بخشی از مقاله

چکیده
ازویژگیهای سیستمهای الکتریکی مدرن افزایش استفاده از بارهای غیرخطی است. از نمونهی این عناصر غیرخطی میتوان به منابع تغذیه، تجهیزات یکسوکننده موجود در شبکه مخابرات، درایو های تنظیمکننده سرعت و غیره نام برد. این ادوات الکترونیک قدرت، دارای مشخصهی شیداً غیرخطی میباشند. این بارهای غیرخطی جریان غیرسینوسی از شبکه میکشند و باعث به وجود آمدن جریان بسیار زیادی در هادی خنثیشده و نیز باعث کاهش بازده سیستم گشته و با سیستمهای مخابراتی نیز تداخل ایجاد میکنند. بهمنظور جبران سازی هارمونیکی و از بین بردن مشکلات بیانشده از فیلتر قدرت فعال موازی - APF - استفاده شده است .در این مقاله ضرایب پارامترهای انتگرالی و بهرهی تابع تبدیل کنترلر PI ، بهصورت بهینه و برای کارکرد مناسب فیلترقدت فعال موازی توسط الگوریتم ACO مشخص می گردد.ازآنجاییکه استراتژی کنترلی فیلتر فعال قدرت موازی طراحیشده از نوع کنترل جریان است ، فیلتر طراحیشده علاوه بر جبران سازی مؤلفههای هارمونیکی ناشی از بار غیرخطی، با تزریق جریان راکتیو توانایی جبران سازی مؤلفه راکتیو جریان بار را نیز دارد.جهت سنجش توانایی و کارکرد سیستم APF شبیهسازیهای کامپیوتری در نرمافزار
MATLAB/SIMULINK انجام دادهشده است

کلید واژه: واژههای کلیدی: کنترلکننده PID، فیلتر فعال قدرت، الگوریتم مورچگان، توان راکتیو، جبران سازی هارمونیکی

-1  مقدمه

تنزل کیفیت توان الکتریکیعمدتاً به دلیل اغتشاشات خط انتقال نظیر ضربه، فروپاشی ولتاژ، تورفتگی و برآمدگی ولتاژ، عدم تقارن جریانهای سه فازه، قطعیها و اعوجاجهای هارمونیکی اتفاق میافتد .[2-1] مشکلات کیفیت توان ناشی از هارمونیکها در حال افزایش بوده و جزو مهمترین دغدغههای فعالین این بخش میباشد .[3]اکثر بارهای الکترونیکی غیرخطی هستند و در سیستم قدرت هارمونیک تولید میکنند. این بارهای غیرخطی فقط جریانهای پالسی کوچکی از شبکه میکشند که ترکیب آنها با امپدانس منبع باعث اعوجاج ولتاژ تولیدی میگردد .[4]

مشکلات ناشی از هارمونیکها با استفاده از فیلترهای قدرت فعال کاهش داده میشوند. فیلترهای اکتیو قدرتAPF1 میتوانند به صورت سری یا موازی و یا ترکیبی از آن دو و نیز ساختار هیبرید به شبکه متصل گردند .[7-5]که فیلتر فعال قدرت موازی انتخابی مناسب جهت حل مشکلات مربوط به هارمونیکهای جریان میباشد. فیلترهای موازی فعال قدرت در کنار جبران سازی توان راکتیو، هارمونیکهای تولیدشده توسط بارهای غیرخطی را جبران مینمایند. کنترلکننده مهمترین بخش APF میباشد. کنترلکنندههای سنتی PI و PID نیز جهت تخمین جریان موردنیاز با استفاده از کنترل ولتاژ خازن لینک DC مورداستفاده قرار می گیرند .[8]

اما محاسبات ریاضی مربوط به این کنترل کننده ها در سیستمهای با تغییرات بار و اغتشاشات بسیار دشوار میباشد. در سالهای اخیر الگوریتمهای هوشمند نظیر شبکههای عصبی، منطق فازی، الگوریتم ژنتیک و غیره جهت استخراج جریان مرجع از جریان اغتشاش دار خط به کارگرفته شده اند .[9-12]تا پالسهای کلید زنی PWM که به مبدل PWM اعمال میگردند احتیاجات هارمونیکی بار را برآورده کرده و سطح ولتاژ لینک DC را ثابت نگهدارند تا بار غیرخطی باوجود APF جریان سینوسی از شبکه جذب کند. در این مقاله، فیلتر قدرت موازی موردبررسی قرار خواهد گرفت. این فیلتر فعال قدرت در نقطه PCC بهصورت موازی به بار متصل میگردد که قرار است جبران سازی گردد.

