بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله کنترل حلقه بسته یک اینورتر سه فاز 85 kVA در پروژه میکروتوربین ژنراتور را براي اتصال به شبکه قدرت ارائه می دهد. در این مقاله اینورتر قدرت در مد عملکردياتصال به شبکه به گونه اي کنترل می شود که کیفیت توان خروجی آن شرایط استاندارد IEEE 519 را برآورده سازد.کنترل کننده طراحی شده براي اینورتر سه فاز به طور کامل دیجیتالی بوده و توسط یک DSP از خانواده TMS320F2812پیاده سازي گردیده است. سیستم کنترل مطالعه شده بر روي یک مبدل قدرت با توان نامی 85 kVA در عمل پیاده سازي ومورد ارزیابی قرار گرفته و نتایج حاصل از آن عملکرد مطلوب کنترلکننده ارائه شده را نشان میدهد.
واژههاي کلیدي: اینورتر منبع ولتاژ، کنترلکننده دیجیتال، تولید پراکنده، اینورتر متصل به شبکه، میکروتوربین
-1 مقدمه
در قرن جدید و با گسترش خصوصی سازي در صنعت،گرایش به استفاده از تولیدات پراکنده افزایش چشمگیري داشته است. یکی از مهمترین تولیدات پراکنده، میکروتوربینها هستند .[1] میکروتوربین یکی از منابع تولیدپراکنده بوده که می تواند با ابعاد فیزیکی کوچک توانالکتریکی قابل توجهی را تولید کند. همچنین این تکنولوژي توانایی تولید برق مناسب براي مصرف کننده محلی را با راندمان بالا و سوخت پاك مهیا میکند .[3-2] بخشهاي اصلی یک میکروتوربین شامل توربین و ملحقات آن،میکروژنراتور و مبدل الکترونیک قدرت است .[4] توربین باعملیات مکانیکی مناسب نیروي مکانیکی را در دور بالا تهیه می کند، میکروژنراتور انرژي مکانیکی را به انرژي الکتریکی تبدیل می کند به طوري که در بیشتر میکروتوربین ها، جریان
خروجی ژنراتور فرکانس بالایی دارد .[5]
این جریان فرکانس
بالا از طریق یک مبدل فرکانسی به فرکانس مناسب براي اتصال به بارهاي محلی و شبکه قدرت تبدیل میشود. اینمبدل فرکانسی میتواند وظایفی مانند بهبود کیفیت توان، حفاظت اتصال به شبکه، راهاندازي سیستم در حالت موتوري و جبرانسازي تغییرات ناگهانی بارها را نیز ایفا نماید .[6]طراحی و ساخت یک اینورتر سه فاز 85 kVA براي اتصال یک سیستم میکروتوربین به شبکه قدرت سه فاز سهسیمه در مجموع مبدل الکترونیک قدرت به کار رفته در میکروتوربین را می توان به دو بخش قدرت و کنترل تقسیم کرد. بخش قدرت مبدل می تواند شامل سوئیچ هاي قدرت وملحقات آن - مدار درایور، اسنابر و حفاظت هاي آن - ، فیلتر خروجی سیستم، خازن لینک DC، تجهیزات اتصال و مدارات راهانداز و پشتیبانی باشد. از طرفی بخش کنترل شامل سیستم هاي کنترل و مدولاسیون مبدل ها است. معمولاً براي تبدیل فرکانسی مورد نظر از یک مبدل ترکیبی AC/DC/ACاستفاده می شود و لذا نیاز به یکسوساز و اینورتر در این مبدل وجود دارد .[13-7]
هر کدام از این مبدل ها داراي فلسفه کنترلی خاص خود هستند، ضمن اینکه اینورتر بایستی درمودهاي کنترلی مختلف قابلیت اتصال به بارهاي محلی و شبکه قدرت را داشته باشد .[14]در حالت کلی مبدل اینورتري به کار رفته در سیستم میکروتوربین - مبدل 2 در شکل - 1 میبایست در دو مد کنترلی کار کند. در مد اول شبکه قطع بوده و اینورتر باید ولتاژي با دامنه و فرکانس ثابت براي تحویل به یک بار تولید کند - مد جزیره اي - 1 و در مد دوم نیز مبدل اینورتري به شبکه وصل بوده و لذا اینورتر باید بتواند مقدار مشخصی توان اکتیو و راکتیو به ولتاژ شبکه تزریق کند - مد اتصال به شبکه.[15] - 2این مقاله تنها به کنترل اینورتر در مد اتصال به شبکه میپردازد. نحوه کنترل اینورتر ساخته شده در مد جزیرهاي در مرجع [16] به طور کامل شرح داده شده است. در بخش بعدي ساختار کلی سیستم مورد بحث قرار خواهد گرفت. نحوه طراحی کنترلکننده اینورتر و شبیهسازي آن در بخش سوم آورده شده است. بخش چهارم به ارائه نتایج عملی کنترلکننده اینورتر میپردازد. نتیجهگیري کلی مقاله نیز در بخش پنجم آورده شده است.
-2 پیکرهبندي سیستم
در پروژه میکروتوربین براي تبدیل ولتاژ سه فاز خروجی میکروتوربین - با مقدار موثر خط به خط 400 ولت و فرکانس 1600 هرتز - به ولتاژ سه فاز براي انتقال توان به شبکه یا تامین ولتاژ براي بار محلی 400 - ولت و 50 هرتز - از دو مبدل یکسوساز و اینورتر استفاده می شود. در این مرحله که هدف طراحی و ساخت بخش اینورتر می باشد به جاي میکروتوربین از ولتاژ شبکه قدرت استفاده شده که توسط یک یکسوساز دیودي یکسو شده و به مبدل اینورتر تحویل داده می شود. در لینک DC از یک بانک خازنی - خازن هاي الکترولیتی - به منظور کاهش ریپل ولتاژ DC استفاده می گردد. در ادامه، مبدل اینورتر با سه ساق - شش سوئیچ - IGBT قرار دارد که توسط کنترل کننده دیجیتال کلیدزنی می گردد. همچنین در خروجی اینورتر یک فیلتر ریپل AC از نوع LC قرار داده شده است.
شکل 2 نمایی از سیستم قدرت به کار رفته در این پروژه رانشان می دهد. همانطور که از این شکل پیداست بانک خازنی در فیلتر ریپل AC داراي اتصال مثلث بوده و سلف فیلتر ریپل نیز از نوع هسته آهنی است که یک فاصله هوایی به ضخامت1 سانتی متر در آن به منظور جلوگیري از به اشباع رفتن هستهدر نظر گرفته شده است.
-3 کنترلکننده اینورتر با عملکرد جزیرهاي
شکل 3 روش استفاده شده جهت کنترل اینورتر در این مقاله را نشان می دهد. همان طور که دیده می شود، بعد از اندازه گیري ولتاژهاي شبکه و جریان هاي تزریقی به شبکه و عبور دادن از فیلترهاي هموار کننده، مقادیر ولتاژ و جریان از صفحه abc به صفحه dq انتقال پیدا می کنند و در آنجا با مقایسه با مقادیر مرجع خطاي سیستم محاسبه و از کنترل کننده تناسبی انتگرال گیر عبور می کند. سرانجام ولتاژهاي الگويبدست آمده در صفحه dq به صفحه abc منتقل شده و بهبلوك تولیدکننده پالس ارسال میشود.جهت محاسبه مقادیر مرجع براي جریان تزریقی به شبکه در دو محور d و q از روابط زیر استفاده میشود
