بخشی از مقاله
چکیده -
در این مقاله، کنترل کننده مد لغزشی برای اینورتر پشت به پشت متصل به شبکه قدرت ارائه شده است. ساختارپیشنهادی برای سیستمهای تبدیل انرژی تجدیدپذیر مانند انرژی باد قابل استفاده میباشد. سیستمتبدیل انرژی تجدیدپذیر عموماً دارای ساختار غیرخطی همراه با عوامل غیرقطعی و اغتشاش در ورودی و خروجی میباشد. از این رو، کنترل کننده پیشنهادی در این مقاله مبتنی بر روش کنترل مد لغزشی میباشد که میتواند هر دو مبدل سمت ورودی و سمت شبکه را در محدوده وسیع از نقطه کار به خوبی کنترل کند.
با کنترل غیرخطی هر دو مبدل علاوهبر تنظیم ضریب قدرت سمت شبکه، ضریب قدرت سمت ورودی نیز قابل تنظیم خواهد بود، بدین منظور کنترل کنندههای مدلغزشی مستقل برای هردو مبدل طراحی شده است. استراتژی کنترل کنندههای ارائه شده با هدف کنترل توان راکتیو و اکتیو سمت ورودی و سمت شبکه مستقل از هم به کار گرفته شده است. نشان داده شده است که کارآیی سیستم پیشنهادی با بهرهگیری از یک کنترل مناسب تا حد زیادی بهبود پیدا میکند. شبیهسازی در محیط نرم افزار متلب سیمولینک انجام شده است و نتایج شبیه سازی کارایی کنترل کنندههای مد لغزشی طراحی شده را نشان میدهد.
-1 مقدمه
در دهههای اخیر، توسعه بهرهگیری از منابع انرژی تجدیدپذیر به راه حلی برای مقابله با آلودگی محیط زیست تبدیل شده است که این آلودگی بر اثر منابع انرژی سنتی پدید میآید و بحرانی جدی برای انرژی به دنبال دارد.[1] بنابراین در سراسر دنیا، سیستمهای تولید انرژی که مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر هستند، سهم رو به رشدی از کل انرژی را به خود اختصاص دادهاند.
از طرف دیگر، از میان تکنولوژیهای تجدیدپذیر موجود، انرژی بادی به دلیل دسترسی در بیشتر مکانها، سازگار با محیط زیست و دسترسی رایگان آن، نویدبخشترین گزینه محسوب میشود.[2] خروجی سیستمهای تجدیدپذیر از طریق مبدل الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شود، توپولوژی های زیادی از مبدل الکترونیک قدرت در مقالات آمده است
در میان این توپولوژی ها مبدل پشت به پشت به خاطر قابلیت کارکرد در توانهای بالا، محتوای کم هارمونیک های فرکانس پایین جریان شبکه، بازده بالاتر، ولتاژ لینک DC بزرگتر و خازن لینک DC کوچکتر میباشد[5]، این توپولوژی خود شامل یک مبدل در سمت ورودی، یک مبدل در سمت شبکه و خازن لینک DC می باشد که مبدل سمت ورودی به صورت یکسوساز عمل کرده و توان خروجی سیستم تجدیدپذیر را کنترل و ماکزیمم می کند و همچنین مبدل سمت شبکه به صورت اینورتر عمل کرده و برای تنظیم توان اکتیو و راکتیو سمت شبکه و ثابت نگه داشتن ولتاژ لینک DC به کار میرود.
مطالعات اخیر بیشتر بر روی روش های کنترلی برای کنترل توان اکتیو و راکتیو و برای ماکزیمم کردن توان خروجی سیستم های تجدیدپذیر متمرکز شده است.[6] طبق[7]،[8]، طراحی سنتی سیستمهای کنترل تبدیل انرژی بادی مبتنی بر کنترل برداری - - Vector Control با جدا سازی d-q بود، این استراتژی کنترل، تبدیلهای نسبتاً پیچیدهای برای جریان، ولتاژ و خروجیهای کنترلی را دربردارد.
همچنین روشهای طراحی استاندارد، تنظیم کنترلرهای تناسبی انتگرالی - Proportional Integral - را نیز شامل میشود. به همین جهت، عملکرد این روش به صورت بسیار زیادی وابسته به اصلاح پارامترهای PI میباشد بنابراین این تکنیک مستلزم اطلاعات دقیقی نسبت به پارامترهای سیستم تبدیل انرژی بادی است. درنتیجه زمانی که پارامترهای واقعی سیستم با مقادیر استفاده شده در سیستم کنترل تفاوت داشته باشد، عملکرد سیستم دچار خطا می شود.
علاوه براین کنترل برداری مستلزم تبدیل مرجع پیچیدهای میباشد. با توجه به مزیتهایی نظیر ساختار ساده و وابستگی پایین پارامترها، تکنیکهای کنترل مستقیم، مانند کنترل مستقیم توان - Direct Power Control - و کنترل مستقیم گشتاور - Direct Torque Control - به صورت گسترده در سیستمهای تجدیدپذیر استفاده میشود
این کنترلها جایگزین کنترل برداری برای سیستم تبدیل انرژی بادی هستند چرا که پیچیدگی استراتژی کنترل برداری را کاهش داده و استفاده از پارامترهای ژنراتور را به حداقل میرسانند. بردارهای ولتاژ مستقیماً و بر حسب اختلاف بین مقدار مرجع و مقدار واقعی گشتاور و شار استاتور و یا اختلاف بین توان اکتیو و راکتیو، انتخاب میشوند. در نتیجه، وضعیت کلیدزنی مبدل از جدول کلیدزنی بهینه انتخاب میشود.
