بخشی از مقاله
چکیده
فیلترهای اکتیو در سیستمهای قدرت سبب حذف رفتار غیرخطی بارهای غیرخطی از شبکه میشوند. در واقع امروزه با توجه به افزایش بارهای غیرخطی در سیستمهای قدرت، استفاده از روشی برای حذف جریان غیرخطی ضروری است. یکی از روش های متداول، استفاده از فیلترهای اکتیو قدرت - APF - میباشد. در ساختار این فیلترها بهمنظور حذف رفتار غیرخطی بار، یک خازن وجود دارد که ولتاژ این خازن با استفاده از کنترل کنندهها کنترل شده تا در نهایت سیستم به حذف رفتار غیرخطی بار منجر شود.
هدف از این مقاله طراحی یک کنترل کننده فازی بهمنظور کنترل ولتاژ خازن لینک DC جهت حذف رفتار غیرخطی بار و سیونسی کردن شکل موج ولتاژ و جریان می-باشد. در نهایت به منظور اثبات برتری روش ارائه شده در این مقاله، نتایج حاصل از طراحی کنترل کننده فازی، با یک کنترل کننده کلاسیک PI مقایسه شده که در نهایت نتایج شبیه سازی، برتری روش فازی ارائه شده را اثبات میکند.
مقدمه
در سالهای اخیر افزایش بارهای غیرخطی باعث ایجاد پدیدههای نامطلوب در عملکرد سیستمهای قدرت شده است. این بارها در برابر جریان AC امپدانس غیرخطی دارند و شکل موج جریان آنها نسبت به شکل موج خالص سینوسی فرکانس پایه که مطلوب شبکه میباشد، اعوجاج پیدا میکند. به عبارت دیگر این جریانها دارای مولفههای هارمونیکی میباشند. در دو دهه اخیر با پیشرفت تکنولوژی و ساخت عناصر الکترونیک قدرت، استفاده از فیلترهای فعال برای حذف هارمونیکهای جریان و ولتاژ عمومیت بیشتری یافته است.
هدف اصلی استفاده از فیلترهای فعال موازی، حذف مولفههایی از جریان نظیر هارمونیکها و توان راکتیو است که بازدهی شبکه توزیع را تحت تاثیر قرار میدهد. نحوه جبرانسازی فیلتر فعال به مشخصات بار بستگی داشته و این فیلترها برای جبرانسازی بارهایی با مشخصه یک منبع جریان بسیار مناسب هستند.
از لحاظ ساختار داخلی، در فیلترهای فعال به منظور تولید شکل موج مناسب برای تصحیح ولتاژ یا جریان از یک خازن یا منبع DC استفاده میشود. خازن یا منبع امکان جبرانسازی توانهای غیراکتیو - توان هارمونیکی و توان راکتیو - را فراهم میکند. در صورت نبود فیلترهای فعال، اگر در شبکه بارهای غیرخطی وجود داشته باشد، جریان هارمونیکی از شبکه کشیده میشود که این امر میتواند سبب انتشار هارمونیک به شبکه شود.
هارمونیک جریان تولید شده توسط بارهای غیرخطی با عبور از امپدانس شبکه به هارمونیکهای ولتاژ تبدیل شده و علاوه بر وارد آوردن خسارت به تولیدکنندگان انرژی، آثار نامطلوبی نیز در مصرف-کنندگان خواهد داشت. از جمله آنها میتوان به مواردی چون افزایش تلفات گرمایی، کاهش راندمان در تجهیزات الکتریکی، عملکرد نامطلوب تجهیزات، امکان ایجاد تشدید موازی در عناصر خازن و سلف شبکه با فرکانس هارمونیکی، تاثیر نامطلوب بر روی شبکه مخابراتی، افزایش نویز صوتی در ماشینهای الکتریکی، پیری زودرس و خارج شدن خازنهای موجود در شبکه، تاثیر نامطلوب بر عملکرد تجهیزات مانند تلویزیون و کامپیوتر که نسبت به ولتاژ تغذیه حساس میباشند، اشاره کرد.
- اکبری، - 1392، با استفاده از الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات به بهینهسازی اغتشاشهای ولتاژ شبکه - بهبود کیفیت توان - به وسیله فیلتر فعال در دو حالت بدون قید و با قید محدودیت جریان فیلتر فعال پرداخته است. در این روش ابتدا به بررسی پاسخ فرکانسی، تحلیل حساسیت ولتاژ و میزان اعوجاج ولتاژ شبکه توزیع در باسهای مختلف شبکه قبل از نصب فیلتر فعال پرداخته شده و پس از آن در دو حالت بدون قید جریان نامی و با قید جریان نامی فیلتر فعال، وضعیت هارمونیکی در شبکههای مورد مطالعه، مورد بررسی قرار گرفته شده است. - احمدی و کاظمی، - 1391، کنترل کننده منطق فازی برای سیستمهای قدرت با کاربردهای خاص بررسی کرده و با کنترل کنندههای متداول مقایسه کردهاند.
