بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه بحث کیفیت توان از مسائل اساسی در شبکه های برق می باشد. اغتشاش ولتاژ به سبب یک تغییر موقت و غیرعادی در دامنه یا فرکانس منبع ولتاژ روی می دهد. از مهم ترین اغتشاشات پدیده کمبود ولتاژ است که به سبب عواملی نظیر خطاهای نامتقارن در شبکه و پدیده های الکترومغناطیسی نظیر جریان های راه اندازی و هجومی رخ می دهد. به منظور تسکین اثرات پدیده کمبود ولتاژ تحت خطاهای گوناگون در سیستم، در این مقاله از جبرانساز استاتیکی توان راکتیو - - DSTATCOM مبتنی بر کنترلر فازی بهبود یافته استفاده شده است. کارایی موثر و مطلوب کنترلر پیشنهادی در مقایسه با کنترلر PI برای سیستم تک ماشینه متصل به شین بی نهایت - - SMIB در نرم افزار Matlab/Simulink نشان داده شده است.
کلید واژه: منطق فازی، جبرانسازی کمبود ولتاژ، DSTATCOM، بهبود کیفیت توان
-1 مقدمه
کیفیت توان مفهومی گسترده است و هر مشکلی که باعث تغییر در ولتاژ، جریان، یا فرکانس شده و موجب خرابی یا عملکرد نادرست تجهیزات گردد، یک مسئله کیفیت توان بشمار میرود. باید گفت مسئله کیفیت توان موضوع جدیدی در شبکه قدرت نیست. این مفهوم از ابتدای ایجاد صنعت برق وجود داشته، اما آنچه باعث شده تا در سالهای اخیر بیشتر مورد توجه قرار گیرد، از یک طرف افزایش روزافزون بارهای غیرخطی وتولیدکننده اعوجاج درشبکه و از طرف دیگر وجود و گسترش بارهای حساس به این اعوجاج است.برای مقابله با کمبود ولتاژ، افزایش و قطعی ولتاژ روشهای مختلفی وجود دارد، طیف وسیعی از کنترل کنندهها وجود دارد که با استفاده از المانهای الکترونیک قدرت برای بهبود کیفیت توان استفاده میشود.
در بین جبرانسازها DSTATCOM و DVR موثرترین تجهیزاتی هستند که مورد استفاده قرار می-گیرند .[1] جنبههای کنترل PWMهای دوسطحه و چند سطحه به سیستمهای دارای اینورترهای VSI میپردازد. IGBTهای وVSIها میتوانند به عنوان DSTATCOM یا DVR عمل کنند[2]و.[5] شبیه سازی یک DSTATCOM برای مشکلات کیفیت توان، غیراستاندارد بودن ولتاژ، جریان، فرکانس بر اساس مدولاسیون پالس سینوسی .[3] - SPWM - DSTATCOMکنترلشده با PI نمیتواند عملکرد خوبی داشته باشد. بنابراین با استفاده کنترلکننده منطق فازی و الگوریتم بهینهسازی گرگ خاکستری - GWO - برای بهبود کیفیت توان استفاده شده است .[4] مقایسه عملکرد کنترلکننده SVC و STATCOMبرای جبران توان راکتیو با و بدون کنترل کننده-فازی بررسی شده است DSTATCOM
.[7]تجهیزی است که با استفاده از اینورتر برای بهبود کیفیت توان سیستمهای توزیع مورد استفاده قرار میگیرد. در ابن مقاله با استفاده کنترل کننده منطقفازی و مدولاسیون بردار فضایی - SVM - ، برای بهبود کیفیت توان تلاش گردیده است .[8] کنترل و جبرانسازی توان راکتیو یکی از ضروریترین قسمتها در طراحی و بهرهبرداری از سیستم قدرت است. چرا که عدم تعادل توان راکتیو در یک سیستم منجر به بالا رفتن تلفات سیستم کاهش ظرفیت انتقال توان، ناپایداری در سیستم و برهم خوردن پروفیل ولتاژ می-شود.[9] وظیفه اصلی کنترلر جبرانکننده ایجاد فرامین عملکرد گیت برای کلیدهای اینورتر است، به گونهای که عملکرد مناسب جبرانکننده مناسب با تغییرات توان و ولتاژ شبکه توزیع را تضمین کند.در این مقاله از تکنیک کنترل مستقیم در ساختار کنترلر DSTATCOM استفاده شده است.[10]
هر فاز اینورتر این توانایی را دارد تا هنگام اعمال پالسها به آن یک ولتاژ سه سطحی در خروجی ایجاد کند. معمولا به همراه اینورتر یک راکتور که به عنوان صاف کننده جریان عمل میکندبرای حذف هارمونیکهای فرکانس بالای جریان خروجی اینورتر، با آن سری میشود.[11]تا کنون تلاشهای زیادی در جهت بررسی چگونگی عملکرد DVR و DSTATCOM برای یافتن روشهای مختلف کنترل این تجهیزات صورت گرفته است. روش کنترل بستگی به هدف استفاده از آن دارد. بحث کلی پیرامون چگونگی بهبود کیفیت توان در مراجع [12] و [13] صورت گرفته است.در این مقاله سعی بر آن است تا با ارائه استراتژی کنترلی مبتنی بر روش هوشمند برای جبرانسازی توان راکتیو، عملکرد مطلوب و موثری در جهت بهبود پدیده کمبود ولتاژ تحت خطاهای گوناگون رخ داده در شبکه ایجاد گردد.