برای این منظور از یک مبدل PWM-VSI دوسطحی استفاده خواهد شد که در مد کنترلی جریان از آن استفاده میگردد. جبران سازی جریان به دلیل سرعتبالا و توانایی تکنیکی بالا از نوع SMC انجام میشود. بدینصورت که جریان جبرانکننده را در نقطهی موازی مبدل و بار غیرخطی به شبکه تزریق نماید تا جریان برآیند خطی سینوسی شده و جریان هارمونیکها از بین بروند. دراین مقاله پیادهسازی الگوریتم کولنی مورچگان در فضای پیوسته برای انتخاب ضرایب کنترلکننده PI بهمنظور تعقیب و ثابت نگهداشتن ولتاژ لینک DC و درنتیجه حذف هارمونیکهای موجود مورد بررسی خواهد گرفت.در ادامه مباحث این مقاله در بخش دوم ساختار APF بیان می شود. بخش سوم مقاله مباحث کلی پیرامون الگوریتم کولنی مورچگان را شرح میدهد. پیادهسازی و شبیه سازی و نتایج آن در بخش بعدی شرح داده میشودنهایتاً. این مقاله با نتیجهگیری در این زمینه به اتمام میرسد.

-2 ساختار APF

فیلتر فعال قدرت موازی با لینک DC خودکنترل، دارای توپولوژی مشابه با جبرانکننده استاتیک - STATCOM - که در خط انتقال برای جبران سازی توان راکتیو خط انتقال استفاده میگردد؛ میباشد. SAPF هارمونیکهای جریان بار را با تزریق جریانهای جبران ساز هارمونیکی مخالف جبران مینماید. در این مورد، SAPF بهعنوان منبع جریانی که مؤلفههای هارمونیکی بار را با اختلاففاز 180 درجه تزریق مینماید؛ عمل میکند. 2؛1 اصول جبران سازی در SAPF شکل 1 الف اصول اساسی جبران سازی در SAPF را نشان میدهد. SAPF به نحوی کنترل میگردد که جریان جبران ساز IC را به نحوی به شبکه تزریق کند که هارمونیکهای جریان را در سمت AC جبران نمایید.میکنند.

فرومن بهمرور تبخیر میشود که از سه جهت مفید است: الف - باعث میشود مسیر جذابیت کمتری برای مورچههای بعدی داشته باشد. ب - ازآنجاکه یک مورچه در زمان زیاد راههای کوتاهتر را بیشتر میپیماید و تقویت میکند هر راهی بین خانه و غذا که کوتاهتر - بهتر - باشد بیشتر تقویت میشود و آنکه دورتر است کمتر. ج - اگر فرومن اصلاً تبخیر نمیشد، مسیرهایی که چند بار طی میشدند، چنان بیشازحد جذّاب میشدند که جستجوی تصادفی برای غذا را بسیار محدود میکردند. وقتی غذای انتهای یک مسیر جذاب تمام میشد رد باقی میماند. لذا وقتی یک مورچه مسیر کوتاهی - خوبی - را از خانه تا غذا بیابد بقیه مورچهها بهاحتمال زیادی همان مسیر را دنبال میکنند و با تقویت مداوم آن مسیر و تبخیر ردهای دیگر، بهمرور همه مورچهها هم مسیر میشوند. هدف الگوریتم مورچهها تقلید این رفتار توسط مورچههایی مصنوعی ست که روی نمودار در حال حرکتاند. در این مقاله الگوریتم کولنی مورچگان پیوسته بر اساس فلوچارت شکل 2 برای تخمین ضرایب کنترلکننده PI استفادهشده است.

