بخشی از مقاله
چکیده
نیاز به بهبود عملکرد جبران ساز ایستاي موازي شبکه توزیع - DSTATCOM - ، براي بهبود کیفیت توان به طور فزاینده اياحساس می شود. بدین منظور، در این مقاله، روش کنترل غیرخطی بر مبناي خطی سازي دقیق از طریق فیدبک، بهبود داده می شود. در این روش کنترلی MIMO، علاوه بر جبران Vdc و iq، ولتاژ خازن برخلاف روش هاي معمول به طور مستقیم کنترل و تثبیت می شود، کهنتایج آن، تثبیت ایده-آل ولتاژخازن در مقدار مرجع، امکان کنترل کردن تک تک خازن هابه طور مستقل در اینورترهاي چندسطحی و حذف تنها کنترل کننده PI در سیستم کنترلی است. در این روش، امکان گسترش نقطه کار، بدون تغییر مقادیر Kp و KI میسر می شود.
منحنی هاي مربوط به ولتاژ خازن، iq، id، Ia، شاخصمدولاسیون و اختلاف فاز ولتاژ اینورتر و شبکه - δ - ، براي دوروش سنتی و جدید ارائه و مقایسه می شوند. در کنار بهبودچشمگیر روش کنترلی جدید، نواقصی هم مشاهده می شودکه به عنوان ادامه کار در پژوهش هاي بعدي با استفاده ازکنترل بهینه قابل بررسی و رفع است. دو دسته از پارامترهايشبکه توزیع به عنوان نمونه، انتخاب و تست می گردند. براي شبیه سازي از روش مدل گیري متوسط استفاده می شود. نرم افزار MATLAB R2007b/SIMULINK بدین منظور مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج بدست آمده، کارآمدي این روش را نشان می دهند.
واژههاي کلیدي: کنترل غیرخطی، DSTATCOM، کیفیت توان، شبکه توزیع
-1 مقدمه
سیر تکاملی جبران سازهاي موازي در شبکه توزیع به منظور بهبود کیفیت توان - ضریب توان، پروفیل ولتاژ، پایداري ولتاژ - ،به جبران ساز ایستاي توزیع1 رسیده است. قابلیت تزریق وجذب توان راکتیو به همراه پاسخ دینامیکی بسیار سریع، کاربرد آنها را بسیار وسیع و تحقیق بر روي بهبود عملکرد آنها را بسیار گسترده کرده است. مشکلات عمده عملکرد اینادوات عبارتند از: تغییر و عدم تثبیت ولتاژ خازن بخش DC،غیر خطی بودن معادلات حاکم بر آنها و تزریق هارمونیک بهشبکه.بدین منظور مقالات زیادي کنترل کننده هاي خطی راپیشنهاد داده اند .[5-1] مقالات دیگري نیز کنترل کننده هاي غیرخطی را پیشنهاد داده اند .[10-6] مقایسه این دو روش در[12-10] آمده و برتري کنترل کننده غیرخطی نشان داده شدهاست.
کنترل غیر خطی در این مقاله ها، از نوع خطی سازي دقیق از طریق فیدبک1 می باشد [6] .[13] به صورت تکورودي- تک خروجی2 با δ - اختلاف فاز خروجیDSTATCOM وشبکه - به عنوان متغیر کنترلی ورودي، تنهامتغیر خروجی یعنی iq را کنترل می کند. عیب این روش عدم کنترل ولتاژ خازن است که منجر به اغتشاش خروجی هايسیستم می شود [9] و ممکن است باعث دشارژ خازن شود.در عوض، [10-7] به کنترل چند ورودي-چند خروجی3 با دو متغیر کنترلی ورودي و دو متغیر کنترلی خروجی، روي آوردند. شاخص مدولاسیون - M - و δ به عنوان ورودیهاي کنترلی هستند. جریان راکتیو به عنوان خروجی اول کنترل می شود. id خروجی دوم است. Vdc خروجی غیر مستقیم است که در پیاده سازي کنترل غیر خطی، یعنی خطی سازي با فیدبک مورد استفاده قرار نمی گیرد. نتیجه این عمل، کنترل بهتر ولتاژ خازن و اغتشاش کمتر دینامیک سیستم است.
