بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق روشی را در قسمت کنترل فیلتر فعال موازی جهت بهبود کیفیت توان در حالتی که هارمونیک و نویز در سیستم شبکه توزیع موجود است، ارائه میدهد. هنگامی که جریان بار توسط سیگنالهای نویز آلوده باشد، حذف و یا حداقل کاهش سیگنالهای نویز چالش بزرگی در سیستم قدرت بشمار میروند. این سیگنالهای نویز ممکن است ناشی از خطای اندازه گیری یا دلایل دیگری باشند. ما فرض کردهایم که سیگنال نویز ناشی از خطای اندازهگیری ایجاد شده باشد.
در این مقاله روشی جهت حذف هارمونیک جریان تولید شده توسط بارهای غیر خطی پیشنهاد شده است. علاوه بر این، روش پیشنهادی میتواند به حذف سیگنال نویزی که جریان بار را آلوده کرده است، منجر شود. از روش مؤلفه جریان اکتیو و راکتیو لحظه ای - Id I q - ، برای استخراج جریان مرجع سه فاز در فیلتر فعال موازی استفاده شده است. جریان جبرانسازی مرجع، استخراج، و توسط کنترل کننده هیسترزیس جهت تولید سیگنال کلیدزنی در اینورتر منبع ولتاژ استفاده شده است.
در میان استراتژیهای کنترل فیلتر فعال، دو ساختار کنترل کننده مختلف با عملکرد قابل قبول وجود دارند: کنترل کننده PI و کنترل کننده هارمونیکی. ضرایب هر دو کنترل کننده توسط الگوریتم PSO1 بهینه سازی شده است. هر دو کنترل کننده توسط MATLAB/Simulink شبیه سازی شدهاند. بر اساس نتایج ارائه شده در این پروژه میتوان نتیجه گرفت که اگرچه هر دو نوع کنترل کننده رفتار درستی دارند، اما زمانیکه جریان مرجع تحت تأثیر سیگنال نویز باشد، روش پیشنهادی در این شرایط مناسبتر عمل میکند. THD2 و خطای جریان کنترل کنندهها نشان میدهد که روش پیشنهادی مقاومت بیشتری از نظر اعوجاج جریان منبع و نویز نسبت به کنترل کننده PI در سیستم قدرت دارد.
مقدمه
ا مروزه توجه شرکت های برق و مشترکین آن ها به شکل روز افزونی به مسئله کیفیت انرژی الکتریکی معطوف شده است. واژه کیفیت در کشورهای صنعتی و در صنعت برق کاربرد فراوانی پیدا نموده است. مبحث فوق تعداد بسیار زیادی از اعوجاجهای موجود در شبکه برق را پوشش میدهد. موضوعاتی که تحت مبحث کیفیت برق قرار می گیرند لزوماً مفاهیم تازه ای نیستند، لیکن آنچه جدید میباشد، تلاش مهندسین برای جمع آوری این مطالب و قرار دادن آنها در الگوهای مشخص میباشد.
مشکلات کیفیت توان علیالخصوص هارمونیک و نویز، باعث بروز مسائلی میشوند که ناچاراً باید برای آنها چاره ای اندیشید. برای غلبه بر این مشکلات روشهای زیادی وجود دارد. یکی از این راهها فیلتر کردن سیگنالهای مضر در سیستم قدرت میباشد. در این راستا فیلترهای فعال و غیر فعال وجود دارند، که هدف این مقاله استفاده از فیلترهای فعال است. هدف اولیه این تحقیق بررسی فیلتر فعال موازی در شبکه توزیع جهت مقابله با مشکلات کیفیت توان میباشد.
مشکلات کیفیت توان از قبیل هارمونیک و نویز در سیستم قدرت چالش مهمی بشمار میآیند. عمدتاً این مشکلات بوسیله بارهای غیر خطی ایجاد میشوند. از طرف دیگر استفاده از فیلتر فعال به نحو صحیحی که با مشکلات کیفیت توان مقابله کند نیز از موارد مهم در این زمینه میباشد. یکی از بارهای غیر خطی که مورد استفاده زیادی دارد پل سه فاز دیودی است که هدف این تحقیق نیز می باشد.
هدف اصلی این تحقیق رفع خطای اندازهگیری در اطلاعات ورودی فیلتر فعال موازی است. همانطور که میدانیم خطای اندازهگیری منجر به عدم قطعیت اندازهگیری در فیلتر فعال موازی میگردد. این امر توسط مکانیزمی که طراحی میشود، باید کنترل گردد. هدف از این تحقیق نیز کنترل فیلتر فعال موازی، به گونهای که خطای اندازهگیری روی محور d مینیمم شود. محور d حاصل از تبدیل پارک میباشد که در روش کنترلی id iq استفاده میشود. برای عملی ساختن این هدف، جریان بار که یکی از پارامترهای تولیدکنندهی جریان مرجع در فیلتر فعال است با نویزی آلوده میشود که عدم قطعیت ناشی از خطای اندازهگیری را مدلسازی مینماید.
