Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej
na Wydziale Elektrycznym Politechniki Warszawskiej
Warsaw University of Technology - Electrical Engineering
Institute of Control and Industrial Electronics
Zakład Elektroniki Przemysłowej ZAKŁAD NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO
ELECTRICAL DRIVE DIVISION
Zakład Sterowania Zakład Maszyn Elektrycznych

STRONA GŁÓWNA

PRACOWNICY

DOKTORANCI

DYDAKTYKA

NAUKA

PRACE DYPLOMOWE

SEMINARIUM

STUDIA PODYPLOMOWE

OPROGRAMOWANIE

Tematyka i opis projektów badawczych realizowanych w ZNE

Metody sterowania przekształtników trójfazowych współpracujących z siecią asymetryczną i odkształconą, z wykorzystaniem niekartezjańskich układów współrzędnych

Kierownik projektu: dr inż. Grzegorz Iwański

Projekt badawczy Narodowego Centrum Nauki numer 2016/23/B/ST7/03942
Termin realizacji projektu od 01.08.2017 do 31.07.2020

Przekształtniki sieciowe stosowane są coraz częściej jako interfejsy sieciowe w urządzeniach będących odbiornikami energii elektrycznej (prostowniki aktywne) oraz są kluczowym komponentem wszystkich niekonwencjonalnych układów wytwarzania energii elektrycznej takich jak turbiny wiatrowe, moduły fotowoltaiczne, czy magazyny energii integrowane z siecią elektroenergetyczną (BESS). Klasyczne metody sterowania przekształtnikami trójfazowymi sieciowymi są dość podatne na wystąpienie harmonicznych i wymagają odpowiedniej filtracji zmiennych. Dużo większy niekorzystny wpływ ma wystąpienie asymetrii napięcia, gdyż zakłócenie ma tę samą częstotliwość co składowa podstawowa napięcia. Klasyczne podejście w przypadkach zakłóceń zakłada symetryzację prądów przekształtnika. Osiągnięcie innych celów sterowania tj. np. asymetrycznego prądu przekształtnika, które potencjalnie mogłyby mieć korzystny wpływ na sieć elektroenergetyczną, wymaga zastosowania bardziej wyrafinowanych struktur regulacji, w tym m. in. członów oscylacyjnych jako regulatorów, dla których wprowadzenie ograniczenia sygnału wyjściowego nie jest intuicyjne i rodzi problemy. Celem projektu jest opracowanie nowych metod sterowania przekształtników sieciowych pozwalających na bezpieczną pracę oraz osiągnięcie wysokiej jakości energii w przypadku pracy z siecią w wysoką zawartością wyższych harmonicznych i asymetrią napięcia trójfazowego. Zasadniczym celem Projektu jest opracowanie metod sterowania przekształtników z wykorzystaniem niekartezjańskich układów współrzędnych, w których zmienne wykorzystane w sterowaniu są stałe w czasie niezależnie od występowania harmonicznych czy asymetrii zarówno w napięciu sieci jak i w prądzie przekształtnika. Samo wykorzystanie transformacji do układu niekartezjańskiego pozwoli na uproszczenie struktur regulatorów, natomiast wyznaczanie pożądanych wartości prądów w zależności od wystąpienia asymetrii i harmonicznych w napięciu jest kolejnym zagadnieniem, które będzie podjęte w projekcie. Intencjonalne wprowadzenie asymetrycznego czy odkształconego harmonicznymi prądu przekształtnika może pomagać w poprawie jakości napięcia sieci w przypadku gdy moc zwarciowa sieci jest stosunkowo nieduża w porównaniu z mocą przekształtnika (sieć o dużej impedancji). Realizacja badań wymagać będzie przede wszystkim podejścia analitycznego, wyznaczenia współczynników transformacji zmiennych do nowych układów współrzędnych, określenia wpływu prądu przekształtnika na napięcie sieci przy danej relacji między impedancją sieci a mocą przekształtnika, wyznaczenia wartości zadanych prądu, a następnie weryfikacji obliczeń w modelu symulacyjnym i na stanowisku laboratoryjnym. Wyniki badań mogą pomóc w osiągnięciu wyższej jakości energii elektrycznej pobieranej przez odbiorniki z trójfazowym interfejsem energoelektronicznym lub wytwarzanej w układach niekonwencjonalnych źródeł energii elektrycznej, zwłaszcza w sieciach rozproszonych z dużym udziałem tych źródeł.

