بخشی از مقاله
چکیده -
حذف اعوجاج هارمونیکی و نزدیک شدن به پروفیل ولتاژ سینوسی از مباحث مهم و کاربردی در بحث کیفیت توان به شمار میرود.
تشخیص سریع و دقیق هارمونیکها ارزشی حیاتی برای جبرانسازی هارمونیکها در سیستمهای قدرت دارد. روشهایی برای تشخیص هارمونیکها ارائه شده که هر کدام دارای نقاط ضعفی مانند داشتن زمان تاخیر طولانی، حساسیت به تغییرات فرکانس شبکه و مشکلات رسیدن به خطای حالت ماندگار صفر میباشد.
در این تحقیق روش تشخیص هارمونیکهای انتخابی مبتنی بر حلقه قفل فاز - PLL - سه فاز با حذف سیگنال تاخیری آبشاری مورد بررسی قرار میگیرد که انعطافپذیری خوبی برای تشخیص مجزای هریک از هارمونیکها را داشته و همچنین سازگاری قابل توجهی با تغییرات کوچک و گذرای فرکانس دارد. مدل ارائه شده در محیط سیمولینک نرم افزار متلب شبیه سازی شده و نتایج آن استخراج گردیده است.نتایج نشان دهنده کار آیی و سرعت مناسب روش مذکور می باشد .
-1 مقدمه
توسعه روز افزون جبرانگرهای سیستم قدرت، سیستمهای تولید پراکنده و همچنین رشد سریع ابزارهای الکترونیک قدرت در سیستمهای انرژی امروزی باعث ایجاد مشکلات کیفیت توان و بخصوص هارمونیکها در سیستمهای قدرت شده است و اغتشاشات هارمونیکی را به یکی از مباحث مهم در سیستمهای قدرت تبدیل نموده است .لذا حذف اعوجاج هارمونیکی و نزدیک شدن به پروفیل ولتاژ سینوسی یکی از مباحث مهم و کاربردی در بحث کیفیت توان به شمار میرود. بنابراین تشخیص سریع و دقیق هارمونیکها برای جبرانسازی آنها در سیستمهای قدرت ارزشی حیاتی دارد. در ابتدا مقدمهای از انواع روشهای تشخیص هارمونیکها در سیستمهای جبرانساز را به اختصار بیان نموده و سپس سراغ مقالات موجود در این زمینه میپردازیم. بطور کلی این روشها به دو گروه کلی قابل دستهبندی میباشند:
روشهای تشخیص هارمونیک در حوزه فرکانس الف - تبدیل فوریه گسسته - DFT -
- تبدیل فوریه سریع
- تبدیل فوریه گسسته کشویی - SDFT -
روشهای تشخیص هارمونیک در حوزه زمان :
الف - فیلتر قاب مرجع ثابت - قاب - αβ
ب- فیلتر قاب مرجع سنکرون - قاب - dq
ج - فیلتر قاب مرجع ترکیبی - - αβ/dq
در روش حوزه فرکانس به علت بالا بودن حجم محاسبات سرعت سیستم نسبت به حوزه زمان کاهش می یابد لذا از این روش بیشتر در زمینه اندازه گیری و مانیتورینگ هارمونیک ها استفاده شده و جهت تشخیص و جبران سازی هارمونیک از روشهای تشخیص درحوزه زمان استفاده می گردد .در ادامه به چند نمونه از روشهای استفاده شده اشاره می گردد :
در مرجع [1]، طراحی و پیادهسازی یک روش جدید که برای تولید مرجع برای فیلترهای اکتیو فعال اعمال میشود معرفی شده است. تولید مرجع پیشنهاد شده ، تشخیص هارمونیک براساس الگوریتم Goertzel اجرا میشود. این باعث میشود این روش مناسب برای APF ها یا کاربردهای دیگری که نیاز به شناسایی هارمونیک است میباشد. یک تجزیه و تحلیل مقایسهای بین تبدیل گسسته فوریه و روش پیشنهادی انجام شده است. ژنراتور مرجع پیشنهاد شده با استفاده از یک پردازنده سیگنال دیجیتالی بکار گرفته شده و با شکل موجهایی از جریان-های معمولی بار تست شده است. نتایج آزایشگاهی تحت حالت-های ثابت و گذرا به دست آمده است.
در مرجع [2]، مفاهیم انتگرالگیری برای سیگنالهای سینوسی را پیشنهاد میدهد. یک کنترل کننده جریان PI با استفاده از انتگرال گیرهای تعمیم یافته قاب ثابت برای کنترل جریان فیلترهای اکتیو فعال اعمال می شود. خطای حالت پایدار صفر برای هارمونیک های جریان مرتبط با محاسبات کاهش یافته، تحت شرایط بار یا سیستم نامتعادل است. طراحی ثابت-های PI، تحقق دیجیتال انتگرال گیرهای تعمیم یافته، و نیز جبران زمان تاخیر محاسبه، مورد مطالعه قرار گرفته است.
در مرجع [3]، دو روش تشخیص هارمونیک برای کاربردهای الکترونیک قدرت بررسی شده است. یکی روش d-q است که بر فیلتر اکتیو سه فاز و کاربردهای STATCOM غالب است و یکی دیگر روش حذف تغذیه تطبیقی چندگانه است. قبل از روش اول روش نورون تطبیقی وجود داشت، که شبکه عصبی نیز نام داشت. نوآوری این روش که براساس نتایج آزمایشگاهی بیان شده است کمتر در مقالات ارائه شده است. در ابتدای مقاله مقدمهای از روش MAFC از نقطه نظر کنترل تطبیقی گفته شده است. همینطور عملکرد دینامیک و حالت پایدار این دو روش باهم مقایسه شده است. در نهایت مقایسه این دو روش راهنمایی برای بکارگیری روشهای ذکرشده را برای کاربردهای الکترونیک قدرت مثل فیلتر اکتیو یا STATCOM را حاصل می-نماید.
