بخشی از مقاله
چکیده – امروزه با افزایش واحدهاي تولید پراکنده و استفاده از ادوات الکترونیک قدرت، مسائل و نیازهاي مختلفی در طراحی ، کنترل و حفاظت از شبکههاي صنعتی و قدرت بوجود آمده است. یکی از این موضوعات و مسائل مهم میتوان به تخمین مولفههاي ولتاز و جریان - مولفه مثبت دامنه، فرکانس و فاز لحظهاي - با دقت بالا و همچنین دینامیک سریع در تشخیص مناسب و دقیق تغییرات این مولفهها اشاره کرد.در این مقاله ابتدا به بررسی لزوم تخمین دقیق مولفههاي ولتاژ و جریان پرداخته میشود، در ادامه روشی بر مبناي حلقه قفل فاز معرفی میشود، که داراي دینامیک سریع و مناسب براي محیطهاي هارمونیکی است. سپس معادلات زمان گسسته ، براي پیادهسازي عملی و دیجیتالی آورده شده است، و نتایج شبیهسازي بر مبناي معادلات زمان گسسته در MATLAB و PSCAD ارائه شده است.
-1 مقدمه
امروزه با افزایش استفاده از واحدهاي تولید پراکنده و همچنین استفاده از ادوات الکترونیک قدرت در سیستمها و مجتمعهاي صنعتی، خطوط تولیدي و کنترل سرعت موتورها تخمین فرکانس ، پیک دامنه و زاویه لحظهاي از اهمیت بالایی برخوردار است، به عنوان نمونه میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- 1 در سیستمهاي ASD و کنترل دور مجتمعهاي صنعتی و پتروشیمی، باید با اطلاع دقیق از دامنه مولفه کنترل - ولتاژ یا جریان - به کنترل زاویه آتش پرداخت.
2 - براي اعمال پالس آتش باید زاویه فاز سیستم و لحظه دقیق عبور توالی مثبت از صفر مشخص باشد.
3 - در اتصال شبکهها به همدیگر و همچنین اتصال منابع تولید پراکنده به شبکه اطلاع دقیق از وضعیت ولتاژ و جریان موضوعی غیر قابل اجتناب است،
هر چند که شاید تغییرات فرکانس در شبکه قدرت ناچیز باشد، اما باید توجه داشت در حالتی که سیستم بصورت جزیرهاي1 یا مجزا2 عمل میکند، اجازه تغییرات فرکانس به سیستم داده میشود. که حتی در مواردي فرکانس تا 5 هرتز میتواند تغییر کند .[1] بعلاوه بدلیل قطع برق، کارخانههاي صنعتی انرژي الکتریکی مورد نیاز خود را بصورت محلی و از نیروگاههاي داخلی تامین میکنند، مسئله تغییر و تشخیص فرکانس در این حالت اهمیت خاصی دارد. مخصوصا زمانی که اتصال کوتاه رخ دهد، که در این صورت علاوه بر تغییر فرکانس، موضوع تغییر ناگهانی دامنه و پرش زاویه فاز مطرح میشود.
-2 روش هاي معمول تخمین فاز، فرکانس و دامنه
در سیستمهاي قدرت به دو دلیل تشخیص و تخمین شکل موج ، با مشکل روبرو میشود:
1 - وجود مولفههاي هارمونیکی: معمولا در سیستمهاي صنعتی که از عناصر الکترونیک قدرت استفاده میکنند ، و در بیشتر محیطهاي صنعتی دیگر نظیر کورههاي القایی این مسئله وجود دارد.
2 - پرش فاز سیستم در اتصال کوتاههاي نامتقارن: در اتصال کوتاههاي نامتقارن، بدلیل عملکرد مولفههاي توالی مثبت و منفی، پرش فاز لحظهاي بوجود میآید
.[2] بعنوان مثال در اتصال کوتاه تکفاز به زمین، ممکن است تا 30 درجه پرش زاویه فاز بوجود آید. در صورتی که سیستم کنترلی قادر به تشخیص این موضوع نباشد، میتواند عملکرد تجهیزات را تحت تاثیر قرار دهد و حتی موجب اضافه جریان3 و خروج سیستم شود. یکی از روشهاي متداول تخمین مولفههاي ولتاژ و جریان استفاده از تبدیل فوریه است. اما در محیطهاي هارمونیکی این روش نمیتواند فرکانس را با سرعت و دقت مناسب تشخیص دهد. و در نتیجه محاسبه ضرایب مولفههاي اصلی ولتاژ و جریان با خطا همراه میشود. و هر 3 مولفه دامنه ، فرکانس و فاز سیستم با خطا تخمین زده میشود.
-3 تخمین فرکانس مبتنی بر EPLL
حلقههاي قفل فاز - PLL - در سنکرونیزاسیون ادوات الکترونیک قدرت بسیار گسترش پیدا کرده است. ساختارهاي مختلفی براي حلقههاي قفل فاز پیشنهاد شده است، که معمولا براساس انتقال به قاب dq عمل میکنند. روشی که در اینجا معرفی میشود، روشی مبتنی بر EPLL است .[3] که در شکل - 1 - بلوك دیاگرام ساختار اصلی آن آورده شده است. میتوان EPLL را یک فیلتر تطبیقی غیر خطی دانست، که با شکل ساده خود قابلیتهاي بالایی در سنکرونیزاسیون و استخراج دامنه، فرکانس و فاز سیستم دارد .[3] سرعت دینامیکی EPLL به ضرایب کنترلی آن بستگی دارد، در شکل - 1 - ، این ضرایب با آورده شده است .[4] در [5] استفاده از فیلتر پایین گذر در درون هسته مرکزي EPLL پیشنهاد شده است. در این شرایط هر چند سیستم در حالت مانا عملکرد مطلوبی دارد، اما زمانی که فرکانس یا دامنه تغییر ناگهانی دارد عملکرد سیستم بسیار کند است.
مزایاي این روش عبارتند از:
1 - براي افزایش سرعت دینامیکی میتوان K , Ki , K p را افزایش داد.
2 - هارمونیکها و اغتشاشات خروجی توسط فیلتر حذف میشوند. و فیلتر تاثیري در سرعت EPLL ندارد.