Teoria układów wytwarzania energii elektrycznej z generatorami o regulowanej prędkości

Kierownik projektu: Prof. dr hab. inż. Włodzimierz Koczara

Projekt badawczy Narodowego Centrum Nauki numer 2013/11/B/ST8/04420.
Termin realizacji projektu od 23.07.2014 do 22.07.2017

Celem projektu jest opracowanie podstaw, rozwój metod i układów wytwarzania energii elektrycznej z generatorami o regulowanej prędkości. Generatory synchroniczne napędzane turbinami parowymi lub gazowymi, dla wytworzenia napięcia 50 Hz, pracują ze stałą prędkością 3000 obr/min, zaś napędzane silnikiem Diesla z prędkością 1500 obr/min. Wymagania stałej i stosunkowo niskiej prędkości generatora nie pozwalają na postęp w budowie turbin i silników spalinowych, na zmniejszenie masy zespołów prądotwórczych oraz na zmniejszenia zużycia energii pierwotnej. Generator synchroniczny spełnia dwie funkcje. W pierwszej jest przetwornikiem energii mechanicznej na elektryczną a w drugiej zapewnia wymaganą jakość napięcia. W generatorze synchronicznym przebieg czasowy napięcia jest wynikiem ruchu wirnika i strumienia skojarzonego ze stojanem a regulacja wartości skutecznej napięcia jest powolna. Badania źródeł energii poprzez analizę, syntezę zespołów prądotwórczych wykorzystujących technikę statycznego przekształcania energii elektrycznej umożliwiają pracę generatorów z regulowaną i niekonwencjonalną prędkością, której wybór wynika z dążności do oszczędności paliw, materiałów oraz zwiększenia żywotności urządzeń. Idea podejścia do wytwarzania energii elektrycznej jest oparta na hipotezie w której klasyczny generator synchroniczny jest zastąpiony dwoma urządzeniami realizującymi funkcje wytwarzania energii elektrycznej. Rozdzielenie funkcji przetwornika energii mechanicznej na elektryczną od wytwarzania napięcia oznacza wprowadzenie dodatkowego stopnia swobody. Zgodnie z hipotezą zadaniem generatora jest tylko przetwarzanie energii mechanicznej na elektryczną natomiast rolę zapewnienia jakości napięcia realizuje przekształtnik energoelektroniczny. Odsprzężenie napięcia wyjściowego od ruchu generatora uniezależnia napięcie wyjściowe od położenia wirnika oraz umożliwia wykorzystanie energii kinetycznej zmagazynowanej w wirujących masach. Układ przekształcający zmienne napięcie generatora na napięcie o zadanych parametrach, charakteryzuje się dużą szybkością działania. Oznacza to możliwość regulacji chwilowego napięcia. Badania dotyczą czterech obszarów. Pierwszy to analiza układów napędowych z silnikami o spalaniu wewnętrznym oraz turbin (turbin dużej mocy i mikroturbin) w zakresie zmiennej lub niekonwencjonalnej prędkości w celu określenia zakresów pracy charakteryzujących się wysoką sprawnością oraz możliwością redukcji gabarytów. Drugi obszar dotyczy przetworników energii mechanicznej na elektryczną w odniesieniu do regulowanej prędkości oraz problemów wzbudzenia. Rozważone będą generatory z magnesami trwałymi oraz synchroniczne o uzwojonym wirniku i o podwyższonej częstotliwości. W trzecim będą rozwijane przekształtniki energoelektroniczne w zakresie pracy autonomicznej i sieciowej. Będą to przekształtniki z pośrednim obwodem napięcia stałego w których przekształtnik od strony generatora reguluje moment oporowy generatora oraz napięcie obwodu pośredniego a przekształtnik wyjściowy, w przypadku pracy autonomicznej, wytwarza napięcie sinusoidalne a przy pracy na sieć wytwarza prąd sinusoidalny o zadanej fazie i amplitudzie. Stosownie do amplitudy napięcia wyjściowego będą rozwijane przekształtniki dwu lub wielopoziomowe. Zaproponowane będą metody i układy integracji zespołów prądotwórczych z magazynami energii, źródłami energii odnawialnej oraz z ogniwami paliwowymi czyli układy hybrydowe. Analiza i synteza układów regulacji wytwarzania energii elektrycznej, przy wykorzystaniu zespołów o zmiennej, regulowanej i niekonwencjonalnej prędkości generatora będzie realizowana w obszarze czwartym. Rozważane będą strategie regulacji prędkości.
Szczegolowy opis w jezyku polskim
Additional information in english