همچنین DPC و DTC نیازی به تبدیل مختصات، مدولاسیونهای خاص و رگولاتورهای جریان ندارد. با این وجود ریپلهای بلندی در گشتاور/شار یا توان اکتیو/راکتیو در حالت پایدار وجود دارد و به علت استفاده از جدول از پیش تعیینشده کلیدزنی و رگولاتور هیسترزیس، فرکانس کلیدزنی نسبت به نقطه کار متغیر است. از طرف دیگر، کارآیی آن در مدت زمان کار در سرعتهای بسیار پایین رو به زوال میرود.
در این مقاله به منظور ادغام سیستم های تجدیدپذیر با شبکه قدرت از روش کنترل مد لغزشی استفاده میشود. استفاده ازاین روش به این علت است که کنترل برداری و تکنیکهای کنترل مستقیم عملکرد محدودی، مخصوصاً در مقابل عدم قطعیتها و عدم توانایی در پیروی از تغییرات پارامترهای سیستم های تجدیدپذیر، از خود نشان میدهند.
این روش حساسیت کمتری نسبت به عدم قطعیتها دارد و دارای عملکرد دینامیکی و همچنین از نیرومندی خوبی برخوردار است.[14] این رویّه، یکی از روشهای قدرتمند کنترلی برای سیستمهایی است که دارای عدمقطعیت و مشکلات ناشناخته هستند. در کنار این مسئله، کنترل مد لغزشی در مقابل تغییرات پارامترهای سیستم مقاوم است. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که کنترل مد لغزشی برای استفاده در سیستم های تجدیدپذیر مناسب است.
دراین مقاله از دو کنترل کننده مدلغزشی مجزا برای کنترل یک مجموعه اینورتر پشت به پشت استفاده شده است. کنترل کننده اول مبدل سمت ورودی را کنترل میکند و کنترل کننده دوم مبدل سمت شبکه را کنترل مینماید، چنین سیستم های می تواند در سیستم تبدیل انرژی بادی استفاده شود. بخش بندی این مقاله به این صورت می باشد: بخش دوم ساختار سیستم تحت مطالعه، بخش سوم مدلسازی سیستم پیشنهادی، بخش چهارم، نتایج شبیهسازی و در نتیجه بخش پنجم نتیجهگیری میباشد.
-2 ساختار سیستم تحت مطالعه
ساختار سیستم پیشنهادی در شکل 1، ترسیم شده است. سیستم پیشنهادی شامل یک منبع ورودی، یک مبدل الکترونیک قدرت پشت به پشت و شبکه قدرت می باشد که منبع ورودی می تواند یک ژنراتور سنکرون مغناطیس دائم در نیروگاه بادی باشد و همچنین مبدل الکترونیک قدرت از یک مبدل در سمت ورودی و یک مبدل در سمت شبکه و خازن لینک DC تشکیل شده است.
شکل :1 ساختار سیستم پیشنهادی
-3 مدلسازی سیستم پیشنهادی
مدل ریاضی مبدل سمت ورودی و مبدل سمت شبکه و طراحی کنترل کننده مد لغزشی برای هردو مبدل سمت ورودی و سمت شبکه در ادامه بحث شده است.
-1-3 مدل ریاضی مبدل سمت ورودی
در این سیستم پیشنهادی برای مبدل سمت ورودی از یک منبع سه فاز سری با یک سلف معادل در نظر گرفته شده است.
-2-3 مدل ریاضی مبدل سمت شبکه
مبدل سمت شبکه، نقش یک اینورتر را ایفا می کند. وظیفه اصلی مبدل سمت شبکه ثابت نگه داشتن ولتاژ باس DC، تنظیم مقدار توان اکتیو و راکتیو جاری شده به سمت شبکه و حفظ سنکرونیزم شبکه می باشد. از طرف دیگر روش های بسیاری برای کنترل مبدل سمت شبکه استفاده میشود. در این مقاله مدولاسیون پهنای باند - Pulse Width Modulation - مربوط به کنترل کننده مد لغزشی در جهت کنترل مبدل بکار میرود. در ساختار دو حلقه ای مورد استفاده، حلقه های کنترل داخلی، جریان محورهای d و q را تنطیم می کنند و حلقه ولتاژ خارجی، ولتاژ لینک DC را با کنترل توان خروجی تنظیم میکند.
-3-3 طراحی کنترل کننده مد لغزشی مبدل سمت ورودی
مدل ریاضی نیروگاه های واقعی همیشه مبهم است. این عدم تطابق میتواند به علت عدم قطعیتهای پارامتری و دینامیک های غیر مدل شده باشد، بنابراین به یک سیستم کنترل نیاز است تا سیستم را در برابر این عدم قطعیت ها مقاوم سازد و عملکرد سیستم را در ناحیه پایدار باقی نگه دارد. کنترل مد لغزشی یک روش کنترل قدرتمند برای سیستم های دارای عدم قطعیت است
