بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله یک طرح کنترل جریان چند حلقه اي جدید براي یک منبع تولید پراکنده اینورتري متصل به شبکه ضعیف به منظور تحویل توانهاي حقیقی و راکتیو ثابت یا تعقیب تقاضاي بار ارائه میگردد. در سیستم کنترل جریان مورد نظر توانهاي حقیقی و راکتیو منبع بصورت مستقل از یکدیگر کنترل میگردند. سیستم کنترل بر اساس روش گام به گام به عقب با استفاده از کنترل کنندههاي مود لغزش در چارچوب سنکرون dq طراحی شده است.
این سیستم به نحوي طراحی میگردد که علاوه بر تعقیب مولفه هاي جریانهاي مرجع، نسبت به عدم قطعیت هاي مدل و اختلالات وارد بر منبع مقاوم باشد. همچنین پایداري سیستم کنترل در روند طراحی درنظر گرفته میشود. عملکرد مطلوب طرح کنترل پیشنهادي براي یک منبع اینورتري متصل به شبکه ضعیف در حضور عدم قطعیت در پارامترهاي مدل و اختلالات وارد بر سیستم از طریق نتایج شبیه سازي نشان داده میشود.
-1 مقدمه
در سالهاي اخیراستفاده از منابع تولید پراکنده براي تغذیه بارهاي محلی و یا تحویل توان به شبکه هاي ولتاژ متوسط و ولتاژ کم مورد توجه زیادي قرار گرفته است. منابع پراکنده مبتنی بر اینورتر بخش عمده اي از منابع تولید پراکنده را تشکیل میدهند. در این منابع از یک واسط الکترونیک قدرت1 که معمولا یک اینورتر PWM با فرکانس کلیدزنی بالا و یک فیلتر خروجی براي تضعیف مولفه هاي هارمونیکی ناشی از فرآیند کلیدزنی است، استفاده میشود.[1]
براي تعقیب فرمانهاي مرجع توان و دستیابی به انرژي الکتریکی با کیفیت مطلوب در خروجی منابع اینورتري، استفاده از یک سیستم کنترل ولتاژ/ جریان مناسب براي واسط الکترونیک قدرت این منابع ضروري است. به همین منظور روشهاي کنترلی با ساختارهاي متفاوت براي واسط الکترونیک قدرت این منابع معرفی شده است.[2-7]
منابع اینورتري با استراتژي کنترل جریان، جهت تحویل توانهاي ثابت یا تعقیب یک تقاضاي مشخص بار به شبکه کنترل جریان یک منبع تولید پراکنده اینورتري متصل به شبکه ضعیف متصل میگردند.[8] در این استراتژي، جریان خروجی منبع مستقیما تحت کنترل قرار میگیرد. با کنترل مولفه هاي جریان خروجی منبع، توانهاي حقیقی و راکتیو تولیدي آن تنظیم میگردند. این استراتژي امکان کنترل مستقل توانهاي حقیقی و و راکتیو منبع را، علی رغم وجود تغییر در امپدانس ارتباطی، فراهم میکند. [9]
در شرایطی که منبع اینورتري با استراتژي کنترل جریان به یک شبکه قوي متصل میشود معمولا از یک فیلتر سلفی براي محدود کردن تموج جریان خروجی منبع استفاده میشود. اما براي اتصال این نوع منابع به شبکههاي ضعیف، به منظور حفظ کیفیت جریان خروجی منبع و ولتاژ باس محل اتصال، معمولا از یک فیلتر LCL در خروجی اینورتر استفاده میشود.[10] در این حالت ساختار سیستم کنترل منبع پیچیده تر میگردد و طراحی سیستم کنترل و تنظیم مناسب پارامترهاي آن به منظور حفظ پایداري و تعقیب سیگنالهاي فرمان از اهمیت ویژه اي برخوردار است.
در [1] از روش کنترل PI درچارچوب سنکرون براي کنترل واسط الکترونیک قدرت منابع اینورتري استفاده شده است. سادگی ساختار کنترل کننده PI و عملکرد مناسب آن در حذف خطاي ماندگار براي سیگنالهاي ورودي DC موجب شده است از این نوع کنترل کننده براي کنترل ولتاژ و جریان اینورترها درچارچوب سنکرون، که در آن سیگنالها از نوع DC یا شبه DC اند، به میزان زیادي استفاده شود. در[3] از روش کنترل سرومکانیزم بهینه در چارچوب ساکن براي کنترل واسط الکترونیک قدرت یک منبع ولتاژ اینورتري استفاده شده است.
حساسیت این روش معمولا نسبت به تغییرات پارامترهاي سیستم و اختلالات وارد برآن زیاد است. در [11] از روش کنترل مقاوم H∞ براي تعقیب ولتاژ مرجع خروجی و مقابله با اثر تغییرات خازن فیلتر خروجی یک منبع ولتاژ مبتنی بر اینورتر استفاده شده است. کنترل کننده تناسبی– تشدیدي - PR - 1 جهت کاربرد در کنترل واسط الکترونیک قدرت منابع ولتاژ اینورتري در [12] مورد بررسی قرار گرفته است.
