بخشی از مقاله
چکیده :
این مقاله توپولوژی جدیدی از اکتیو فیلتر - - AF1موازی با الگوریتم کنترلی پیشرفته ارائه میکند. تئوری توان راکتیو مدارهای سه فاز جهت بدست آوردن جریانهای مرجع اکتیو فیلتر موازی استفاده شدهاست.الگوریتم کنترلی پیشرفته ابتدا توسط مدلاستاندارد اکتیو فیلتر, آزمایش میشود وسپس این الگوریتم به توپولوژی جدید اکتیو فیلتر اعمال میشود.آرایش جدید اکتیو فیلتر موازی قادر به جبران سازی هارمونیکها, توان راکتیو, اصلاح ضریب توان و نامتعادلی سیستمهای سه فاز چهار سیمه با بارهایمتعادل/ نامتعادل خطی/غیرخطی میباشد. همچنینآرایش جدید اکتیو فیلتر موازی قادر به جبران سازیکامل جریان سیم خنثی سیستمهای سه فاز چهار سیمهبا بارهای نامتعادل و غیر خطی میباشد بدین ترتیبمانع از افزایش گرمای هادی خنثی و عواقب ناشی ازآن میشود. آرایش جدید اکتیو فیلتر موازی در مقابلخطاهای ممکنه مقاوم بوده و همچنان عملکرد مطلوبی را جهت جبران سازی تضمین مینماید.عملکرد توپولوژی جدید اکتیو فیلتر موازی با الگوریتم کنترلیپیشرفته با استفاده از نرم افزار matlab شبیه سازیمیشود و نتایج حاصل آورده میشود.
.1 مقدمه:
اکثر سیستمهای قدرت سه فاز بوده و برای عملکرد متعادل طراحی میشوند. عملکرد نامتعادل منجر به ایجاد جریانهای توالی صفر و منفی میشود.اینگونه مولفههای جریان اثرات نامطلوبی چون تلفاتاضافی در خطوط انتقال،موتورهای الکتریکی و مولدها، گشتاورهای نوسانی در ماشینهای ac ، افزایش ریپل در یکسو سازها، عملکرد غلط انواع تجهیزات، اشباعترانسفورماتورها، جریانهای اضافی سیم زمین و پایینآمدن امکان استفاده از ظرفیّت کل شبکه را به دنبالخواهد داشت.مفاهیمی چون توان راکتیو، توان اکتیو و کمپانزاسیون توان راکتیو برای سیستمهای سه فاز در سالهای اخیر بیشتر متداول شده و مورد توجه واقعشده است. طرحها و روشهای مختلفی جهت بهبودضریب توان، حذف هارمونیکهای ایجاد شده و جبران توان راکتیو ارائه گردیده است .[1-7]
این طرحهامعمولا از اینورترهای منبع ولتاژ تک فاز یا سه فاز کهتوسط یک خازن dc شارژ شده و در مد کنترلجریان برای دنبال کردن جریانهای مرجع کار میکنند، استفاده مینمایند.در این مقاله از تئوری توان راکتیو جهت بدستآوردن الگوریتم کنترلی استفاده میشود. نشان داده شدهاست این شیوه در عمل جبرانسازی منجر به بروزمشکلاتی میشود. و این موضوع به خاطر عدمدسترسی به پردازندهها و سویچهایی با سرعت بالا به هنگام پیشنهاد تئوری توسط آقای Akagiمیباشد.[1] همچنین که با این روش جبرانسازیTHD جریانهای طرف منبع نمی تواند به زیراستانداردهای IEEE _ 519 آورده شود و این موضوع به خاطر وجود جهشهایی - spikes - در جریانهای طرف منبع میباشد.
این جهشها به هنگام تغییر گذرایجریان بار از یک پله به پله دیگر اتفاق میافتد. بدینترتیب تئوری توان راکتیو چنان اصلاح میشود تا جریانهای طرف منبع فاقد هرگونه جهش جریانی باشد.نهایتا الگوریتم کنترلی جدید به توپولوژی جدیدی از اکتیو فیلتر موازی اعمال میشود. آرایش جدید اکتیوفیلتر در مقابل خطاهای سیستم مقاوم بوده و عملکرد مطلوبی را برای جبران سازی تضمین می نماید.توپولوژی جدید اینورتر قادر به جبرانسازی هارمونیکها, توان راکتیو, نامتعادلی و اصلاح ضریب توان انواعبارهای غیر خطی متصل شده به سیستمهای سه فاز چهار سیمه میباشد. عملکرد توپولوژی جدید اکتیوفیلتر موازی با الگوریتم کنترلی پیشرفته با استفاده از نرم افزار matlab شبیه سازی میشود و نتایج حاصل آورده میشود.
