بخشی از مقاله
کنترلر مد لغزشي تطبيقي در کنترل جريان خروجي سيستم اينورتر متصل به شبکه (NAEC2014)
چکيده – در سيستم هاي منابع توليد پراکنده حال حاضر, از مدولاسيون پهناي باند اينورترهاي منبع ولتاژ جهت کنترل جريان استفاده مي شود, که براي هماهنگ سازي شبکه برق با منبع توليد پراکنده جهت رسيدن به اهداف زير مي باشد: ١) اطمينان از پايداري شبکه ٢) کنترل توان اکتيو و راکتيو ٣) بهبود کيفيت توان و ... . در اين مقاله از کنترل کننده مد لغزشي تطبيقي جهت کنترل جريان سيستم اينورتر متصل به شبکه استفاده شده است که با بروز رساني جريان مرجع سبب تغيير جريان خروجي اينورتر مطابق با سيگنال مرجع مي گردد که اين امر مديريت توان خروجي اينورتر را نيز دربردارد. مقاوم بودن کنترلر پيشنهادي تحت شرايط تغييرات بار خطي و غير خطي که بدنبال آن سيگنال مرجع تغيير مي کند, در نرم افزار متلب به اثبات رسيده است .
کليد واژه - اينورتر منبع ولتاژ, کنترل جريان, کنترلر مد لغزشي تطبيقي , منابع توليد پراکنده.
١- مقدمه
در سال هاي اخير, سيستم هاي توليد پراکنده(DG) سازگار با محيط زيست مانند توربين هاي بادي, سلول هاي خورشيدي و پيل هاي سوختي بدليل اينکه مي توانند افزايش تقاضاي بار را با توجه به رشد سريع اقتصاد و مقررات سختگيرانه زيست محيطي در مورد انتشار گاز گلخانه اي برآورده سازند, بطور چشم گيري توسعه پيدا کرده است [٨]-[١].
بطور کلي , واحدهاي توليد پراکنده بطور موازي به شبکه سراسري متصل مي شوند و توان را براي بارهاي محلي و شبکه توليد مي کنند. براي سيستم هاي توليد پراکنده و اتصال آنها, بايستي ملزومات و مشخصات خاصي را زماني که به سيستم هاي قدرت متصل مي باشند, درنظر گرفته شود. براي اينورتر منابع توليد پراکنده , عملکرد شبکه تا حد زيادي به استراتژي جريان کنترل شده در اينورتر منبع ولتاژ بستگي دارد. مدولاسيون پهناي پالس (PWM) مشهورترين تکنيک کنترلي براي اينورترهاي متصل به شبکه مي باشد. در مقايسه با کانورترهاي PWM ولتاژ حلقه باز, PWM جريان کنترل شده چندين مزيت از جمله پاسخ ديناميکي سريع , مجافظت در برابر اضافه جريان, استفاده از لينک dc و حفاظت جريان پيک را دارد[٩].
کنترل مد لغزشي بر اساس متغيير کنترل ساختار در مقايسه با روش هاي کنترل سنتي داراي چندين مزيت از جمله مقاوم بودن تحت تغيير پارامتر و اغتشاشات خارجي و همچنين پاسخ ديناميکي خوب و سريع مي باشد[١٠]. تطبيقي کردن کنترلر در برابر تغييرات بار سبب مي گردد که جريان بار که سيگنال مرجع را تشکيل مي دهد با دقت مناسبي دنبال گردد.
روش هاي بسياري جهت کنترل جريان خروجي اينورتر و در راستاي آن کنترل و مديريت توان در سال هاي اخير ارائه شده است که بسياري از محققين بر روي طراحي کنترل کننده جهت کنترل اينورتر dc.ac کار کرده اند. از جمله اين روش هاي کنترل : کنترل تناسبي انتگرالي (PI) [١١], کنترل تناسبي رزونانس (PR) [١٢], کنترل جريان پيش بيني شده [١٣], کنترل فازي [١٤] مي باشد. کنترلر PI سنتي يک کنترلر ساده با پياده سازي آسان است , اما در دنبال کردن يک سيگنال جريان مرجع سينوسي , داراي يک خطاي حالت ماندگار بزرگ است .
در اين مقاله , از کنترل مد لغزشي جهت کنترل جريان خروجي اينورتر استفاده شده است و در اين کنترل کننده جريان مرجع بصورت آني بر اساس جريان مصرفي بار بروزرساني مي شود تا با تطابق جريان خروجي اينورتر با جريان بار, بتواندجريان مصرفي بار را تا حد امکان از واحد توليد پراکنده تامين نمايد. همچنين با تعريف يک حد آستانه براي سيگنال مرجع اينورتر, جريان خروجي اينورتر محدود مي گرد تا از مقدار ماکزيمم جريان قابل قبول اينورتر تجاوز نکند.
