بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله یک استراتژي جدید مبتنی بر مدل به منظور کنترل مستقیم توان - 1 - DPC مبدل هاي مدولاسیون عرض پالس - 2 - PWM سه فاز معرفی می نماید. در مقاله دیگري نویسندگان، این روش مبتنی بر مدل را براي کنترل مستقیم توان مبدل PWM که از طریق فیلتر خروجی سلفی - - L به شبکه متصل شده است را ارائه نموده اند. در این مقاله، بوسیله یک شیوه مشابه، روش کنترل مستقیم توان پیشنهادي براي مبدلهاي سه فاز با فیلتر خروجی LCL اصلاح شده است.
استفاده از فیلتر LCL بجاي فیلتر ساده L به لحاظ بهبود کیفیت توان، اهمیت قابل ملاحظه اي دارد. درواقع، استفاده از فیلتر مرتبه سوم LCL، کاهش اعوجاج هارمونیکی در فرکانسهاي کلیدزنی پائینتر را میسر می سازد که امتیاز قابل توجهی در کاربردهاي توان بالا با مقادیر اندوکتانس کل کوچکتر می باشد. عملکرد سیستم پیشنهادي به وسیله نتایج شبیه سازي تایید شده است.
1 مقدمه
در چند سال اخیر گرایش به تحقیق در زمینه مبدلهاي PWM سه فاز متصل به شبکه بگونه فزاینده اي گسترش یافته است که این امر ناشی از مزایاي مهم اینگونه مبدلها نظیر قابلیت بازتولید توان، کنترل ولتاژ لینک DC، اعوجاج هارمونیکی ناچیز جریان هاي AC، کنترل دو سویه توانهاي اکتیو و راکتیو، ظرفیت خازنی کوچک لینک DC و ضریب قدرت بالا می باشد. لذا امروزه عموم عناصر تولید پراکنده همچون توربین هاي بادي دور متغیر، میکرو توربین ها و ... بوسیله همین مبدل هاي PWM سه فاز به بار محلی و یا شبکه هاي قدرت متصل می شوند. در کاربرد مبدل هاي متصل به عناصر تولید پراکنده عموما مسئله اساسی، کنترل سیلان توان هاي اکتیو و راکتیو بین منبع تولید پراکنده و مصرف کننده/ شبکه است.
استراتژي هاي کنترلی مختلفی براي اینگونه مبدل ها پیشنهاد شده است. کنترل مبتنی بر ولتاژ 3 - VOC - که بوسیله حلقه هاي کنترل جریان داخلی پاسخهاي حالت ماندگار و دینامیکی مناسبی را فراهم می نماید، بصورت گسترده مورد استفاده قرار گرفته است.
اشکال عمده چنین سیستمی این است که عملکرد آن شدیًدا وابسته به استراتژي کنترل جریان و شرایط شبکه AC متصل به آن می باشد .[1] استراتژي کنترلی جدیدي به نام کنترل مستقیم توان یا DPC که بر اساس کنترل مستقیم مقادیر لحظه اي توان هاي اکتیو و راکتو می باشد، در چند سال اخیر به دلیل امتیازاتی چون عملکرد دینامیکی سریع و پیاده سازي ساده مورد بهره برداري قرار گرفته است.
در DPC حلقه هاي کنترل جریان داخلی و بلوك مدولاتور PWM حذف شده اند، زیرا حالتهاي کلیدزنی مبدل بصورت مطلوبی توسط یک جدول کلیدزنی و بر اساس خطاي لحظه اي میان مقادیر مرجع و اندازه گیري شده توان هاي اکتیو و راکتیو انتخاب می گردد. از سوي دیگر برخی معایب شناخته شده روش کنترل مستقیم توان عبارتند از فرکانس کلیدزنی متغیر - دشواري هاي طراحی مبدل و فیلتر - و برخی مشکلات ناشی از بهره زیاد کنترلرهاي هیسترزیس مورد استفاده در این روش .