روشهای ارائه شده قبل هر کدام دارای نقاط ضعفی مانند داشتن زمان تاخیر طولانی، حساسیت به تغییرات فرکانس شبکه و مشکلات رسیدن به خطای حالت ماندگار صفر میباشد. لذا در این تحقیق روش تشخیص هارمونیکهای انتخابی مبتنی بر حلقه قفل فاز - PLL - سه فاز با حذف سیگنال تاخیری آبشاری [4] - CDSC - مورد بررسی قرار میگیرد که این روش انعطاف-پذیری خوبی برای تشخیص هارمونیکهای فرد از هارمونیکهای منبع را داشته و همچنین سازگاری قابل توجهی با تغییرات کوچک و گذرای فرکانس را دارد. ویژگی این روش محاسبه هارمونیکهای شبکه با سرعت و دقت بالا بصورت لحظهای و آنلاین میباشد . همچنین بکارگیری این روش برای کاربردهای مختلف مورد بررسی قرار میگیرد. هدف اصلی این تحقیق تشخیص دقیق و سریع هارمونیکهای سیستم به منظور جبران-سازی آنها و عدم انتقال آن به منبع تولید پراکنده میباشد.
-2 حذف سیگنال تاخیری - DSC - و تأثیرش بر روی سیگنالهای هارمونیک
مجموعهی سیگنالهای هارمونیک قدرت سه فاز Vabc میتواند در قاب βα با تغییر شکل کلارک تغییر یابند. وقتی Vabc نامتعادل و یا انحراف یافته باشد، سیگنال محدودهی زمان به وجود آمده V مجموع هارمونیکها است.
در رابطه - 1 - ، h مرتبه هارمونیک است. هر سیگنال هارمونیک میتواند توسط رابطه - 2 - نشان داده میشود، که در این رابطه بردار V اندازه ولتاژ، ω فرکانس زاویهای بنیادی است و زاویهی فاز اول است. بردار فاصلهی هارمونیک در فرکانس K در قاب βα میچرخد - هارمونیکهای توالی مثبت - h>0 - برخلاف عقربههای ساعت در حالیکه توالی منفی - h<0 - در جهت عقربه-های ساعت میچرخد.
هارمونیکهای مختلف بهدلیل فرکانس چرخشی متفاوت در زوایای متفاوت در یک بخشش زمانی یکسان میچرخند؛ که به همین دلیل متمایز کردن آنها از طریق عملکرد تأخیر را ممکن میسازد.
فرض کنید که T/n به عنوان زمان تأخیر انتخاب شده است T - چرخهی بنیادی و n عامل تأخیر است - ، بنابراین - T/ n که در این عبارت بردار هارمونیک hام توسط T/n به تأخیر می-افتد
مقیاس بندی میکند - و واکنش فاز - چگونه DSC هر زاویهی فاز هارمونیک را تغییر میدهد - مطابق با شکل 2 توصیف شود.
شکل :1 نمایش بردارهای فاصلهی هارمونیک استفاده شده توسط عملیات
ضرب بردار تأخیر در یک زاویهی چرخش انتخاب شده U بردار چرخیده شدهی شکل 1 را ایجاد میکند و اکنون این بردار می-تواند همراه با بردار اصلی برای ساخت یک اپراتور بردار تعمیم یافتهی DSC استفاده شود.
به طور مستقیم، مورد اول بر این نکته دلالت میکند که بردار چرخیده شده در فاز بردار اصلی است، در حالیکه بردار بعدی بر این نکته دلالت میکند که آنها فازهای مخالف دارند.
وقتی اپراتور DSC در سیگنال ورودی v استفاده شود حاوی هارمونیکهای متفاوت است، بنابراین هر بردار هارمونیک توسط یک زاویهی بی نظیر در طول زمان T/n به تأخیرمیافتد. هر چند زاویهی چرخش تأثیر یکنواختی بر روی تمام بردارهای هارمونیک دارد به طور کلی در معرض انتخاب طراح قرار میگیرد.
شکل :2 واکنشهای اندازه و فاز یک اپراتور h* .DSC ترتیب هارمونیک مقصد است. n فاکتور تأخیر است. واکنشهای اندازه و فاز به ترتیب دورههای n و 2n دارند
شکل :3 واکنش اندازهی یک اپراتور - DSC DSC2 - که برای استخراج بخش بنیادی توالی منفی استفاده میشود. ترتیب هارمونیک مقصد در h*=-2 برای حذف تمام هارمونیکهای نوعی و بخش بنیادی تنظیم شده است، در حالیکه سیگنال استخراج - - h+=-1 تا حدی تضعیف خواهد شد
بدیهی است که DSC افزایش پیوستگی و تغییر فاز صفر را در مرتبه مقصد h=h* و افزایش صفر را برای هارمونیک های h=h*- - K+1/2 - n دارد، در اینجا 0' 1 ' 2 '… .، آنها وقتی توسط DSC پردازش میشوند حذف میشوند. تمام هارمونیکها بین نقاط افزایش پیوستگی و نقاط افزایش صفر تضعیف شدهاند اما حذف نشدهاند. بنابراین با انتخاب مناسب پارامترهای n و h*، یک اپراتور DSC میتواند برای حذف، تضعیف یا حفظ یک هارمونیک ارائه شده ی قراردادی ترکیببندی شود.