ادامه مقاله بدين ترتيب بيان شده است : در قسمت (٢) مدل سيستم به همراه استراتژي کنترل مد لغزشي بيان شده است . در قسمت (٣) نتايج شبيه سازي جهت اثبات و تاييد روش کنترلي پيشنهادي ذکر شده است . در آخر نتيجه گيري نهايي در قسمت (٤) بيان شده است .
٢- مدل سيستم و استراتژي کنترل
٢-١- مدل فضاي حالت يک اينورتر متصل به شبکه
شکل ١ بلوک دياگرام يک اينورتر تکفاز متصل بـه شـبکه را نشان مي دهد, کـه شـامل يـک منبـع ولتـاژ چهـار سوئيچ (T4-T1), يک فيلتر سلفي (L), مقاومت خط بين اينـورتر و شبکه (R) و شبکه سراسري (Vgrid) مي باشـد, در اينورترهـاي منابع توليد پراکنده, بايستي ولتاژ توليدي اينورتر از شبکه بيشتر باشد, که اطمينان حاصل شود که جريان از DG به شبکه جـاري مي شود.
شکل ١: مدار معادل کانورتر dc.ac متصل به شبکه
بر اساس قانون کيرشهف معادله حالت سيستم به شـرح زيـر بدست مي آيد:
که جريان خروجي اينورتر(i) بعنوان متغييـر حالـت انتخـاب شده است و u نيز ورودي کنترلي ناپيوسته سيستم مي باشد.
٢-٢- طراحي کنترلر مد لغزشي تطبيقي و آناليز پايداري
طبيعت سوئيچينگ ذاتي کانورترهاي قدرت با ويژگـي هـاي کنترل مد لغزشي سازگار است . کنترل مد لغزشي بجهت ويژگـي هاي مقاوم بـودن, پايـداري و تنظـيم مناسـب در دامنـه شـرايط عملکردي وسيع شناخته شده است ؛ علاوه بر اين , لازم نيست که از مدل متوسط اينورتر استفاده شود. بر اساس تئوري کنترل مـد لغزشي , موضوع اصلي کنترل مبدل هاي قدرت, تعريف يک سطح سوئيچينگ خوب و شرايط سـوئيچينگ مناسـب جهـت تضـمين دنبال کردن سيگنال مرجع با اعوجاج هـارمونيکي کـل کـم مـي باشد [١٥].
سطح سوئيچينگ بصورت خطاي سـيگنال مرجـع و جريـان خروجي سيستم بصورت زير تعريف مي شود:
از سطح سوئيچينگ مشتق گرفته و برابر صفر قرار داده مي شـود تا از روي آن انرژي کنترلي معادل محاسبه گردد:
درآخر کنترل کننده بصورت زير حاصل مي شود:
جهت بررسي پايداري تابع لياپانوف زير مورد بررسي قرار مي گيرد:
براي آنکه سيستم پايدار باشد, بايستي مشتق تابع لياپانوف منفي باشد.
که يک عدد مثبت مي باشد.
DG يک حد آسـتانه جهـت توليـد تـوان خروجـي دارد کـه جهت محقق ساختن اين امر جريـان مرجـع بايسـتي از حـداکثر
جريان قابل توليد منبع کمتر باشد پس [١٦]:
که Imax بيشترين جريان قابل توليد اينورتر را بيـان مـي کنـد. و همچنـين سـيگنال جريــان مرجـع از روي جريــان مصـرفي بــار محاسبه مي شود که با نمونـه گيـري لحظـه اي از جريـان بـار و مقايسه آن با حداکثر جريان قابل توليد توسط اينورتر بدست مي آيد.
٣- نتايج شبيه سازي
روش کنترلي پيشنهادي در نرم افزار متلب براي يک اينورتر تمام پل متصل به شبکه شـبيه سـازي شـده اسـت . پارامترهـاي سيستم به همراه پارامترهاي کنترل کننده در جدول ١ بيان شده است . در شکل ٢ بلوک دياگرام استراتژي کنتـرل مـد لغزشـي بـا سيگنال مرجع تطبيقي بيان شده است . در شکل ٣ بار غير خطي شبيه سازي شده نشان داده شـده اسـت . همچنـين در جـدول ٢ بارهاي اهمي و سلفي که در شبيه سازي جهـت بررسـي صـحت عملکرد کنترل کننده استفاده شده, ذکر شده است
