Virtasäädön toteutustavat verkkoonkytketyissä tasa- ja vaihtosuuntaajissa

Abstract

Energialähteiden, sähköverkon ja verkon kuormien yhdistämiseen tarvitaan tasa- ja vaihtosuuntaajia. Näillä muutetaan sähköinen jännite joko muuttuvasta vaihtojännitteestä vakaaseen tasajännitteeseen tai toisinpäin. Perinteisten vaihtovirtageneraattoreiden rinnalle ovat nousseet uusiutuvat energiamuodot, kuten aurinkosähkö ja polttokennot, joiden tuottamaa tasajännitettä ei voi kytkeä sähköverkkoon sellaisenaan. Tälle rajapinnalle soveltuvat vaihtosuuntaajat, joilla sähköenergia muutetaan vaihtojännitteeksi, joka vastaa perinteisten generaattorien tuottamaa sähköä. Sähköverkosta saatava sähköenergia tulee muuttaa tasajännitteeksi, kun kuormaksi kytketään esimerkiksi elektronisia laitteita. Nämä jännitteen muutokset tulee tehdä huolellisesti, jotta verkon jännite pysyy standardien määräämällä alueella. Virtasäädöllä muokataan virran käyrämuoto vastaamaan mahdollisimman hyvin sinifunktiota, jotta sähkön siirto tapahtuu mahdollisimman tehokkaasti. Kandidaatintyössä tutkitaan tasa- ja vaihtosuuntaajien topologioita ja toimintaperiaatteita, sekä esitetään virtasäädön toteutustapoja ja näiden etuja ja haittoja. Erilaisia topologioita ja virtasäädön menetelmiä on olemassa useita, minkä takia työhön on valittu näistä vain yksinkertaisimmat, jotta työstä ei tule liian laaja. Työn lopuksi havainnollistetaan simulaation avulla vaihtosuuntaajan virran käyttäytymistä, kun virtasäätö on toteutettu hystereesisäädöllä ja hybridiohjauksella. Työssä tehdyn tutkimisen perusteella huomataan virtasäädön toteutustapoja olevan useita. Osa näistä monimutkaisista menetelmistä vaatii paljon ymmärrystä vaihtosähkösuureiden käyttäytymisestä sekä paljon matemaattisia operaatioita, jotta virtasäätö voidaan toteuttaa. Tutkituista materiaaleista löytyi kuitenkin monia yksinkertaisempia aikatason virtasäätötapoja, joiden toiminta on helppo ymmärtää ilman syvällistä perehtymistä.