Efektywność energetyczna przekształtnikowego układu napędowego z silnikiem indukcyjnym średniego napięcia do pomp obiegowych w inteligentnej sieci ciepłowniczej

Kierownik projektu: dr inż. Zbigniew Szulc

Projekt badawczy własny numer 3139/B/T02/2011/40.
Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki.

W projekcie planuje się budowę modelu matematycznego efektywności energetycznej przekształtnikowego układu napędowego pompy obiegowej, przy pomocy współczynników opisujących liczbowo zjawiska takie jak:
- straty mocy czynnej w przekształtniku energoelektronicznym i silniku przy odkształconych przebiegach prądu i napięć
- odkształcony przebieg prądu pobieranego z sieci zasilającej
- pobór mocy biernej przy przebiegach odkształconych
- wpływ asymetrii prądu zasilającego
- pulsacje momentu silnika zasilanego z przekształtnika
Sprawdzenie poprawności modelu na podstawie wartości rzeczywistych wybranych układów napędowych umożliwi zbudowanie funkcji opisującej zużycie energii i przeprowadzenie optymalizacji tej funkcji pod względem minimalnego zużycia energii.
więcej informacji

Sterowanie maszyny indukcyjnej dwustronnie zasilanej pracującej w warunkach sieci asymetrycznej

Kierownik projektu: dr inż. Grzegorz Iwański

Projekt badawczy Narodowego Centrum Nauki numer 2011/01/B/ST7/05836
Termin realizacji projektu od 20.12.2011 do 19.12.2014

Celem Projektu jest analiza właściwości oraz synteza metod regulacji układu wytwarzania energii z prądnicą indukcyjną pierścieniową dołączoną do sieci, w szczególności sieci asymetrycznej. Tego typu prądnica jest stosowana w wielu modelach turbin wiatrowych a także w rozwiązaniach elektrowni wodnych o regulowanej prędkości generatora o mocach rzędu setek megawatów. Dokonana zostanie analiza modelu prądnicy dwustronnie zasilanej podczas współpracy z siecią asymetryczną, wyznaczenie dopuszczalnych zakresów pracy oraz opracowanie metody sterowania pozwalających na eliminację tętnień momentu elektromagnetycznego maszyny. Pożądane jest przy tym, aby metoda sterowania nie wymagała ekstrakcji składowych zgodnej i przeciwnej a przynajmniej nie w zakresie oddzielnej regulacji składowych zgodnej i przeciwnej prądu wirnika oraz prądu przekształtnika sieciowego. Opracowane będą również struktury pozwalające na pracę bez stosowania czujnika położenia wirnika. Estymatory położenia wirnika typu MRAS powinny być odporne na asymetrię napięcia sieciowego. Badana będzie również możliwość wspomagania sieci energetycznej przez generację mocy biernej w przypadku zapadów napięcia sieci.

Inteligentny układ kompensacji mocy biernej do elektrowni z maszynami indukcyjnymi

Kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Włodzimierz Koczara

Projekt badawczo-rozwojowy numer N R01 0016 06/2009.
Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
Termin realizacji projektu od 01.10.2009 do 30.09.2012.

