علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

افزایش راندمان و قابلیت اطمینان منبع تغذیه توان بالا با کاربرد لامپ های TWTA

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران
2 استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران
چکیده
از مهم ترین مسائل مربوط به تامین توان لامپ های TWTA در ماهواره ها داشتن ریپل پایین ، بازده بالا، قابلیت اطمینان بالا ، حجم و وزن بهینه می باشد. در این مقاله راندمان و قابلیت اطمینان مبدل الکترونیک-قدرت DC/DC ولتاژ بالا برای کاربرد در سامانه‌های ماهواره و فرستنده آن بهینه می‌شود. هدف بهینه سازی، حداقل سازی تابع هدف که شامل راندمان و قابلیت اطمینان است به کمک الگوریتم ژنتیک چند هدفه (NSGA-II) می باشد. بمنظور ارزیابی قابلیت اطمینان از مدل مارکوف استفاده می شود که در آن خطاهای اتصال کوتاه و مدار باز برای کلیدها و دیودهای مدار و خطای اتصال کوتاه برای المان‌های پسیو مدار در نظر گرفته شده است. برای بهینه سازی ابتدا متغیرهای ورودی الگوریتم به عنوان ورودی تابع هدف تعیین می‌شوند تا به کمک آنالیز حساسیت پارامترهایی که دارای حساسیت پایینی هستند و تغییراتشان بر تابع هدف تاثیر عمده ندارد، حذف شوند. همچنین پارامترهای الگوریتم NSGA-II شامل تعداد تکرار، تعداد جمعیت و احتمال تقاطع و جهش برای محاسبه دقیق متغیرهای مدار، تعیین شده‌اند. همانگونه که در بخش نتایج آورده شده است در این روش علاوه بر حفظ راندمان بالا با انتخاب بهینه المان ها می توان به قابلیت اطمینان بالا برای این مبدل دست یافت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]  C. Zhang, S. Du and Q. Chen, "A novel scheme suitable for high-voltage and large-capacity photovoltaic power stations," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 9, pp. 3775-3783, 2013, https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2208438‎‎.
[2] S. N. Vukosavić, L. S. Perić and S. D. Sušić, "A novel power converter topology for electrostatic precipitators," IEEE Transactions on Industrial Electronics,, vol. 31, no. 1, pp. 152-164, 2016, https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2405471‎.
[3]  J. F. Chen, R.Y. Chen, and T .J. Liang, "Study and implementation of a single-stage current-fed boost pfc converter with zcs for high voltage applications," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 1, pp. 379-386, 2008, https://doi.org/‎‏ ‏‎1109/TPEL.2007.909283‎.
[4] I. Barbi, and R. Gules, "Isolated DC-DC converters with high-output voltage for twt a telecommunication satellite applications," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 18, no. 4, pp. 975-984, 2003, https://doi.org/10.1109/TPEL.2003.813762‎.
[5]  S. H. Ahn, H. J. Ryoo, J. W. Gong and S. R. Jang, "Low-ripple and high-precision high-voltage dc power supply for pulsed power applications," IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 42, no. 10, pp. 3023-3033, 2014, https://doi.org/10.1109/TPS.2014.2333813‎.
[6]  X. Wang, W. Yang, and D. Liang, "Multi-objective robust optimization of hybrid AC/DC distribution networks considering flexible interconnection devices," IEEE Access, vol. 9, pp. 166048-166057, 2021, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3135609‎.
[7]  Y.W. Cho, J. M. Kwon, and B.H. Kwon, "Single power-conversion AC--DC converter with high power factor and high efficiency," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 9, pp. 4797-4806, 2013, https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2286832‎.
[8] G. Li, D. Yang, B. Zhou, Y. F. Liu, and H. Zhang, "A topology-reconfigurable fault-tolerant two-and-single stage AC-DC converter for high reliability applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2022, https://doi.org/10.1109/TIE.2022.3174236‎.
[9]  S. Raj, V. Singh, N. K. Rajalwal, and D. Ghosh, "Reliability prediction of a distribution protection scheme using markov model," in 8th International Conference on Reliability, Infocom Technologies and Optimization (Trends and Future Directions)(ICRITO), pp. 868-87, 2020, https://doi.org/10.1109/ICRITO48877.2020.9197804‎.
[10] M. Ghavami and C. Singh, "Reliability evaluation of electric vehicle charging systems including the impact of repair," IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 1-9, 2017, https://doi.org/10.1109/IAS.2017.8101865‎.
[11] S.  A. Q. Mohammed and J. W. Jung, "A state-of- the-art review on soft-switching techniques for DC–DC, DC–AC, AC–DC, and AC–AC power converters," IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 17, no. 10, pp. 6569-6582, 2021, ‎https://doi.org/10.1109/TII.2021.3058218‎.
[12]  W. Kuo and V. R. Prasad, "An annotated overview of system-reliability optimization," IEEE Transactions on Reliability, vol. 49, no. 2, pp. 176-187, 2000, https://doi.org/10.1109/24.877336‎.
[13]  A. T. Bryant, P. A. Mawby, P. R. Palmer, E. Santi, and J. L. Hudgins, "Exploration of power device reliability using compact device models and fast electrothermal simulation," IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 44, no. 3, pp. 894-903, 2008, https://doi.org/10.1109/TIA.2008.921388‎.
[14]  A. H. Ranjbar, M. Kiani, and B. Fahimi, "Dynamic markov model for reliability evaluation of power electronic systems," in International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, pp. 1-6, 2011, https://doi.org/10.1109/PowerEng.2011.6036439‎.
[15] P. Babcock and S. Philip, "An introduction to reliability modeling of fault-tolerant systems," The Charles Stark Draper Laboratory, Cambridge, MA, Tech. Rep. CSDL, 1986.
[16] V. Mulpuri, M. Haque, M. N. Shaheed, and S. Choi, "Multistate markov analysis in reliability evaluation and life time extension of DC-DC power converter for electric vehicle applications," in IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2018, pp. 280-285, https://doi.org/10.1109/ITEC.2018.8450102‎.
[17]  J. L. Soon, D. D.C. Lu, J. C.H. Peng, and W. Xiao, "Reconfigurable nonisolated DC–DC converter with fault-tolerant capability," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 35, no. 9, pp. 8934-8943, 2020, https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2971837‎.
[18]  H. Tarzamni, F. Tahami, M. Fotuhi-Firuzabad and F. Blaabjerg, "Improved markov model for reliability assessment of isolated multiple-switch PWM DC-DC converters," IEEE Access, vol. 9, pp. 33666-33674, 2021, https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3060950‎.
[19]  B. Ye, X. Shi, X. Wang, and H. Wu, "Optimisation configuration of hybrid AC/DC microgrid containing electric vehicles based on the NSGA‐II algorithm," The Journal of Engineering, vol. 2019, no. 10, pp. 7229-7236, 2019, https://doi.org/10.1049/joe.2018.5043.
[20] T. B. Soeiro, J. Mühlethaler, J. Linnér, P. Ranstad and J. W. Kolar, "Automated design of a high-power high-frequency LCC resonant converter for electrostatic precipitators," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 60, no. 11, pp. 4805-4819, 2013, https://doi.org/10.1109/TIE.2012.2227897‎.

  • تاریخ دریافت 15 اردیبهشت 1402
  • تاریخ بازنگری 25 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش 29 خرداد 1402
  • تاریخ اولین انتشار 29 خرداد 1402