با این وجود DPC متداول که بر اساس جدول کلیدزنی است مورد توجه بوده و بطور گسترده اي مورد استفاده قرار گرفته است، لیکن تنها سلفهاي AC ساده به عنوان فیلتر میان مبدل و شبکه به کار برده شده است. به منظور دستیابی به کارایی هارمونیکی قابل قبول، اندازه سلف AC می بایست بسیار بزرگ انتخاب گردد، که این امر سبب افزایش قیمت، حجم و عملکرد ضعیف دینامیکی گشته، افزایش تلفات را نیز به دنبال دارد. در مقابل استفاده از فیلتر مرتبه سوم LCL، کاهش اعوجاج هارمونیکی در فرکانسهاي کلیدزنی پائینتر را میسر می سازد که امتیاز قابل توجهی در کاربردهاي توان بالا با مقادیر اندوکتانس کل کوچکتر می باشد .
از سوي دیگر فیلتر LCL ممکن است باعث بروز اعوجاج گذرا یا حالت ماندگار جریان AC به سبب رزونانس و مشکلات پایداري براي سیستم کنترل شود. احتمال بروز رزونانس در مبدل هاي PWM کنترل شده با VOC در شرایطی که فرکانس رزونانس اصلی در محدوده فرکانسی که هارمونیکهاي جریان AC وجود نداشته باشند انتخاب گردد، کاهش یافته لیکن بطور کامل برطرف نمی شود
متاسفانه این راه حل در مورد روش DPC قابل پیاده سازي نمی باشد زیرا طیف فرکانسی هارمونیک کلیدزنی گسترده بوده و به علت فرکانس کلیدزنی متغیر، بصورت شفاف تعریف نمی شود. یک راه حل دیگر براي شیوه VOC روشهاي تضعیف اکتیو می باشد که بسیار مورد توجه نیز بودهاند .[10-11] از آنجائیکه در روش DPC حالتهاي کلیدزنی توسط یک جدول کلیدزنی انتخاب می گردد نه از طریق حلقه کنترل جریان PWM، لذا روشهاي تضعیف اکتیو در مورد DPC کارایی ندارند.
در این کار تحقیقاتی، یک استراتزي مبتنی بر مدل براي کنترل مستقیم توان مبدلهاي PWM سه فاز ارائه شده است.
در روش پیشنهادي جدول کلیدزنی و مقایسهگرهاي هیسترزیس با مدولاتور ولتاژ PWM با فرکانس کلیدزنی ثابت جایگزین شده اند. ولتاژ مورد نیاز مبدل در هر پریود نمونه برداري تنها بر پایه مقادیر مرجع و اندازه گیري شده توانهاي اکتیو و راکتیو، پارامترهاي سیستم و ولتاژ اندازه گیري شده منبع AC مستقیًما محاسبه می گردد. سپس مدولاتور PWM ولتاژ مرجع را تولید کرده و پالسهاي کلیدزنی را براي مبدل منبع ولتاژ فراهم می سازد. نویسندگان پیشتر این استراتژي کنترل مبتنی بر مدل را براي کنترل مستقیم توان مبدل هاي PWM سه فاز که از طریق یک فیلتر سلفی به شبکه متصل می گردند ارائه نموده اند که عملکرد مناسبتري را نسبت به VOC و تکنیکهاي مرسوم DPC نشان داده است
در این کار تحقیقاتی، با شیوه اي متناظر، روش کنترل مستقیم توان پیشنهادي براي مبدلهاي سه فاز با فیلتر خروجی LCL تطبیق داده شده است. امکان استفاده از فیلتر LCL بهمراه فرکانس کلید زنی ثابت، روش کنترل مستقیم توان پیشنهادي را به لحاظ الزامات کیفیت توان، بسیار مطلوب کرده است.
2 کنترل مستقیم توان پیشنهادي براي مبدل هاي داراي فیلتر خروجی LCL بلوك دیاگرام سیستم کنترل مستقیم توان پیشنهادي با فیلتر خروجی LCL در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
