بخشی از مقاله
چکیده
مشکلات کیفیت توان شبکه در حال گسترش بوده و بنابراین UPQC به عنوان یک جبرانساز جامع براي بهبود کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرد. اما این جبرانساز به علت عدم دارا بودن یک منبع توان حقیقی در ساختار معمول خود قادر به حل برخی از مشکلات توان از قبیل افت ولتاژ عمیق و طولانیمدت نیست. منابع تولید پراکنده - DG - با وجود مزایاي زیاد خود، مشکلاتی در اتصال به شبکه دارند. ترکیب جبرانساز UPQC و منبع DG با تولید DC، راهحلی براي دو مشکل ذکر شده است که هم یک منبع توان براي UPQC فراهم کرده و هم مشکل اتصال DG به شبکه را حل مینماید.
در این مقاله یک روش کنترل جدید براي تزریق کنترلشده توان از طریق بخش سري و موازي جبرانساز UPQC به علاوه یک تغییر ساختار در سیستم ترکیبی پیشنهاد گردیده و همچنین وظیفه تنظیم ولتاژ DC به مبدل متصل به DG داده شده است. نتایج شبیهسازي در نرمافزار MATLAB/simulink نشان میدهد که استفاده از روش پیشنهادي منجر به توسعه قابلیتهاي جبرانسازي UPQC و کاهش چشمگیر توان نامی بخش موازي جبرانساز میشود. مزیت دیگر روش پیشنهادي، کنترل کامل روي توان تولیدي DG و مدیریت انتقال این توان به سمت شبکه و بار میباشد.
-1 مقدمه
توسعه مصرفکنندههاي غیرخطی در شبکه توزیع مانند منابع تغذیه پیوسته - UPS - و درایوهاي با قابلیت تنظیم سرعت - ASD - منجر به کاهش کیفیت توان سیستم شده است. از طرف دیگر نیز تعداد مصرفکنندههاي حساس در شبکه در حال گسترشاست. آنها براي عملکرد مطلوب نیاز به برق با کیفیت توان بالایی دارند. پس باید با قرار دادن جبرانساز در شبکه از یک طرف جلوگیري شود از اینکه بارهاي غیرخطی، کیفیت توان سیستم را خراب کنند و از طرف دیگر اجازه داده نشود که برق با کیفیت پایین به مصرفکنندههاي حساس برسد.
از جمله این جبرانسازها میتوان به جبرانسازهایی نظیر DVR،DSTATCOM و UPQC اشاره نمود که در این میان ، UPQC به عنوان یک جبرانساز جامع که قادر به برطرف کردن روشی جدید براي مدیریت توان در سیستم ترکیبی UPQC و DG اغلب مشکلات کیفیت توان میباشد مورد توجه قرار گرفته است .[2], [1] این جبرانساز از دو اینورتر منبع ولتاژ - VSI - پشت به پشت تشکیل شده که یکی به صورت سري و دیگري به صورت موازي با شبکه قرار گرفته است و از یک خازن DC مشترك به عنوان منبع ولتاژ DC استفاده میکنند.
در حالت معمول، مشکلاتی از قبیل افت ولتاژ، توان راکتیو، هارمونیکهاي ولتاژ و جریان با این جبرانساز قابل حل میباشند. ولی این جبرانساز براي حل بعضی از مشکلات کیفیت توان از قبیل کاهش شدید و طولانیمدت ولتاژ و نیز بیبرقیهاي طولانی مدت نیاز به یک منبع توان اکتیو دارد که به طور معمول در ساختار آن وجود ندارد. منابع تولید پراکنده به علت مزایاي متعدد در حال گسترش در شبکه میباشند.
برخی از این مزایا عبارتند از : امنیت بیشتر، کاهش تلفات انتقال، کاهش هزینه ادوات فشار قوي و .... البته این منابع داراي مشکلاتی هستند که براي نمونه میتوان به ولتاژ و فرکانس تولیدي متغیر در توربینهاي بادي و خروجی ولتاژ DC در سلولهاي خورشیدي اشاره کرد. این مشکلات باعث میشوند که نتوان به سادگی منابع تولید پراکنده را به شبکه متصل نمود. بنابراین ایده اتصال این منابع DG به شبکه از طریق جبرانسازها مطرح شده است .