-2 اصول بهرهبرداری و جبرانسازی DSTATCOM
یک DSTATCOM میتواند مانند یک منبع ولتاژ سنکرون که دامنه و فاز آن متغییر است، کار کند و بدین وسیله ولتاژ ترمینال را کنترل کند و منجر به تصحیح ضریب توان شود. همچنین از این تجهیز میتوان به عنوان یک فیلتر اکتیو برای حذف هارمونیکهای جریان استفاده نمود. شکل - 1 - پیکربندی شبکه مورد مطالعه میباشد که در نرم افزار MATLAB/Simulink شبیهسازی شده وپارامترهای این شبکه به شرح زیر تنظیم شده است. شبکه قدرت دارای ولتاژ230KV و فرکانس 50HZو ترانسفوماتور سه سیمپیچه با اتصال ستاره زمین شده - Yg/Yg/Yg - بوده که به ترتیب ولتاژ سیم پیچ اولیه230KV و دو سیمپیچ ثانویه 11KV میباشد. با توجه به شکل - - 1 یکی از سیمپیچها ثانویه به بار11KV متصل شده و سیمپیچ دیگر به یک جبرانسازDSTATCOM وصل شده است. مقدار ظرفیت خازن اینورترجبرانساز - 750میباشد.
1-2مدل شبکه
در شکل - 2 - شبکه مورد مطالعه نشان داده شده که ازDSTATCOM استفاده شده،DSTATCOM از تجهیزات تجهزات جبرانساز FACTSمیباشد، که در شبکه توزیع مورد استفاده قرار گرفته، در این مدل از یک منبع ذخیره DC ، تجهزات الکترونیک قدرت - اینورتر - و یک ترانس کوپلینگ سه سیم پیچه تشکیل شده است.این جبرانساز برای کنترل توان اکتیو و راکتیو و همچنین تنظیم ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرد. در این مقاله از DSTATCOM برای جبرانسازی کمبود ولتاژ بکار رفته و فرمان گیت IGBTها توسط تولید کننده پالس PWM اعمال میگردد تا در زمان مناسب DSTATCOMمقدار Vrms را بهبود ببخشد.
2-2معادلات دینامیکی شبکه تحت جبرانسازی
در شکل Ish - 2 - جریان تزریقی، Zth امپدانس معادل تونن می-باشد. در معادلات زیر بجای Ish میتوانیم قرار دهیم.
-3 استراتژیکنترلی برای جبرانسازی DSTATCOM
مطابق شکل - - 3 کنترلر DSTATCOM دارای چند تنظیم کننده بیرونی و درونی است که عبارتند از: تنظیم کنندههای بیرونی که شامل دو کنترلر Fuzzy برای تنظیم ولتاژ AC، زوج - Vac,Vacref - است و خروجی آن جریان Iqrefتنظیم کنندههای درونی که شامل دو کنترلر Fuzzy برای تنظیم جریانهای Iq و Idاست. ورودیهای کنترلر استفاده شده در حلقه کنترلر تنظیم جریان Iq، زوج - Iqref , Iq - و خروجی آن ولتاژ Vqمیباشد. به همین ترتیب ورودیهای حلقه کنترلی تنظیم جریان Id ، - , Idref - Id و خروجی آن ولتاژ را از حالت دکارتی به حالت قطبی شامل شاخص مدولاسیون - m - و - phi - تبدیل میکند. در ادامه این حالت قطبی ولتاژ به ولتاژهای Vc , Vb , Va تبدیل میشود.
که این ولتاژهای سه فاز باید توسط اینورتر PWM تولید میشوند. در نهایت به کمک یک بلوک PWM Pulse Generatorزوایای آتش IGBTهای اینورتر تولید میشود.کننده با استفاده از ولتاژ پایانه ترمینال بار گرفته و وارد بلوک آنالیزور سهفاز شده و در خروجی ولتاژ سهفاز را به دامنه و زاویه تبدیل میکند، سپس مقدار دامنه را با یک مقدارVrefکرده و اختلاف - Vref - V1 - وارد کنترلر PI شده، البته باید توجه داشت مقدار ضرایبKP , KIباید به صورت صحیح انتخاب شده تا کنترل ما عملکرد صحیح داشته باشد. خروجی PI را به یک بلوک تقویت کنندهی سیگنال اعمال کرده و در پایان با استفاده از بلوکPWM پالسهای مورد نیاز گیت IGBTها تولید میشود.
2-3 کنترلر فازی بهبود یافته
شکل - 5 - تنظیمکننده فازی بیرونی میباشد که ولتاژ Vdcرا از باتری اینورتر میگیرد و با مقدار Vdcrefمقایسه میکند مقدار error و error به عنوان دو ورودی به - FLC - وارد میشود و پس از بهینه شدن در خروجی مقدار Idref را برای تنظیم کننده درونی ارسال میکند.
1-3کنترلر کلاسیک PI
در شکل - 4 - کنترل کننده PIرا نشان میدهد. در این کنترل شکل - 6 - یکی دیگر ازتنظیمکننده فازی بیرونی میباشد که ولتاژ Vacرا از پایانه بار میگیرد و با مقدار Vacrefمقایسه میکند.سپس مقدار error و er r or به عنوان دو ورودی به - FLC - واردمیشود و پس از بهینه شدن در خروجی مقدار Iqref را برایتنظیم کننده درونی ارسال میکند.
