بخشی از مقاله
خلاصه
نصب سیستم های فتوولتائیک خورشیدی هنوز در سراسر جهان مشاهده می شود این امر عمدتا توسط تقاضای تولید برق هدایت می شود، سیستم های PV متصل به شبکه به یک بازیکن فععال در سیستم های قدرت ترکیبی در آینده نزدیک تبدیل خواهد شد
سیستم فوتوولتائیک انرژی خورشیدی را به صورت مستقیم به انرژی الکتریکی تبدیل می کند و باعث آلودگی محیط زیست نمی گردد به همین دلیل به تولید انرژی پاک یا سبز معروف است. این مقاله، در خصوص کنترل یک معکوس کننده فوتوولتاییک چند سطح متصل به شبکه با فیلتر LCL خروجی بحث می کند. معکوس کننده در واقع یک اینورتر تک فاز دارای اتصال آبشاری پل - H با سه منبع DC مجزا از نظر الکتریکی و استراتژی کنترل پیش بین می باشد.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر، کاربرد اینورترهای ولتاژ بالا که قادر به تولید ولتاژ خروجی با طیف هارمونیکی خوب و کنترل آسان هستند افزایشیافته است.[1] اینورترهای چند سطحی به دلیل ویژگی های خوب مثل توانایی تولید ولتاژ بالا، کاهش ولتاژ نقطه مشترک، شکل موج خروجی با طیف هارمونیکی بهتر و dv/dt کمتر برای کاربردهای توان بالا بسیار مناسب هستند.
از طرف دیگر کاهش THD، کاهش تلفات، کاهش تداخل الکترومغناطیسی و کاهش استرس کلیدهای الکترونیک قدرت ازجمله مهمترین مزایای اینورترهای چند سطحی میباشند.[3] ساختارهای مختلفی برای اینورترهای چندسطحی ارائه شده است که از میان آنها اینورترهای چند سطحی با دیودهای برشگر، اینورترهای چند سطحی با خازنهای معلق و اینورترهای چند سطحی با پل H جزء ساختارهای پایه محسوب میشوند.[4] هرچند که ساختارهای متنوع دیگری نیز معرفیشدهاند
اینورتر چند سطحی پل H آبشاری - Cascaded H-Bridge - به دلیل عناصر الکترونیک قدرت کمتر یکی از ساختارهای کانورتری محبوب در مقایسه با ساختارهای کلاسیک دیگر میباشد. ازجمله فواید اینورتر چند سطحی پل H آبشاری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
-1 دارای ساختار مداری منظم و قابل ماژول به خاطر ساختار یکسان هریک از سلولهای پل H
-2 بدون نیاز به دیودهای کلمپ اضافه - در مقایسه با ساختار دیود برشگر - و خازنهای متعادل ساز ولتاژ - در مقایسه با ساختار خازن معلق - .
-3 در مقایسه با اینورترهای چند سطحی مرسوم، برای تولید سطوح ولتاژ مشخص به تعداد عناصر کمتری نیاز دارد
امروزه نحوه کنترل فرآیند های صنعتی و انتخاب روش مناسب جهت این منظور اهمیت بسزایی دارد . الگوریتم کنترل مورد استفاده در صنعت میبایستی دارای تواناییهای مطلوب ازجمله سهولت بکار گیری توسط اپراتور و تنظیم سادهی آن باشد که درواقع خود معیاری برای گسترش کاربرد صنعتی آن خواهد بود . اگرچه استفاده از کنترلکنندههای PIDدر صنعت رایج است ولی فرآیندهای صنعتی ازنظر دینامیکی طیف وسیعی از رفتارهای مختلف را شامل میگردد که کاربرد چنین کنترلکنندهای را محدود میسازد . از اینرو روش کنترل پیشبین یکی از روشهای کنترلی مناسب جهت کاربردهای صنعتی میباشد . فیلتر خروجی با عملکرد بالا در معکوس کنندههایPV برای ارضای استانداردهای کد شبکه موردنیاز هستند. معمولاً، برخی فیلترهای با درجه بالاتر از قبلی فیلتر LCL در معکوس کنندههای PWM مورداستفاده قرار میگیرند.
علیرغم جذب بالای هارمونیکهای مرتبه بالاتر تولیدشده، توسط معکوس کنندههای PWM ، فیلتر LCLمیتواند زمانی که در فرکانسهای تشدید تحریک شود ناپایدار گردد. بنابراین لازم است تا از روشهای میرا کنندگی برای سرکوب کردن این تشدیدها استفاده گردد. بهمنظور افزایش بازدهی معکوس کنندههای PV توصیه میشود تا از فیلتر LCL با میرا کنندگی فعال استفاده شود
در این روش - PWM - شکل موج مرجع با فرکانس خروجی اینورتر با یک شکل موج مثلثی با فرکانس FC، تحت عنوان موج حامل، مقایسه شده و به ازای قسمتهایی از شکل موج که بالاتر از سطح حامل قرار داشته باشد، پالس مثبت و به ازای قسمتهایی که کمتر از سطح حامل میباشند، پالس منفی ایجاد خواهد شد. لذا در خروجی قطاری از پالسها خواهیم داشت که از آنها برای فرمان تریستورهای اینورتر استفاده میشود و با تغییر زمان کلید زنی، بهراحتی میتوان دامنه و فرکانس شکل موج خروجی را کنترل نمود لذا با تغییر فرکانس موج حامل بهراحتی میتوان دامنه و فرکانس خروجی اینورتر را کنترل نمود.
شکل - 1 نمایش خروجی قطاری از پالسهای pwm
.2 مدل سیستم
سیستم کنترلشده شامل 15 معکوس کننده تک فاز اتصال آبشاری با فیلتر خروجی LCL خروجی میباشد.[13] مدل ریاضی مطلوب بسته به مجموعه کنترلی مورداستفاده است MPC را میتوان با استفاده از مجموعه کنترل پیوسته یا گسسته پیادهسازی نمود. که مجموعه کنترلی پیوسته انتخاب میشود. این روش کنترلی نیازمند استفاده از مدولاتور میباشد. اما از طرف دیگر این روش دارای فرکانس سوئیچینگ ثابت در مقایسه با مجموعه کنترلی گسسته میباشد. این رهیافت نیازمند مدل سوئیچینگ دقیقی از معکوس کننده نیست. تأخیر زمانی معکوس کننده به دلیل فرکانس بالایی PWM قابل صرفنظر است. اما، لازم است تا بر مدل گسسته فیلتر LCL تمرکز شود.
الف. مدل فیلترLCL
فیلتر LCL یک سیستم دینامیک مرتبه سوم میباشد - شکل. - 1 به دلیل احتمال رزونانس در فیلتر LCL لازم است تا از یک روش میرا کنندگی استفاده شود. برای از بین بردن رزونانسهای فیلتر LCL از میرا کنندگی فعال در فرکانسهای تشدید استفاده میشود که در معادله - 1 - آمده اند.
طراحی فیلتر LCL برای اتصال پشت سرهم در یک معکوس کننده کار پیچیدهای میباشد. رهیافت طراحی به صورت مثال در مرجع[13] آورده شده است. برای طراحی و تنظیم راحتتر بخش کنترلی ترجیح داده میشود تا معکوس کننده PV در یک فریم مرجع دوار d-q کنترل شود. توصیف فضای حالت زمان پیوسته فیلتر LCL در مرجع d-q بوسیله معادله - 2 - تعریف میشود.
شکل - 2 توپولوژی فیلتر LCL و مدل دینامیکی آن