شکل 1 ب شکل موجهای مختلفی را نشان میدهد. منحنی A جریان بار میباشد، منحنی B جریان مطلوب شبکه میباشد. منحنی C جریان جبران سازی که بهوسیلهی APF تزریق میشود را نشان میدهد؛ این جریان شامل تمامی مؤلفههای هارمونیک میباشد و دلیل این امر نیز سینوسی کردن جریان شبکه است. به این طریق SAPF میتواند هارمونیکهای جریان و نیز توان راکتیو را جبران نمایید.
-3 الگوریتم کلونی مورچگان

الگوریتم کلونی مورچه الهام گرفتهشده از مطالعات و مشاهدات روی کلونی مورچهها است. این مطالعات نشان داده که مورچهها حشراتی اجتماعی هستند که در کلونیها زندگی میکنند و رفتار آنها بیشتر در جهت بقاء کلونی است تا در جهت بقاء یک جزء از آن. یکی از مهمترین و جالبترین رفتار مورچهها، رفتار آنها برای یافتن غذا است و بهویژه چگونگی پیدا کردن کوتاهترین مسیر میان منابع غذایی و آشیانه. در دنیای واقعی مورچهها ابتدا بهطور تصادفی به اینسو و آنسو میروند تا غذا بیابند. سپس به لانه برمیگردند و ردّی از فرومن - Pheromone - بهجا میگذارند مورچههای دیگر وقتی این مسیر را مییابند، گاه پرسه زدن را رها کرده و آن را دنبال میکنند. سپس اگر به غذا برسند به خانه برمیگردند و رد دیگری از خود در کنار رد قبل میگذارند؛ و به عبارتی مسیر قبل را تقویت

-4  شرح کلی سیستم شبیهسازیشده
بهمنظور پیادهسازی الگوریتم ACO در کنترل و بهینهسازی عملکرد APF سیستم قدرت شکل 1 با پارامترهای ذکر شده در جدول 1 در محیط نرمافزار MATLAB/SIMULINK پیادهسازی شد.
مقداری تلفات به وجود خواهد آمد ازاینرو مصرف کننده باید مقداری هزینه توان اکتیو بابت تلفات سوئچینگ مبدل و نشتیخازنها پرداخت نمایید. مقدار پیک    جریانی که باید توسط منبع اگر فیلتر فعال کلیه توان راکتیو و توان هارمونیکی را فراهم آورد؛ - - ⁡ همفاز با ولتاژ بار و سینوسی کامل خواهد بود. در این زمان، فیلتر فعال باید جریان جبران ساز زیر را تأمین نمایید: ازاینرو، برای جبران سازی دقیق و آنی توان هارمونیکی و توان راکتیو، تخمین - - - یعنی جریان مؤلفه اصلی بار بهعنوان جریان مرجع - ضروری میباشد.

مقدار پیک جریان مرجع را میتوان توسط کنترل ولتاژ خازن لینک DC اینورتر تخمین زد. جبران سازی ایدئال مستلزم این است که بدون توجه به ماهیت بار غیرخطی جریان و ولتاژ منبع همفاز باشند. جریان منبع مطلوب بعد از جبران سازی را که در آن دامنه جریان منبع مطلوب بوده که زاویه فاز آن را میتوان توسط ولتاژ منبع تأمین کرد. بنابراین شکل موج و فاز جریان منبع مشخص میباشند و فقط دامنه جریان منبع باید مشخص گردد. مقدار پیک جریان مرجع توسط تنظیم ولتاژ لینک DC مبدل کنترل میگردد. مقدار ولتاژ لینک DC با یک مقدار مرجع مقایسه شده و خطا توسط کنترلکننده PI پردازش میگردد. خروجی کنترلکننده PI بهعنوان دامنه جریان منبع مطلوب در نظر گرفتهشده و جریانهای مرجع توسط ضرب این مقدار پیک به یک شکل موج سینوسی واحد که همفاز با ولتاژ منبع میباشد ضرب میگردد. شکل 3 دیاگرام شماتیک کنترل PI را نشان میدهد.

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید