بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله کنترلر مقاوم ∞ در دستگاه قاب ساکن برای مبدل های متصل به شبکه در یک شبکه ی میکروگرید، که هدف آن کنترل جریان و کاهش میزان هارمونیک جریان تزریقی به شبکه اصلی در حضور بار غیرخطی نامتعادل می باشد، طراحی شده است. این مبدل منبع ولتاژ به وسیلهی یک فیلتر LCL، به شبکه اصلی وصل شده است. در این شبکه ی میکروگرید جریان بار غیرخطی نامتعادل، به عنوان یک اغتشاش وارد بر سیستم در نظر گرفته شده و کنترلر مقاومی جهت کاهش تاثیر این جریان بر جریان تزریقی به شبکه اصلی طراحی شده است.
هم چنین در این مقاله، یک تابع وزنی عملکردی برای طراحی کنترلر مقاوم و عملکرد مناسب آن در مقابل هارمونیک های سوم، پنجم، هفتم و ... پیشنهاد شده است. برای بررسی عملکرد کنترلر مقاوم زراحی شده، یک کنترلر تناسبی -رزونانسی نیز طراحی و با کنترلر مقاوم مقایسه شده است. در نهایت شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار متلب/سیمولینک نشان می دهد که کنترلر مقاوم طراحی شده میزان هارمونیک جریان تزریقی به شبکه را به خوبی بهبود می بخشد و عملکرد مناسب تری نسبت به کنترلر تناسبی-رزونانسی مرسوم، در کاهش میزان اعوجاج هارمونیکی کل دارد.
-1 مقدمه
امروزه با پیشرفت شبکه های هوشمند انرژی و توسعه ی استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر، از اینورترهای منبع ولتاژ برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه قدرت استفاده می شود. وظیفهی این مبدل ها، انتقال مطمئن و با کیفیت انرژی از منابع تولید پراکنده به شبکه قدرت می باشد. به همین دلیل استفاده از روشی کنترلی که بتواند این هدف را برآورده کند، مورد توجه قرار گرفته است. ساختارهای مختلفی برای کنترل اینورترهای متصل به شبکه مطرح شده و در [1] بررسی شده اند.
در [2,3] از کنترل پیش بین استفاده شده است که با وجود سرعت پاسخ بالا، نیاز به خازن DC کوچک جهت ذخیره ی انرژی، فرکانس کلیدزنی ثابت و توانایی ردیابی دقیق جریان مرجع با کمترین میزان هارمونیک، نقطه ضعف آن ح سا سیت زیاد این روش ن سبت به دقیق بودن مدل سیستم به کار گرفته شده در طراحی کنترلر است. در [4,5] از کنترل هیستریزیس استفاده شده است که مزایای آن سادگی، م قاوم بودن در برابر تغییرات بار و پارامتر های فیلتر، اع مال محافظت ذاتی در برابر اضافه بار و همچنین دینامیک پاسخگویی بالا و معایب آن متغیر بودن فرکانس کلیدزنی و خطایی معادل دو برابر باند هیستریزیس می باشند.
به دلیل ساختار ساده و پیاده سازی راحت ، روش های خطی مانند کنترلرهای بر اساس قاب مرجع ساکن - SRF - 1 و قاب مرجع چرخان - RRF - 2 محبوبیت بی شتری ن سبت به روش های کنترلی غیرخطی دارند. در میان کنترلرهای بر اساس RRF ساختار کنترلی تنا سبی-انتگرالی - PI - 3 شناخته شده و رایج تر هستند. در این روش دو محور جریان d-q بر اساس تبدیل پارک تعریف شده و کنترلر طراحی می شود. با ا ستفاده از ولتاژ شبکه به صورت پیش خور و کنترلر PI، محورها به صورت مستقل قابل کنترل هستند. به خاطر خطاهایی که در مدل سازی و پارامترهای سیستم وجود دارد، در صورت بروز تغییر در یک محور، در محور دیگر حالت گذرایی مشاهده می شود که بر روی کیفیت توان تاثیر منفی می گذارد.
