بخشی از مقاله
چکیده -
تقسیم بار بین منابع تولید پراکنده در ریزشبکههای DC، از طریق کنترل مبدلهای توان صورت میپذیرد. در میان روشهای کنترلی مختلف، روش کنترل افتی ، به دلیل سادگی و همچنین سهولت در پیاده سازی، به طور گسترده مورد استفاده قرار میگیرد. اما این روش نمی-تواند به طور همزمان تقسیم دقیق جریان بار و تنظیم ولتاژ مناسب را فراهم کند. همچنین لازم است با افزایش جریان بار، مقدار ضریب افتی معادل طوری تغییر یابد که بتواند تقسیم جریان دقیقتری را در پی داشته باشد.
این مقاله سعی دارد با ارائهی یک روش کنترلی بهبود یافته، محدودیتهای روش کنترل افتی را بر طرف کند. برای این منظور شاخصی تحت عنوان شاخص افتی بهبود یافته معرفی میشود. این شاخص تابعی از تلفات توان و همچنین حاصلضرب جریان بار در اختلاف جریانهای خروجی مبدلها میباشد. به کارگیری این شاخص برای محاسبهی لحظهای ضریب افتی، منجر به تقسیم جریان دقیق و تنظیم ولتاژ مناسب
با توجه به شرایط بارگذاری مختلف خواهد شد. این روش بر روی یک سیستم نمونه شامل دو مبدل بوست DC به DC موازی آزمایش میشود که نتایج این شبیه سازی، کارایی روش پیشنهادی را تایید میکنند.
-1 مقدمه
امروزه با گسترش جوامع شهری و افزایش تقاضای انرژی از سوی مصرف کنندگان و همچنین کاهش منابع سوختهای فسیلی که عامل اصلی تغییرات آب و هوایی ناشی از انتشار گازهای گلخانهای هستند، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر جایگاه ویژهای یافته است. به همین دلیل بررسی سیستمهای مبتنی بر منابع تجدیدپذیر مورد توجه بسیاری از محققان قرار گرفته است. به دلیل پراکندگی تقاضای انرژی و همچنین لزوم تامین انرژی در نقاطی که از شبکهی سراسری برق فاصله دارند، عموماً از منابع تولید پراکنده در شبکههایی با مقیاس کوچکتر که به آنها ریز شبکه میگوییم استفاده میشود. ریزشبکهها را می توان به عنوان یک شبکهی قدرت مقیاس کوچک در نظر گرفت که از ادغام واحدهای تولید پراکنده نظیر منابع انرژی تجدید-پذیر، دستگاههای ذخیره سازی انرژی و بارهای قابل کنترل تشکیل میشوند. مشخصهی منحصر به فرد ریزشبکهها این است که میتوان آنها را در دو وضعیت متصل به شبکه و جزیرهای بهره برداری کرد که باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم میشود
ماهیت dc بسیاری از منابع ، بارها و باتریها لزوم استفاده از ریزشبکه های dc برای اتصال مستقیم منابع و بارها از طریق مبدلهای dc-dc موازی را فراهم میکند7]، .[8 همچنین مزایایی نظیر بازدهی و قابلیت اطمینان بیشتر، اتصال آسانتر منابع ، سازگاری و تطابق با مصرف کننده، ساخت و کنترل آسانتر، باعث تمایل بیشتر برای استفاده از ریزشبکه های DC نسبت به ریزشبکههای AC میشوند.
مسئلهی اساسی در ریز شبکههای dc، کنترل مبدلها به ویژه به منظور تقسیم بار بین آنها میباشد. برای این منظور روشهای مختلفی ارائه شده که به طور کل به دو دستهی روشهای متمرکز و غیرمتمرکز تقسیم میشوند. روشهای متمرکزعموماً به ارتباطات بین مبدلها نیازمند هستند که باعث کاهش قابلیت اطمینان، افزایش هزینهها و پیچیدگی سیستم خواهند شد. در مقابل، روشهای غیر متمرکز به ارتباطات بین مبدلها نیازی ندارند و کنترل به صورت محلی صورت میگیرد. یکی از محبوبترین و کارآمدترین روشهای کنترل غیرمتمرکز، روش کنترل افتی میباشد. که به سبب ماهیت آن در کاهش ولتاژ متناسب با جریان، از آن به عنوان روش مقاومت مجازی نیز یاد میشود .