این کنترل کننده در چارچوب ساکن طراحی میشود و نیازمند تغییر چارچوب، همانند آنچه که در کنترل PI انجام میگیرد، نمی باشد و لذا بازدهی محاسباتی این روش افزایش مییابد. یکی از روشهاي کنترلی کارآمد که به منظور تعقیب سیگنالهاي مرجع در حضور عدم قطعیت هاي مدل سیستم استفاده شده است، روش گام به گام به عقب2 مقاوم میباشد.[15],[14],[13] در این مقاله با استفاده از این روش کنترلی یک سیستم کنترل جریان چند حلقه اي براي یک منبع تولید پراکنده اینورتري متصل به یک شبکه ضعیف ارائه میگردد.
سیستم کنترل پیشنهادي بر اساس روش گام به گام به عقب و استفاده از کنترل کنندههاي مود لغزش3 در چارچوب سنکرون dq طراحی شده است. در طراحی این سیستم علاوه بر تعقیب مولفه هاي جریانهاي مرجع، مقاوم بودن نسبت به عدم قطعیت هاي مدل و اختلالات وارد بر منبع درنظر گرفته شده است. همچنین پایداري سیستم کنترل در روند طراحی لحاظ میگردد. عملکرد مطلوب طرح کنترل پیشنهادي براي یک منبع اینورتري متصل به شبکه ضعیف در حضور عدم قطعیت در پارامترهاي مدل و اختلالات وارد بر سیستم از طریق نتایج شبیه سازي نشان داده میشود.
-2تولید جریانهاي مرجع
جریانهاي مرجع در چارچوب سنکرون dq براساس توانهاي حقیقی و راکتیو مرجع منبع اینورتري تعیین میگردند.
-3 کنترل کننده جریان
یک منبع تولید پراکنده اینورتري متصل به شبکه از طریق یک فیلتر LCL در شکل 1 نشان داده شده است. مدل منبع اولیه انرژي بصورت یک ولتاژ DC درنظر گرفته شده است.[17] براي طراحی کنترل کننده جریان با روش گام به گام به عقب از معادلات حاکم بر رفتار فیلتر خروجی اینورتر استفاده میشود. معادلات فیلتر LCL خروجی اینورتر در چارچوب سنکرون dq و طراحی کنترل کننده با جزییات کامل در [18] آورده شده است.
بطور کلی روند طراحی سیستم کنترل در روش گام به گام به عقب بر اساس تقسیم مدل سیستم تحت کنترل به سه زیر سیستم انجام میگیرد. با توجه به معادلات فیلتر LCL در چارچوب سنکرون dq، سه زیر سیستم، شامل معادلات مربوط به مولفه هاي جریان سلف فیلتر در طرف شبکه به عنوان زیر سیستم اول، معادلات مربوط به مولفه هاي ولتاژ خازن فیلتر بعنوان زیر سیستم دوم و معادلات مربوط به مولفه هاي جریان سلف فیلتر در طرف اینورتر بعنوان زیر سیستم سوم درنظر گرفته میشوند.
متغیرهاي حالت در زیرسیستم هاي دوم و سوم به عنوان ورودیهاي کنترل مجازي درنظرگرفته میشوند و مقادیر مرجع براي آنها به نحوي انتخاب میگردد که خروجیهاي سیستم مقادیر مرجع خود را تعقیب نمایند. آنگاه ضابطه ورودیهاي کنترل اصلی سیستم به صورتی تعیین میگردند که ورودیهاي کنترل مجازي، مقادیر مرجع خود را در زمان کوتاه و با دقت بالا تعقیب نمایند.
در این روش ارتباط بین ورودیهاي کنترل اصلی سیستم با خروجیهاي آن بصورت غیر مستقیم از طریق متغیرهاي کنترل مجازي برقرار میگردد. طراحی کنترل کننده جریان به روش گام به گام به عقب در سه مرحله - به تعداد زیر سیستمهاي موجود در سیستم اصلی - انجام میگیرد. براي آنکه سیستم کنترل نسبت به عدم قطعیت هاي مدل و اختلالات وارد بر منبع مقاوم باشد از کنترل کننده هاي مود لغزشی براي هریک از زیرسیستم ها استفاده میشود.[13]
در زیر سیستم اول مولفه هاي ولتاژ خازن در چارچوب dq - شکل - 1 یعنی، vcd و vcq ، به عنوان ورودیهاي کنترل مجازي در نظر گرفته میشوند و مقدار مرجع براي آنها به نحوي تعیین میگردد که مولفه هاي جریان خروجی منبع - خروجیهاي اصلی سیستم - مقادیر مرجع خود را در حضور عدم قطعیت در پارامترهاي این زیرسیستم تعقیب نمایند. براي این منظور ابتدا یک سیگنال خطاي تعقیب جریان مرجع، و یک تابع از خطاي تعقیب جریان مرجع براي راستاهاي طولی و عرضی بصورت زیر تعریف میشود.