پیشینه تحقیق
به طور کلی، روشهای کنترل فیلتر فعال را میتوان به دو دسته عمده تقسیمبندی کرد. یک دسته، روشهای کنترلی مبتنی بر حوزه زمان هستند و دسته دیگری روشهای کنترلی مبتنی بر حوزه فرکانس میباشند. امروزه روشهای مبتنی بر حوزه زمان به دلیل داشتن پاسخ دینامیکی مناسب، پیادهسازی آسان با حافظه کمتر و راحتی در اجرا به دلیل محاسبات کمتر بیشتر مورد استفاده قرار میگیرند.
تعداد محاسبات روشهای مبتنی بر حوزه فرکانس با یک افزایش در بالاترین مرتبه هارمونیکی جهت حذف، به دلیل زمان پاسخ طولانی تر افزایش مییابند - Patnaik and .Panda,2013 - در هر دو حوزه زمان و فرکانس تابعی موسوم به تابع خطا تولید میشود که در بدست آوردن پالسهای کنترلکننده و کلیدزنی عناصر نیمه هادی مبدل، از آن استفاده میگردد. در حقیقت تفاوت بین حوزههای تصحیح در حوزه زمان و فرکانس در نوع و نحوه بدست آوردن تابع خطاست.
از استراتژیهای کنترل فیلتر فعال میتوان به تئوری توان لحظه ای متداول - P-Q - ، تئوری توان لحظهای بهبود یافته، مولفهی جریان اکتیو و راکتیو لحظهای - Id-Iq - ، حذف کامل هارمونیک - 3PHC - ، فیلتر انطباقی4، نرون خطی انطباقی - 5ADALIN - ، فیلترینگ بدون تاخیر مبتنی بر شبکه عصبی مصنوعی - 6ANN - ، تبدیل فوریه سریع - 7FFT - و تبدیل فوریه ناپیوسته بازگشتی8 اشاره کرد . - Patnaik and Panda,2013 - تئوری توان اکتیو و راکتیو لحظهای اولین بار توسط آکاجی9، کاواکاوا10 و نبئی11 در سال 1984م - Akagi et al, 1384 - معرفی شد که از آن زمان تاکنون مقالات زیادی با استفاده از این روش منتشر شده است. از عیوب روش تئوری توان لحظهای می توان به اضافه شدن حلقه مدار قفل ساز فاز - 12PLL - جهت سنکرونیزاسیون در آن اشاره نمود - .
همچنین در این روش ضرب ولتاژ در جریان لحظهای جهت محاسبه توان اکتیو و راکتیو منجر به تقویت محتوای هارمونیک میشود، در نتیجه موجب جبرانسازی هارمونیک غیر دقیق تحت شرایط ولتاژ نامتعادل و اعوجاجیافته غیر ایدآل میشود. جهت غلبه بر اشکالات این روش، کال13 و اوزدمیر14 در سال 2005م روش p-q بهبود یافته را پیشنهاد کردند . - Patnaik and Panda,2013 - در روش Id I q زاویه مستقیما از ولتاژ اصلی محاسبه میشود که این امر بیانگر مستقل از فرکانس بودن این روش میباشد.
بعلاوه در این روش از مدار اضافی کنترلی PLL استفاده نمیشود که از مزیت های این روش محسوب میشود - . - Mikkili and Panda, 2012 این روش در مقایسه با دو روش p-q و p-q بهبود یافته پایینترین THD را حتی تحت شرایط منبع نامتعادل ارائه میدهد - . - Patnaik and Panda,2013 فیلتر فعال پیشنهادی در مرجع - wael et al, 2011 - از شبکه عصبی مصنوعی چند لایه15 با روش جابجایی جهت تخمین جریان و ولتاژهای هارمونیکی در نقطهای خاص استفاده میکند. روش پیشنهادی در سیستم توزیع صنعتی 13 شینه آزمایش شده است که نتایج حاصل از شبیهسازی اطمینان از کارایی روش پیشنهادی را نشان میدهد. جهت ترکیب یک سیستم فیلتر فعال موازی کنترلکننده مد لغزشی مبتنی بر مدل خطی سازی شده ارائه شده است - . - Corradini et al, 2008
از الگوریتم های بهینهسازی جهت بهینهسازی گین کنترلکننده PI به منظور تثبیت لینک dc استفاده میشود که در مرجع - - Patnaik and Panda,2013 از الگوریتم بهینهسازی PSO استفاده شده است. در - مرادی فر و همکاران ، - 1388 از الگوریتم PSO جهت کمینهسازی اغتشاشات ولتاژ شبکه توسط فیلتر فعال در دو حالت بدون قید و با قید محدودیت جریان فیلتر فعال، مطرح گردیده که صحت عملکرد این الگوریتم بر روی دو شبکه 5 و 18 شینه مورد بررسی قرار گرفت.
انتخاب پارامترهای فیلتر فعال موازی توسط نرخ جریان های هارمونیکی تعیین می شود در حالی که انتخاب پارامترهای فیلتر فعال سری بر اساس هارمونیک ولتاژ تعیین میگردد. امپدانس کل سیستم بدون بار نشان داده شده که یک پدیده رزونانس را میتواند ایجاد نماید. الگوریتم بهینهسازی غیر تکراری تک مرحلهای برای فیلتر فعال موازی سه فاز چهار سیمه تحت شرایط منبع نامتعادل و اعوجاج یافته در مرجع - Kanjiya et al, 2013 - پیشنهاد شده است.
