnego kompensującego równocześnie kilka wybranych zaburzeń napięcia zasilającego. Potrzeba stosowania takiego układu wynika z konieczności ochrony odbiorników wrażliwych na zaburzenia napięcia. Układ dedykowany jest do instalacji w sieci trójfazowej trójprzewodowej, lub cztero-przewodowej na poziomie niskiego, lub średniego napięcia. Rozważany w pracy układ zbudowany jest w oparciu o 3 jednofazowe falowniki napięcia połączone wspólną stroną prądu stałego, natomiast sprzężenie z siecią realizowane jest przez 3 jednofazowe transformatory dodawcze. W rozprawie przedstawione są wyniki symulacji komputerowych wykonanych w pakiecie Matlab/Simulink oraz wyniki eksperymentalne pracy modelu laboratoryjnego. Badania symulacyjne dotyczyły sprawdzenia koncepcji sterowania układem szeregowym w oparciu o strategię krokową w wyprzedzeniem fazy (PAS, phase advance strategy) umożliwiającą kontrolę wymiany energii między układem szeregowym a siecią i odbiornikiem. Wyprzedzenie fazy (rozsunięcie wskazów napięcia zasilania i odbiornika) wyznaczane jest na podstawie pomiaru napięcia DC (poziomu zgromadzonej energii). Jako regulator napięcia falownika zastosowano regulatory proporcjonalne wykorzystujące trzy wielkości wejściowe: napięcie zasilania i odbiornika, oraz prąd kondensatora filtru częstotliwości łączeniowej. Dodatkowo w celu zmniejszenia liczby przetworników pomiarowych wykorzystano estymator prądu kondensatora, co umożliwiło zbudowanie układu regulacji korzystając z 7 przetworników napięciowych. Model laboratoryjny zbudowano przy wykorzystaniu systemu szybkiego prototypowania dSPACE, wytwarzającego impulsy sterujące dla tranzystorów zawartych w inteligentnych modułach mocy. Model laboratoryjny przystosowano do pracy z trójfazowym odbiornikiem o mocy 3 kVA i napięciu znamionowym 230/400 V. Układ laboratoryjny prawidłowo kompensował jednofazowe zapady napięcia i odkształcenie napięcia zasilania.
Application of active series compensators for power quality improvement.
In the thesis the author presents a concept and studies of a series active compensator capable of suppressing several voltage disturbances simultaneously. Application of the device has arisen from the need of protecting the load which is sensitive to supply voltage disturbances. The presented compensator is intended for installation in three- or four-wire power network on medium or low voltage level. The compensator was composed of 3 one-phase inverters utilising common DC side, consequently coupling with the net was done by means of 3 one-phase injection transformers. The thesis describes results of simulations obtained using Matlab/Simulink package, and experimental test of a laboratory model of the compensator. The simulations concerned tests of the compensation strategy, which had been chosen to be phase advance strategy, due to the possibility of energy exchange control between the compensator and the supply network. Phase advance (phase shift between supply and load voltages) is derived from the storage capacitor DC voltage level (stored energy level). Inverters were controlled by means of multiloop proportional controllers, which utilised signals of load voltage, supply voltage and switching filter capacitor current. In order to decrease the number of needed transducers an estimator of the capacitor current was employed which resulted in utilising 7 voltage transducers to fully control the compensator. The laboratory model used in the tests utilised dSPACE rapid prototyping system, which provided switching pulses for intelligent power modules. The laboratory model was designed for application with 3 kVA nominal load power and 230/400 V nominal supply voltage. During the experiments the compensator proved its capability to suppress one-phase voltage dips and voltage distortion.