در این مقاله مشاهده میشود که کنترل کننده فازی رفتار بسیار مناسبتری نسبت به کنترل کننده PI دارد و همچنین مقدار فراجهش و فرکانس در کنترل کنندههای فازی نسبت به کنترل کننده PI و کنترل کنندههای معمولی کاهش یافته است.
- مهدویان و جباری، - 1388، فیلترهای توان فعال را جهت افزایش کیفیت توان سیستمهای صنعتی در حضور آلودگی-های هارمونیکی مورد بررسی قرار دادهاند. فیلتر توان فعال موازی جهت بهبود ضریب توان پیشنهاد گردیده، راهکار استخراج سیگنال مرجع مطرح شده و نتایج عملی یک نمونه ارائه شده است.
- Garcia et al, 2014 - ، به بررسی و بکارگیری الگوریتمهای جبرانسازی بکار رفته در یک فیلتر توان فعال موازی پرداخته است. که از سه مبدل تک فاز تمام پل با ولتاژ باس DC یکسان استفاده میکند. این فیلتر موازی برای سیستمهای چهار سیمه سه فاز، کنترل جریان هارمونیک، جبران توان راکتیو و بهبود ضریب توان بکار میرود. - Mikkili et al, 2013 - ، به معرفی یک فیلتر فعال موازی پرداختهاند.
در این مقاله در راستای تقویت کیفیت توان شبکه الکتریکی از طریق کاهش هارمونیکها با کمک کنترل کنندههای منطق فازی نوع یک و دو با بکارگیری توابع عضویت فازی مختلف مطرح شده است. برای انجام این بررسی، از راهکار کنترل جریان فعال و راکتیو استفاده شده است. شکل موجهای جریان منبع سه فاز تولید شده توسط این طرح از طریق یک مبدل منبع سه فاز در یک طرح کنترل باند هیسترزیس بررسی شدهاند. این راهکار به لحاظ کاهش هارمونیکها و تنظیم ولتاژ لینک DC تحت شرایط مختلف منبع صورت گرفته است. برای تابت نگه داشتن ولتاژ لینک DC و تولید جریانهای مرجع جبران کننده، کنترل کنندههای منطق فازی نوع یک و دو با توابع عضویت مختلف - هذلولی، مثلثی و گوسی - ارائه شده است.
- Lam et al, 2012 - ، از یک فیلتر توان فعال ترکیبی سلفی- خازنی کنترل شده با ولتاژ لینک DC انطباقی، برای کاهش تلفات و نویز ناشی از کلید زنی تحت شرایط جبران توان راکتیو استفاده نمودهاند. در این مقاله یک کنترل کننده ولتاژ لینک DC انطباقی برای فیلتر چهار سیمه سه فاز فوق مطرح شده است که در آن ولتاژ لینک DC و همچنین میزان جبران توان راکتیو میتوانند به شکل تطبیقی بر اساس شرایط بار متفاوت تغییر کنند. ولتاژ لینک DC مرجع به سطوحی خاص برای انتخاب، طبقه بندی شده تا از این طریق مشکل نوسانات ولتاژ DC بوجود آمده از طریق تغییر پیوسته ولتاژ مرجع کم شده و پیرو آن، تاثیر نوسانات بر عملکرد جبران توان کاهش یابد.
- Kerrouche et al, 2009 - ، یک فیلتر فعال موازی که از یک اینورتر سهفاز با یک خازن DC تشکیل شده است، پیشنهاد نمودهاند. سیستم کنترلی فیلتر از قسمتهای محاسبه جریان مرجع، کنترل خازن و تولید پالسهای کلیدزنی تشکیل شده است. این پالسهای کلید زنی بر اساس باند هیسترزیس تولید میشوند. همچنین یک کنترلکننده فازی که بر اساس قوانین زبانی تصمیمگیری میشود، پیشنهاد گردیده که با کنترل ولتاژ خازن، کلید زنی سیستم مناسبتر شده و عملکرد فیلتر بهبود یافته و THD کمتری نسبت به روش کلاسیک ایجاد شده است.
