بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله، ایده استفاده از کنترل ثالثیه بهمنظور جبرانسازی بهینه هارمونیکها در یک ریزشبکه جزیرهای ارائه شده است. در ریزشبکههای جزیرهای کیفیت توان موردنظر در باسهایمختلف، متفاوت بوده و به بارهای متصل به آن بستگی دارد. در باسهای حساس باید کیفیت توان بالا تأمین شده و در سایر باسها نیز کیفیت توان در سطح استاندارد باقی بماند. سطوح کنترل اولیه و ثانویه برای تأمین کیفیت توان مطلوب در باسهای حساس و همچنین تقسیم بار هارمونیکی بین DG ها بهکار میروند. کنترل ثالثیه که درواقع یک روش بهینهسازی است، برای تنظیم میزان جبرانسازی DG ها با درنظر گرفتن حدود استاندارد و مجاز هارمونیکها در باسهای مختلف بهکار میرود. در این روش ضمن صرفهجویی در بهکارگیری تجهیزات جبرانساز کیفیت توان، امکان تأمین کیفیت توان در سطوح مختلف در باسهای مختلف فراهم شده است. با استفاده از نتایج شبیهسازی کارایی روش پیشنهادی نشان داده شده است.
کلیدواژه- کنترل ثالثیه، هارمونیک، الگوریتم ژنتیک، ریزشبکه جزیرهای
-1 مقدمه
اخراًی روشهای کنترلی متفاوتی باهدف افزایش کیفیت توان در ریزشبکهها مطرح شده است، در [1] برای جبرانسازی هارمونیکهای ولتاژ یک DG تکفاز پیشنهاد شده است که جریان هارمونیکی را به شبکه تزریق میکند. زمانی که اغتشاشات هارمونیکی زیاد باشند حجم بسیار زیادی از ظرفیت DG صرف جبران سازی میشود و احتمال بهوجود آمدن تداخل با منبع تغذیه اصلی را زیاد میکند. در [2] روشی نوین برای جبران-سازی هارمونیکهای ولتاژ در یک شبکه جزیرهای پیشنهاد شده است. این روش نیز بر اساس شبیهسازی رفتار مقاومتی است و یک ساختار افتی توان هارمونیکی برای تقسیم تلاشهای جبران-سازی بین DGها ایجاد میکند. همچنین در [3] یک روش جبران سازی انتخابی پیشنهاد شده است که باعث میشود از ظرفیت فیلتر به نحو بهینهای استفاده شده و کیفیت توان نیز به مقدار مطلوبی افزایش یابد. در [4] بهجای استفاده از تجهیزات جبران سازی اضافی، که باعث افزایش هزینه ها میشود، کنترل ثالثیه ای پیشنهاد شده است که باعث بهکارگیری DGها بهعنوان جبران کننده های توزیع شده میشود، و کنترل چند سطحی و دستیابی به کیفیت توان بهینه را امکانپذیر میسازد. گرچهصرفاً عدم تعادل ولتاژ بررسی شده و به جبرانسازی هارمونیکی در آن پرداخته نشده است.
در این مقاله با استفاده از یک روش کنترل سه سطحی ، جبران سازی بهینه اغتشاشات هارمونیکی ناشی از اتصال بارهای نامتعادل غیرخطی و تقسیم بار خطی و غیرخطی انجام میشود. روش کار به این صورت است که در سطح اولیه و به صورت محلی، یا استفاده از کنترل کننده های افتی، تقسیم توان بین DGها انجام میشود. همچنین برای تقسیم مناسب بار غیرخطی از امپدانس مجازی بهره گرفته شده است. سپس اعوجاجات ولتاژ و فرکانس ناشی از کنترلکنندههای افتی و امپدانس مجازی در سطح ثانویه جبران میشوند. همچنین هارمونیکهای ولتاژ با ارسال سیگنال های کنترلی مناسب به اولیه جبران میشوند. سپس در سطح ثالثیه هارمونیک ها نیز به روش بهینهای جبران سازی میشوند.
-2 روش کنترل سلسله مراتبی برای جبرانسازی بهینه کیفیت توان
همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است بخش قدرت از یک اینورتر، لینک DC و یک فیلتر LC تشکیل شده است. هدف ما کنترل سیگنال گیت اینورتر است و با ارسال سیگنال-های کنترلی مناسب به اهداف مدنظر خود که افزایش کیفیت توان در باسهای شبکهخصوصاً باس حساس میباشد دست می-یابیم.
-1-2 محاسبه توانهای مؤلفه اصلی
با انتقال ولتاژ و جریان خروجی DGها به چارچوب و استفاده از روابط تئوری توان لحظهای مقادیر توان اکتیو و راکتیو به دست آمده و با عبور دادن آن از فیلترهای پایینگذر با فرکانس قطع 2Hz مؤلفه های نوسانی توانها را حذف کرده تا توانهای مؤلفه اصلی حاصل شوند .[5] توانهای اکتیو و راکتیو بر اساس روابط زیر استخراج میشوند:
-2-2 مشخصات کنترلکنندههای افتی
وظیفه کنترلکنندههای افتی تقسیم توان مؤلفه اصلی می-باشد. با فرض القایی بودن شبکه میتوان روابط زیر را به دست آورد: عبارت P+ توان اکتیو توالی مثبت، Q+ توان راکتیو توالی مثبت، E* مرجع دامنه ولتاژ، * مرجع فاز ولتاژ، E0 مقدار نامی دامنه ولتاژ، 0 مقدار نامی فاز ولتاژ و mp، mi و np به ترتیب ضرایب تناسبی کنترل توان اکتیو، انتگرالی کنترل توان اکتیو و تناسبی کنترل توان راکتیو میباشند. .[6]
-3-2 امپدانس مجازی
با استفاده از امپدانس مجازی، میتوان امپدانس خروجی را در مقدار موردنظر تنظیم کرد و از این طریق، به اهداف مدنظر در افزایش دقت تقسیم توان غیرخطی، افزایش پایداری سیستم و کاهش تأثیر عدم تقارن امپدانس خطوط بر تقسیم توان دست یافت .[7] در این مقاله از روش ارائه شده در [8] استفاده شده است که بهصورت تطبیقی بر اساس میزان بار غیرخطی که DG تغذیه میکند عمل نموده و مقادیر مقاومت و اندوکتانس مجازی را بر این اساس تعیین میکند.