[3] این کار باعث میگردد که هم DG را بتوان به شبکه متصل نمود و هم با فراهم آوردن یک منبع توان براي جبرانساز، قابلیتهاي آن را افزایش داد. در تعدادي از مقالات اخیر، از ترکیب منابع DG و UPQC صحبت به میان آمده است.[4] ,[3] این مقاله سعی در بهبود و کاراترکردن روشهاي کنترلی این سیستم ترکیبی دارد. در ادامه به نقصهاي موجود در کارهاي انجام شده و ارائه راهحل براي آنها و نیز نوآوريهاي جدید پرداخته شده است. در نهایت سیستم ترکیبی دیزل ژنراتور - به عنوان منبع تولید پراکنده - و جبرانساز UPQC مورد مطالعه قرار گرفته و براي نشان دادن کارایی روش کنترل پیشنهادي، در محیط MATLAB/SIMULINK شبیهسازيهایی روي یک سیستم نمونه انجام شده است.
-2 ساختار سیستم ترکیبی UPQC و DG
همانگونه که در شکل 1 نشان داده شده است در سیستم ترکیبی UPQC و منبع تولید پراکنده، یک دیزل ژنراتور از طریق یک مبدل به عنوان منبع DG به جبرانساز UPQC متصل شده است. در ادامه، هریک از اجزاي این سیستم ترکیبی توضیح داده میشود. این جبرانساز که براي اولین بار در [5] معرفی گردید از دو اینورتر منبع ولتاژ - VSI - پشت به پشت تشکیل شده است که به یک خازن DC مشترك متصل میباشند. یکی از این اینورترها از طریق ترانس موازي و دیگري از طریق یک ترانس تزریق سري به شبکه متصل میگردد. چون ولتاژ خروجی اینورترها داراي هارمونیک است معمولا در خروجی اینورترها از یک فیلتر پایینگذر براي حذف هارمونیکهاي ناخواسته استفاده میکنند.
-2-2 منبع تولید پراکنده
در اینجا به عنوان یک نمونه یک دیزل ژنراتور به عنوان منبع تولید پراکنده انتخاب شده که از یک ژنراتور سنکرون متصلبه موتوري دیزلی تشکیل شده است. معمولا ولتاژ و فرکانس تولیدي دیزل ژنراتورها را نمیتوان در مقدار ثابتی نگه داشت و به علت نحوه عملکرد موتور دیزل از نوع احتراق داخلی، فلیکر ولتاژ را خواهیم داشت .[6] خروجی دیزل ژنراتور با کمک یک ترانسفورمر به سطح مطلوب رسانده شده و با کمک یک مبدل منبع ولتاژ یکسو میگردد. این ولتاژ یکسو شده مستقیما به خازن مشترك جبرانساز UPQC متصل میگردد.
-3 روش کنترلی
همانگونه که در شکل 1 مشخص است، سه مبدل منبع ولتاژ در سیستم ترکیبی وجود دارد که تقریبا به صورت مستقل ازیکدیگر کنترل میشوند. بنابراین مدار کنترلی آنها در ادامه درسه بخش مجزا توضیح داده میشود.
-1-3 مدار کنترل مبدل سري
هدف عمده بخش سري جبرانساز، برطرف نمودن مشکلات ناشی از ولتاژ میباشد. بنابراین وظایف عمومی بخش سري عبارت است از: حذف هارمونیک ولتاژ ناشی از شبکه وتحویل یک ولتاژ سینوسی به مصرفکننده و ثابت نگه داشتناندازه ولتاژ مصرفکننده در مقدار یک پریونیت. همانگونه که اشاره شد در روش ارئه شده، بخش سري قادر است حتی در شرایط افت ولتاژ طولانی مدت و عمیق نیز اندازه ولتاژ مصرفکننده را ثابت نگه دارد. مقدار مرجع که از یک کنترلکننده PI عبور داده شده است بهعنوان مرجع ولتاژ محور d استفاده شده است. توان دلخواهی که بخش سري باید تزریق کند نیز با مقدار فعلی توان مقایسه شده و نتیجه مقایسه با عبور از یک کنترلکننده PI به عنوان مرجع ولتاژ محور q مورد استفاده قرار گرفته است.