البته استفاده از روش کنترل افتی متداول نیز نواقصی اعم از دقت تقسیم جریان پایین، تنظیم ولتاژ ضعیف و در نتیجه بروز جریان گردشی بین مبدلها را دارد که به دلیل وجود پارامترهای نابرابر خط، مرجع اسمی ولتاژ نابرابر و استفاده از ضریب افتی ثابت بدون در نظر گرفتن انحراف ولتاژ لحظهای به وجود میآیند.
مرجع [1]، یک روش کنترل تطبیقی پیشنهاد میدهد که بسته به شرایط بارگذاری، هم تقسیم دقیق جریان و هم تنطیم ولتاژ قابل قبولی را فراهم میکند. این روش با افزایش بار، ضریب های افتی معادل را افزایش میدهد که موجب تقسیم دقیق جریان خواهد شد.
مرجع [2]، کنترل کنندهی افتی اصلاح شده را پیشنهاد میکند. در این مرجع برای اصلاح ولتاژ های اسمی، چنان که خطای بین آنها کاهش یابد، در بین مبدلها از جریان گردشی استفاده میشود.
مرجع [4]، به منظور جبران خطای افت ولتاژ و تقسیم بار، یک چارچوب یکپارچهی جبران سازی با استفاده از وضعیت بار مشترک در کنترل کنندهی محلی پیشنهاد میدهد. در این روش، انحراف ولتاژ توسط یک کنترل کنندهی P جبران میشود در حالی که تقسیم بار توسط یک کنترل کنندهی PI جبرانسازی میشود.
مرجع [5]، الگوریتم شاخص افتی تناسبی - PDI - همراه با روش جابجایی Rdroop را به منظور بهبود عملکرد تقسیم بار در ریزشبکه DC معرفی میکند. این شاخص تابعی از تفاوت نرمالیزه شدهی تقسیم جریان و انحراف ولتاژ در سمت خروجی مبدل است.
در مرجع [7]، به منظور بهتر شدن عملکرد ریزشبکهی dc، یک روش کنترل افتی اصلاح شده بر مبنای ارتباطات دارای پهنای باند کم پیشنهاد میشود. این سیستم کنترلی به کنترلکنندهی ثانویهی متمرکز نیازی ندارد. اما در عوض، برای تبادل اطلاعات در بین مبدلها، از کنترل کنندههای محلی استفاده میکند.
در مرجع [8]، برای کنترل اولیه/ ثانویهی ریزشبکهی DC، یک مکانیزم افتی تطبیقی توزیع شده پیشنهاد میشود. یک تنظیم کنندهی ولتاژ به جای کنترل ثانویهی متداول قرار میگیرد که این کنترل ثانویه، نقطهی معین ولتاژ را برای مکانیزم افتی محلی تنظیم میکند.
مرجع [9]، یک مدل پیشگویانه برای کنترل افتی و ردیابی نقطهی حداکثر توان برای رابط PV در سیستم توزیع هوشمند DC ارائه میدهد.
در مرجع [11]، به منظور بهبود عملکرد ریزشبکه DC، شاخصی به عنوان شاخص افتی - DI - معرفی می شود که تابعی از اختلاف تقسیم جریان و تلفات سمت خروجی مبدل ها است. روش کنترل افتی تطبیقی ارائه شده در این مقاله موجب حداقل شدن جریان گردشی و تقسیم دقیق جریان بین مبدل ها بر اساس مقاومت ظاهری لحظه ای می شود. همچنین با استفاده از جابجائی Rdroop ، مصالحهی بین اختلاف تقسیم جریان و تنظیم ولتاژ را از بین میبرد.