Głównym celem projektu jest poprawa jakości energii elektrycznej, produkowanej przez źródła odnawialne, jakimi są małe elektrownie z generatorami indukcyjnymi. Do nich należą np. małe elektrownie wodne wykorzystujące generatory indukcyjne klatkowe. Generatory indukcyjne cechuje prostota, duża odporność na zakłócenia w sieci elektroenergetycznej jak i, w odróżnieniu od generatorów synchronicznych, niewypadanie z synchronizmu.
więcej informacji

Autonomiczny układ wytwarzania energii elektrycznej z generatorem indukcyjnym zasilanym od strony wirnika współpracujący z magazynem energii

Kierownik projektu: dr inż. Grzegorz Iwański

Projekt badawczy własny numer 1707/B/T02/2008/35.
Projekt finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Termin realizacji projektu od 05.09.2008 do 04.09.2011.

Głównym celem projektu jest opracowanie topologii i struktur sterowania dla autonomicznego układu wytwarzania energii z prądnicą indukcyjną pierścieniową z uwzględnieniem zasilania odbiorników liniowych, nieliniowych i asymetrycznych. W szczególności dotyczy to sterowania przekształtnikiem wirnikowym, sterowania przekształtnikiem sieciowym oraz metod zarządzania rozpływem energii między obwodem DC przekształtnika głównego oraz zespołem magazynów energii.
więcej informacji

Układ pomiarowy prądu o podwyższonej temperaturze pracy, do prądowych sprzężeń zwrotnych w przekształtnikach energoelektronicznych

Kierownik projektu: prof. dr hab. Włodzimierz Koczara

Wykonawca mgr inż. Filip Grecki

Projekt badawczy promotorski numer 3848/B/T02/2008/35.
Projekt finansowany przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.
Termin realizacji projektu od 08.09.2008 do 30.04.2010.

Głównym celem projektu jest opracowanie konstrukcji układu pomiarowego prądu dla przekształtników energoelektronicznych o podwyższonej temperaturze pracy stosowanych w nowoczesnych układach napędowych pojazdów elektrycznych i hybrydowych.
więcej informacji

Metody i układy regulacji prędkości bezszczotkowego silnika z magnesami trwałymi o polu osiowym bez mechanicznego czujnika położenia wirnika

Kierownik projektu: prof. dr hab. Włodzimierz Koczara

Projekt badawczy numer N N510 0864 33.

Control of Renewable Integrated Systems Targeting Advanced Landmarks - CRISTAL

Projekt realizowany w latach 2008-2009 pod kierownictwem Anglia Ruskin University z Cambridge UK. Ze strony polskiej największe zaangażowanie w realizację projektu wykazał dr inż. Grzegorz Iwański.
read more

High Density Power Electronics for Hybrid Vehicles

Projekt realizowany w latach 2006-2008 w ramach FP6 (STREP). Głównymi wykonawcami projektu byli dr inż. Grzegorz Iwański, mgr inż. Filip Grecki oraz prof. dr hab. Włodzimierz Koczara jako kierownik projektu. Projekt był kierowany przez firmę Siemens, a partnerami projektu były takie instytucje jak Fraunhofer Institute, VALEO, INRET, Daimler Chrysler, Renault, Volkswagen.
więcej informacji  read more

Europejskie Centrum Doskonałości PELINCEC 2003-2005 - Power Electronics and Intelligent Control for Energy Conservation

Zakład Napędu Elektrycznego brał udział w realizacji projektu jako wykonawca podprojektu "Working Group 5 Renewable Energy" (prof. dr hab. Włodzimierz Koczara) oraz "Working Group 6 Hybrid Energy Systems" (prof. dr hab. Lech M. Grzesiak).

Oś. Promocji Badań z zakresu Energoelektroniki | Wydz. Elektryczny | Politechnika Warszawska
Uwagi dotyczące użyteczności, zawartości, zauważonych błędów oraz pomysłów
na rozszerzenie tej strony proszę kierować do webmaster