مشکل کنترلر ساده ی PI وجود خطای حالت دائمی و عملکرد ضعیف آن ها در حذف اغتشاشات مربوط به بارهای غیرخطی است. از این رو ساختارهای کنترلی مختلفی در مراجع مختلف پیشنهاد شده است. محبوب ترین این کنترلرها، کنترلر تناسبی-رزونانسی - PR - 4که حاصل انتقال کنترلر PI به دستگاه قاب ساکن − است، می باشد. این کنترلر مرجع سینوسی را با خطای حالت دائمی صفر دنبال می کند.[6]
در کنترلر م قاوم ∞ برای بهبود عملکرد م بدل منبع ولتاژ 5 در مقابل عدم قطعیت های موجود در پارامترهای فیلتر LCL خروجی طراحی شده است. در کاربرد های توان بالا، معمولا از فیلتر LCL در خروجی VSC برای اتصال به شبکه ی اصلی استفاده می شود که در مقایسه با فیلتر L از نظر ابعاد کوچکتر بوده، عملکرد مشابهی در فرکانس های پایین دارد و می توان با فرکانس کلید زنی پایین تر به نتایج مشابهی رسید .[7-8]
مشکلی که در فیلتر های LCL وجود دارد، رزونانس LC میران شده ا ست که برای میرا کردن آن، می توان از روش های غیرفعال مانند افزودن مقاومت به خازن استفاده کرد که باعث افزایش توان اتلافی می شود ولی ب سیار ساده است.[9] چندین روش فعال مانند جبرانسازی پیش فاز-پس فاز در [10] و مقاومت مجازی در [11-12] پیشنهاد شده است که پیچیده تر از روش های غیرفعال بوده و پیاده سازی آن ها در عمل دشوارتر می باشد. در این مقاله به علت امکان پیاده سازی راحت تر، از مقاومت سری با خازن استفاده شده است.
حضور بار غیر خطی نامتعادل در شبکه میکروگرید و ایجاد اعوجاج و عدم تعادل در جریان تزریقی به شبکه اصلی، مساله ی مهمی ا ست که برای مقابله و حل آن نیاز به رو شی جهت کاهش میزان THD جریان تزریقی به شبکه ا صلی و ایجاد تعادل در آن می باشد. به همین دلیل در این مقاله با استفاده از تئوری کنترل مقاوم و توابع وزنی عملکردی پیشنهاد شده، کنترلری طراحی شده است که در حضور بار غیر خطی نامتعادل، THD جریان تزریقی به شبکه را در محدوده ی مجاز تعیین شده در استاندارد نگه داشته و تعادل جریان 3 فاز را برقرار کند. در ادامه پس از معرفی ساختار و مشخصات شبکه ی میکروگرید و شبکه ی اصلی و مدلسازی آن ها، ساختار کنترلی PR و سپس ساختار و روش طراحی کنترلر مقاوم ∞ و توابع وزنی استفاده شده در آن ساختار، ارائه شده و سپس نتایج شبیه سازی آورده شده اند. در نهایت نیز نتیجه گیری ارائه شده است.
-2 مدلسازی سیستم
همانطور که در شکل1 ن شان داده شده ا ست، مبدل منبع ولتاژ تحت برر سی از طریق فیلتر LCL به شبکه ا صلی قدرت مت صل می باشد. 1, 1 مقاومت و اندوکتانس مربوط به سلف سمت مبدل، 2, 2 مقاومت و اندوکتانس مربوط به سلف سمت شبکه و , مقاومت میراکننده و خازن فیلتر هستند. ولتاژ شبکه، ولتاژ دو سر خازن و مقاومت سری با آن، ولتاژ خروجی مبدل، 2 جریان خروجی فیلتر به سمت شبکه، 1 جریان خروجی مبدل، جریان بار و جریان تزریقی به شبکه می با شند.
باس DC به صورت یک ولتاژ ثابت و با یک منبع ولتاژ ثابت در نظر گرفته شده است. لذا معادلات سمت DC وارد محا سبات نمی شوند. در صورتی که در سمت DC منابع انرژی تجدیدپذیر مانند سی ستم فوتوولتاییک7 و یا پیل های سوختی8 وجود داشته باشند، می توان از یک حلقه ی خارجی کنترل ولتاژ که ولتاژ باس DC را کنترل می کند، استفاده کرد. این حلقه ی خارجی ولتاژ، می تواند جریان مرجع را تعیین کند. جریان مرجع نیز می تواند توسط حلقه ی خارجی دیگری که از توان راکتیو خط استفاده می کند، تعیین شود. سپس می توان توسط تبدیل پارک، تبدیل از فضای d-q به فضای − را انجام داد.