در مرجع [12]، به منظور بهتر شدن کارایی سیستم، یک روش کنترل افتی جدید پیشنهاد می شود. به طوری که سیستم به طور تطبیقی، نقطهی معین ولتاژ خروجی را برای هر یک از مبدلها به روز رسانی میکند.
این مقاله گسترشی از کار انجام شده در مراجع [1] و [11] میباشد، با این تفاوت که در این مقاله بر خلاف مرجع [11]، مقدار ضرایب افتی دو مبدل یکسان در نظر گرفته میشوند. با این کار مقدار ضرایب افتی معادل به صورت مستقیم و با طی فرایند کوتاهتری محاسبه میشوند که خود باعث دقت بالاتر و عملکرد بهتر سیستم میشود. همچنین با در نظر گرفتن اثر تغییرات جریان بار، مقدار ضریب افتی محاسبه شده در این روش متناسب با تغییرات بار، تغییر میکند.
این مقاله از پنچ بخش تشکیل می شود. در بخش دوم به معرفی روش افتی متداول پرداخته می شود. بخش بعد به ارائهی روش پیشنهادی به منظور تقسیم مناسب توان بین مبدلها و بیان مزایای آن نسبت دیگر روش ها میپردازد. در بخش چهارم نتایج شبیهسازی مبتنی بر روش پیشنهادی ارائه شده و همچنین مقایسه بین نتایج حاصل از این روش با روشهای دیگر صورت میگیرد. در بخش پایانی نیز نتیجه گیری ارائه می گردد.
-2 روش کنترل افتی متداول
کنترل افتی به صورت یک مقاومت مجازی بر روی حلقهی کنترل ولتاژ ظاهر میشود که باعث کاهش خطی ولتاژ با افزایش جریان خروجی میگردد
به این ترتیب که هر یک از مبدلها که جریان بیشتری نسبت به سایر مبدلها دارد، به ازای ضریب افتی مشابه، کاهش بیشتری در ولتاژ مرجع اعمال شده بهآن مبدل ایجاد خواهد کرد که این عمل باعث کاهش جریان خروجی آن مبدل می گردد. این روش را میتوان به صورت زیر فرمول بندی کرد :
-1-2 دقت تقسیم جریان
در حالتی که Rd 2 و Rd 1 با افزایش ضرایب افتی، اثر مقاومتهای خط و نقطهی اتصال کاهش یافته و در نتیجه خطای تقسیم جریان کاهش مییابد. اثر تغییرات ضریب افتی بر روی خطای تقسیم جریان در - - شکل - - 2 به صورت خط ممتد نشان داده شده است. همانطور که از این شکل فهمیده میشود، با افزایش ضریب افتی، خطای تقسیم جریان کاهش مییابد
-2-2 تنظیم ولتاژ
از معادله افتی برای محاسبهی مقدار تنظیم ولتاژ داریم:
شکل:1 الف - سیستم نمونه شامل دو مبدل بوست موازی
ب - مدار معادل حالت ماندگار در روش مقاومت مجازی
ج - پیاده سازی روش مقاومت مجازی
نمودار خط چین در - - شکل - - 2، اثر افزایش ضریب افتی بر روی تنظیم ولتاژ در ریزشبکههای dc را نشان میدهد. همانطور که در - - شکل - - 2 نشان داده شده، افزایش ضریب افتی منجر به بدتر شدن تنظیم ولتاژ میشود.
-3-2 بازده سیستم
از - - شکل 1 ب - - برای تلفات سیستم داریم:
- - شکل - - 3 کل تلفات سیستم را برای دو ضریب افتی متفاوت بهازای تغییرات جریان بار نشان میدهد. مشاهده می-شود که به ازای جریان بار یکسان، ضریب افتی کمتر، تلفات توان کمتر، در نتیجه بازده بالاتری را در پی خواهد شد .
شکل:2 اثر افزایش ضریب افتی بر روی دقت تقسیم جریان و تنظیم ولتاژ
شکل:3 اثر افزایش ضریب افتی بر روی تلفات سیستم