-4-2 سطح ثانویه
این سطح وظیفهی تصحیح انحرافات ولتاژ که توسط کنترل افتی ایجاد شده است را بر عهده دارد. همچنین جبران سازی هارمونیکی در این بخش انجام میشود. در این سطح کنترلی به صورت مرکزی با نمونه برداری کردن از ولتاژ و جریان شبکه، فاکتور هارمونیکی مؤلفه h ام ولتاژ از طریق رابطه زیر به دست میآیند و سپس از طریق خطوط ارتباطی باند پایین به کنترل کننده های محلی - اولیه - ارسال میشوند. مقادیر HD به عنوان شاخص های هارمونیک به طریق زیر بهدست میآیند: بعد از انجام محاسبات لازم Cidq به عنوان مرجع جبران سازی هارمونیکی به کنترلکننده اولیه ارسال میشود:.[8]
-5-2 کنترل ثالثیه
با کمک کنترل ثانویه هارمونیکهای ولتاژ در باس حساس جبران میشوند. بههرحال، با در نظر گرفتن محدودیتهای DG و ملزومات کیفیت توان در باس های محلی مختلف، تلاشهای جبران سازی باید به روش بهینه ای توزیع شود، تا اغتشاش هارمونیکی در تمامی باسها در سطح استاندارد باقی بماند. روش کار در این مقاله به این صورت است که بهره جبران سازی ثالثیه - TCG - پیش از ارسال به باسهای محلی در مرجع جبران سازی Cidq ضرب میشود. همچنین، برای آرام کردن تغییرات TCG به فیلترهای پایین گذر در حدفاصل بین کنترل اولیه و ثانویه نیاز است. فرکانس قطع فیلترهای پایین گذر 2هرتز میباشد.[4] در این بخش با استفاده از الگوریتم ژنتیک، جبرانسازی بهینه هارمونیکها انجام میشود. با تعریف [ TCG1h '…, TCGih '…' TCGnh ] بهعنوان متغیرهای تصمیمگیری، باید رابطهای بین TCGها و HDها پیدا کنیم. گفتنی است در عبارت بالا h=5,7 هارمونیکهایی هستند که باید جبران سازی شوند و nتعداد DGهای ریزشبکه است. برای اینکه همواره مجموع TCGها برابر تعداد DGها باقی بماند آنها را بهصورت زیر تعریف میکنیم:
که parih جمعیت تولیدشده هارمونیک hام مربوط به DG، iام در الگوریتم ژنتیک میباشد. نکته حائز اهمیت این است که parih ها همواره در بازهی 1 - ، - 0 باقی بمانند. حال باید رابطهای ریاضی بین TCGها و بخش الکتریکی سیستم بهدست آورد: شایان ذکر است که V h مقدار ولتاژی است که i DGام باید برای هارمونیکh ام تولید کند. VSh Total از جمعآوری ولتاژهای هارمونیکی در خروجی DGها بهدست میآید. روابط بالا برای هارمونیک های 5 و7 به صورت جداگانه محاسبه شده و درنهایت در تابع هدف ترکیب میشوند. با در نظر گرفتن سیستم شکل 3 و توجه به این مهم که ولتاژها و جریانهای هارمونیکی به صورت محلی قابل اندازه گیری و ارسال به بخش مرکزی برای انجام عملیات بهینه سازی هستند، روابط زیر را میتوان بین ولتاژهای هارمونیکی باسها و ولتاژهای هارمونیکی تزریقی توسط DGها به دست آورد:
هارمونیک h ام بارهای خطی متصل شده به باسهای 1 و2 است. باتوجه به اینکه سطح ثانویه وظیفه حفظ اغتشاشات هارمونیکی باس حساس را در سطح مطلوب دارد، رویکرد بخش ثالثیه حفظ اغتشاشات هارمونیکی سایر باس ها در سطح استاندارد میباشد، بنابراین میتوان تابع هدف را بهصورت زیر تعریف کرد: که در این روابط HD15 و HDi5 به ترتیب فاکتورهای هارمونیکی مؤلفه پنجم ولتاژ باس 1 و باس i ام میباشد. به همین ترتیب فاکتورهای هارمونیکی مؤلفه هفتم ولتاژ باسهای 1ام و i ام به صورت HD17 و HDi7 نشان داده شدهاند. FC1 و FC2 هم به ترتیب محدودیتهای مقرر برای فاکتورهای هارمونیکی مؤلفه 5 و 7 هستند. درصورتی که هرکدام از DGها به ماکزیمم مقدار توانایی خود در تولید توان اکتیو و یا راکتیو برسند و نتوانند در جبران سازی شرکت کنند gi برابر صفر قرار میگیرد تا DG یادشده از