روش کنترل ولتاژ در این مقالات، کنترل غیر مستقیم Vdc و استفاده از کنترل کننده id است که با یک کنترل کننده PI، Vdc از طریق id کنترل می شود. این روش دو عیب دارد: -1مشکل تنظیم مقادیر کنترل کننده -2 PIعدم استفاده از این مقادیر براي نقاطکار دیگر.در این مقاله، روش کنترلی جدیدي پیشنهاد می گردد تا VDCبدون واسطه و به طور مستقیم کنترل گردد تا بدین وسیلهکنترل کننده PI، حذف شود. به علاوه، VDC بسیار بهتر می تواند کنترل شود. کنترل مستقیم VDC، داراي این مزیت میباشد که براي کاربرد هایی که تعداد بیشتري خازن وجود دارد مانند اینورترهاي چندسطحی [14]، قابل تعمیم است.براي شبیه سازي از تئوري مدل گیري متوسط[18-16] 4،استفاده شده است.ابتدا در این مقاله، آرایش DSTATCOM معرفی می شود. در قسمت 3، مدل تقریبی - - Averaged Model توضیح دادهمیشود. سپس قانون کنترل غیر خطی با پشتوانه ریاضی به دو روش سنتی غیر مستقیم و نوین مستقیم براي کنترل ولتاژخازن در قسمت 4، ارئه می گردد. نتایج شبیه سازي در قسمت 5، نشان داده می شوند. در پایان نتیجه گیري و جمعبندي را خواهیم داشت.
-2 جبران ساز ایستاي موازي - DSTATCOM -
انواع توپولوژي هاي DSTATCOM، متصل به شبکه در منبع[15] آمده است. در اینجا ساده ترین حالت که به منظورجبران جریان راکتیو استفاده می شود، در شکل 1 نشان دادهشده است.مدل از اجزاي زیر تشکیل می شود:
- 1اینورتر منبع ولتاژ سه فاز
- 2یک خازن که قسمت DC را مدل می کند.
- 3اندوکتانس L ومقاومت Rs در طرف AC است. Lاندوکتانس نشتی ترانس و فیلتر است و Rs تلفات هدایت ترانس و اینورتر را نشان می دهد.
Va,Vb,Vc - 4 ولتاژهاي خط رانشان می دهند و Ea,Eb,Ec ولتاژهاي خروجی اینورتر رانشان میدهند.
با استفاده از تبدیل dq←abc معادلات کامل فضاي حالت حاکمبر DSTATCOM به صورت زیر نمایش داده می شود 1]، 6 و:[9id و iq به ترتیب جریان هاي محورهاي d و q هستند. Vdc ولتاژقسمت DC را نشان می دهد. w سرعت زاویه اي چرخشیسنکرون، C مقدار خازن اینورتر، Vd و Vq به ترتیب مولفه محور d و q ولتاژ خط هستند.Ed و Eq به ترتیب مولفه محور d و qولتاژ خروجی اینورتر هستند. . براي حذف Vq ، محور d همفاز با فاز a در نظر گرفته شده است. بنابراین، Vq=0 و .Vd =Vsکه Vs به صورت دامنه تکفاز ولتاژ فاز به زمین ولتاژ شبکه دنظر گرفته می شود.
-3 مدل متوسط - Averaged Model -
براي مدل سازي آسان و دقیق از روش متوسط گیري جامع1در این مقاله استفاده شده است - براي جزییات به مقالات[18-16] مراجعه کنید - . طبق این روش مبدل به صورتپیوسته غیر متغیر با زمان مدل می شود. با صرفنظر ازهارمونیک هاي تولیدي مبدل، تنها مقدار مولفه اصلی به عنوان اثر مبدل در نظر گرفته می شود . - Ea=mVdc - طبق این فرض معادلات - 1 - به صورت زیر ساده می شوند:
اگر معادلات - 7-6 - براي تمام مقادیر x و k<r-1 برقرارباشند، درجه نسبی معادلات سیستم براي اعمال خطی سازي ورودي - خروجی از طریق فیدبک، r است.
1-4 روش سنتی - کنترل غیر مستقیم - Vdc
این روش به دو دسته تقسیم می شود. در روش اول با در نظرگرفتن δ به عنوان تنها ورودي کنترلی، فقط iq کنترل می شود.در روش دوم با در نظر گرفتن δ و m به عنوان ورودي هاي کنترلی ، iq و id به عنوان متغیرهاي خروجی کنترل می شوند و در ننتیجه می توان Vdc را نیز به طور غیر مستقیم ، از طریق id کنترلنمود. نسبت به روش قبل، پاسخ دینامیکی سیستم بهبود می یابد. در ادامه نحوه کنترل می آید.براي کنترل، معادله - 2 - به صورت معادله - 3 - بازنویسی می شود.m شاخص مدولاسیون است. این معادلات غیر خطی هستند.بنابراین، یک کنترل کننده خطی نمی تواند در تمامی نقاطکاري، موثر و خوب عمل کند.
-4 کنترل غیر خطی
قانون کنترل غیر خطی بر مبناي خطی سازي دقیق از طریقفیدبک می باشد 6] و .[13 با در نظر گرفتنiq, id, Vdc به عنوانمتغیرهاي حالت سیستم و مشخص کردن ورودي هاي کنترلی به صورتی که در ادامه می آید، معادله - 2 - به فرمت معادلات - 4-3 - در می آید.