.2 تو پو لوژی پایه اکتیو فیلتر:
مدار قدرت اکتیو فیلتر موازی میتواند از اینورتر منبع ولتاژVoltage Source Inverter VSI یا اینورتر منبعجریان Current Source Inverter CSI تشکیل یابد. هر کدام از این ادوات در کنار کنترل جریان باندهیسترزیس انجام وظیفه مینمایند.در این مقاله ازاینورتر منبع ولتاژ جهت جبران سازی استفاده میشود.شکل 1 توپو لوژی پایه اکتیو فیلتر موازی به همراه بارغیر خطی را نشان میدهد. این شکل شامل یکسو ساز پل دیودی به همراه بار اهمی- سلفی و اینورتر منبعولتاژ کنترل شده با جریان که به عنوان منبع جریانبرای هارمونیکهای بار و توان راکتیو عمل مینماید,میباشد. شکل 1 جهت آزمایش عملکرد الگوریتم کنترلی پیشرفته مورد استفاده قرار میگیرد. حال به منظور اینکه جریانهای طرف منبع متعادل ,سینوسی و هم فاز با ولتاژهای متناظر شوند بایستی اکتیو فیلترقسمت توان هارمونیکی و توان راکتیو جذب شدهتوسط بار را تامین نماید و فقط توان اکتیو متوسط از سوی منبع تامین شود.
.3 الگوریتم کنترلی و دیده گاهای عملی جهت
جبران سازی هارمو نیکها و توان راکتیو:پرفسور Akagi etal مفاهیم جدیدی از توانهایاکتیو و راکتیو لحظه ای که در طول پرید گذرا و برایشکل موجهای کلی ولتاژ وجریان معتبر میباشند،معرفی نمود. این تئوری علاوه بر سیستمهای سه فاز سه سیمه در سیستمهای سه فاز چهار سیمه نیز اعتباردارد.تبدیل αβο یک تبدیل جبر ی از ولتاژهاوجریانها در مرجع ساکن میباشد که به تبدیل Clarke نیز مشهور میباشد. تبدیل αβο ولتاژهایسه فاز و تبدیل عکس آن توسط روابط زیر بیان میشود.در این رابطه p , p به ترتیب قدرت اکتیو متوسط وقدرت اکتیو نوسانی بار و q , q به ترتیب قدرت راکتیو متوسط و قدرت راکتیو نوسانی بار میباشند. بهمنظور داشتن جریانهای سینوسی باضریب توان واحددر طرف منبع بایستی اکتیو فیلتر جملات دوم, سوم و چهارم جریانهای روابط - 5 - و - 6 - را جبرانسازی نماید.در اینجا دو روش کنترلی جهت تولید جریانهای مرجع اینورتر منبع ولتاژ بیان میشود -1 روش مستقیمکنترل جریان -2 روش غیر مستقیم کنترل جریان
.4 روش کنترل جریان مستقیم اینورتر منبع ولتاژ:
یکی از امتیازات تبدیل αβο جداسازی مولفه توالی صفر در یک محور جداگانه ο میباشد - متغیرهای . - iο , vο توانهای لحظه ای تعریف شده درمرجع αβο عبارتنداز توان اکتیو p و توان راکتیو q وتوان مولفه توالی صفر pο که این توانها توسط رابطهزیر داده میشود:
بدین ترتیب میتوان جریانهای بار در مرجع αβرا بدین صورت محاسبه نمود:
در روش کنترل جریان مستقیم سیگنالهایسویچینگ اکتیو فیلتر از مقایسه جریانهای مرجعمحاسبه شده - icaicb icc - و جریانهای خروجی اندازه گیری شده اکتیو فیلتر بدست میآید. جریانهای مرجع در حوزه αβ بدین صورت از معادلات - - 5و - - 6 حاصل میشوند:
