بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله پس از یکپارچهسازی با تکنولوژی ژنراتور سنکرون مجازی و حذف مسیر انتگرال از کنترلکننده، کنترل زاویه روتور - RAC - به کنترل دروپ زاویه روتور مجازی تغییر میکند که میتواند در ریزشبکه مستقل استفاده شو. در استراتژی کنترل جدید، پارامترهای کنترل در تمام کنترل کنندهها بدون تغییر باقی میمانند و تعادل توان و فرکانس سیستم میتواند به طور خودکار و مستقل - بدون ارتباط یا ارسال دستور مرکزی - بازگردانده شود
این ویژگیهایی مشابه RAC میباشد. در استراتژی جدید، تغییر بار تقریبا متناسب با ظرفیت اینورترهای منبع ولتاژ - VSI - بین آنها به اشتراک گذاشته میشود. نسبت به اشتراکگذاری هنگامی که توپولوژی ریزشبکه پیچیده و خطوط اهمی شدید میباشند، قابل قبول است. این مقاله چگونگی دستیابی به این آثار را شرح میدهد.
.1 مقدمه
کنترل فرکانس و توان اکتیو متناظر در ریزشبکه های مستقل بسیار مهم هستند . استراتژی های کنترلی مختلفی در گذشته همچون کنترل سلسله مراتبی، کنترل چندعاملی، کنترل مستر- اسلیو و غیره پیشنهاد شده اند . با این حال برخی از این ها ممکن است موجب بارگیری سنگین گره اصلی یا مغایرت زیاد فرکانسی شوند و یا برای پیاده سازی عملی پیچیده باشند .
به منظور حل این مشکلات، یک استراتژی کنترل توان اکتیو جدید به نام دروپ زاویه در [1] پیشنهاد شده است . این استراتژی می تواند اختلاف بار را متناسب با ظرفیت نامی منابع تولید پراکنده - DG - بین آنها توزیع کند . در مقایسه با دروپ فرکانسی مرسوم، طرح کنترل زاویه، توان را با انحراف فرکانس بسیار پایین به اشتراک می گذارد . علاوه براین، [2] استراتژی را بهبود می بخشد تا DG بتواند با ماشین های سنکرون سنتی، همزمان در حالت دروپ زاویه کار کند .
برای غلبه بر منازعه بین بازدهی بالا در به اشتراک گذاری توان و پایداری سیستم در دروپ زاویه، دو روش دیگر در [3] پیشنهاد شده است . اما روشی که می تواند در توپولوژی پیچیده مورد استفاده قرار بگیرد به ارتباطات نیاز دارد . یکی دیگر از روش هایی که از حلقه کنترل دروپ اضافی استفاده می کند در [1] پیشنهاد شده است . علاوه بر این، به اشتراک گذاری بار در [5] و [6] به روش های دیگر بهبود یافته است . اگرچه تاکنون دستاوردهای بزرگی به دست آمده است، اما هنوز بسیاری از مشکلات حل نشده است .
برای مثال، بهره فیدبک باید بر اساس پارامتر های خط ریزشبکه پیکربندی شود . همیشه بین اثر اشتراک بار و حاشیه پایداری سیستم اختلاف وجود دارد . علاوه بر این، باید روش پیچیده - و گاهی ارتباطی - برای دستیابی به نتایج رضایت بخش در ریزشبکه با توپولوژی پیچیده یا خطوط اهمی شدید، استفاده شود .
یک استراتژی کنترلی جدید که از کنترل زاویه روتور - RAC - نشات گرفته است، ممکن است این مشکلات را حل کند . RAC دارای مشترکاتی با دروپ زاویه می باشد . [1-4] اما تفاوت هایی نیز وجود دارد که در این مقاله شرح داده خواهد شد .
در ابتدا RAC به منظور کاهش نوسانات فرکانس پایین بدون کمک سنجش از راه دور پیشنهاد شد . [7] اما تحقیقات بعدی نشان می دهد که RAC نیز یک استراتژی کنترل بار-فرکانس است . [8] ژنراتورهای خود مختار - دارای سیستم کنترل خودکار مجزا و مستقل - که توسط RAC به کارگیری می شوند، می توانند با سرعت و دقت بارگیری شوند .با تغییر بار، فرکانس را می توان به طور خودکار به مقدار نامی بازگرداند . هیچ نوع مداخله ارتباطی یا مرکز مدیریت در این فرآیند مورد نیاز نیست .
این مقاله نشان می دهد که پس از حذف مسیر انتگرال از کنترل کننده و یکپارچه سازی به کمک تکنولوژی ژنراتور سنکرون مجازی - VSG - که اینرسی و دیگر مشخصه های ژنراتور سنکرون را در DG تقلید می کند، کنترل دروپ زاویه روتور - RAD - می تواند به صورت یک اینورتر منبع ولتاژ - VSI - پیاده سازی شود، که مزایای بسیاری را در RAC به ارمغان خواهد آورد .
به عنوان مثال فرکانس به طور مستقل - بدون سیگنال ارتباطی از راه دور - به مقدار نامی خود باز گردانده می شود . پارامترهای کنترل کننده برای پارامترهای خط ریزشبکه بی معنی بوده و این پارامترها در تمامی کنترل کننده های VSI بدون تغییر باقی می مانند . علاوه بر این اگر برخی از ژنراتورها به حد ظرفیت خود برسند، ژنراتورها می توانند به صورت خودکار از یکدیگر پشتیبانی کنند . [8] گذشته از این ها، RAD دارای شایستگی های دیگری نیز می باشد .
به عنوان مثال تغییر بار را می توان تقریبا متناسب با ظرفیت نامی اینورتر منبع ولتاژ - VSI - در حالت جدید به اشتراک گذاشت . در این مقاله اشتراک گذاری دقیق بار مد نظر نیست . زیرا برای منابعی همچون UPS اشتراک گذاری دقیق مفید است، اما برای انواع مختلف DG همچون فتوولتائیک لازم نیست . نتیجه اشتراک گذاری بار در ریزشبکه پیچیده با خطوط اهمی شدید نیز قابل قبول است .
.2 کنترل دروپ زاویه روتور در ریزشبکه ها
. 2 - 1 کنترل زاویه روتور در ماشین های سنکرون
شکل 1، ن شان می دهد که چگونه PMU زاویه روتور مطلق، ژنراتورهای سنکرون را اندازه گیری می کند . [13] در شکل 1 ، زاویه بین محور q و U همان زاویه روتور می باشد . فازور U یک فازور همگام با ولتاژ ترمینال ژنراتور در سیستم مختصات تعیین توسط PPS می باشد . به طور مشابه، زاویه بین محور q و PPS، یعنی به عنوان زاویه روتور مطلق تعریف می شود .
اگر چه زاویه روتور مطلق را نمی توان مستقیما اندازه گیری کرد، فاصله زمانی بین سیگنال مبدل کیفازور و لبه بالارونده پالس مربعی - 50Hz حا صل از - PSS می تواند دقیقا اندازه گیری شود . بنابراین زاویه به راحتی بد ست خواهد آمد . از آنجا که زاویه بین سیگنال مبدل کیفازور و محور q یعنی در همه زمان ها ثابت باقی ماند، زاویه روتور مطلق یعنی به راحتی می تواند محاسبه شود . از فرآیند محاسبات می توان مشاهده کرد که زاویه روتور مطلق، زاویه بین محور q این ژنراتور و ژنراتورهای دیگر نیست، بنابراین محاسبات آن تنها به اطلاعات محلی نیاز داشته و هیچ گونه سیگنال راه دور مورد نیاز نمی باشد .
در گذ شته، کنترل سرعت - و نه موقعیت - در گاورنر توربین پیاده سازی می شد، بنابراین روتور ژنراتور موقعیت را در تمام طول زمان در سی ستم هماهنگی GPS تغییر می دهد . هنگامی که فرکانس از مقدار نامی به مقدار جدید تغییر کند، روتور به موقعیت جدید منتقل می شود و پس از بازیابی فرکانس، در همان جا باقی می ماند . بنابراین زاویه روتور مطلق که توسط PMU اندازه گیری می شود، به طور مداوم تغییر می کند .
به جز گاورنر سنتی توربین، کنترل کننده زاویه روتور، موقعیت - به جای سرعت - روتور ژنراتور را کنترل می کند . کنترل کننده زاویه روتور در واقع یک کنترل کننده PID ساده است که زاویه مطلق روتور - در سیستم هماهنگی - GPS ژنراتور را اندازه گیری کرده و و ضعیت باز بودن شیر توربین - و سرعت روتور - را افزایش یا کاهش می دهد . به طوری که زاویه روتور بعد از اختلال به مقدار هدف خود می رسد . بدین معنی که هدف RAC این است که موقعیت روتور ژنراتور در سیستم مختصات چرخشی تعیین شده توسط GPS را ثابت کند . به این ترتیب، هر بار که موقعیت روتور پس از چرخش به همان موقعیت برسد، PSS یک سیگنال تولید می کند و فرکانس سیستم در مقدار نامی تنظیم شده و تعادل توان به طور خودکار حفظ می شود .
شکل . 1 اندازه گیری زاویه روتور مطلق ژنراتور سنکرون
. 2 - 2 روتور مجازی و کنترل دروپ زاویه
پس از ا ستفاده تکنولوژی VSG ، قاعده RAC را می توان در VSI در ریز شبکه ها اجرا کرد . برای اینورتر های منبع ولتاژ - که در شکل 2 ن شان داده شده است - در ریزشبکه ها، فرض می شود یک روتور مجازی - مشابه روتور ژنراتورهای سنکرون - در آن وجود دارد . روتور مجازی دارای جرم لختی Tj، توان خروجی Pe و توان ورودی مجازی - Pm معادل با توان خروجی توربین - می باشد . چرخش روتور مجازی را می توان با معادله نوسان - 1 - بیان کرد .
باید در نظر داشت در معادله - 1 - ، توان به جای گشتاور استفاده می شود . زیرا فرکانس سیستم پس از اختلال در حضور RAC از مقدار نامی تغییر نمی کند .
شکل . 2 ساختار اینورتر منبع ولتاژ
ساختار کنترل کننده RAD که برای کنترل Pm روتور مجازی استفاده می شود، در شکل 3 نشان داده شده است . بر خلاف RAC، کنترل PD - به جای - PID در کنترل کننده RAD استفاده می شود . ورودی کنترل کننده RAD، زاویه روتور مطلق روتور مجازی می باشد که از خروجی، فیدبک گرفته می شود
