وبلاگ

می­ شود و با جریان واقعی خروجی مقایسه می­گردد. اگر مقدار جریان واقعی از جریان مرجع بزرگتر شده و اختلاف آنها از باند هیسترزیس هم بیشتر شود، آنگاه سوئیچ S₊ خاموش شده و سوئیچ S_-­ روشن می­گردد که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از +۰/۵E به -۰/۵E تغییر کرده و جریان شروع به کاهش می­نماید. در صورتی که جریان واقعی از جریان مرجع کمتر بوده و این اختلاف به اندازه باند هیسترزیس پایین برسد، آنگاه سوئیچ S­_- خاموش شده و سوئیچ S­₊ روشن می­ شود که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از ۰/۵E - به +۰/۵E تغییر یافته و جریان شروع به افزایش می­نماید. لذا در این روش، جریان خروجی با کلیدزنی­های متوالی سوئیچ­ها، جریان مرجع را در یک باند هیسترزیس دنبال می­نماید. به این ترتیب اینورتر تبدیل به یک منبع جریان شده که ریپل آن به محدوده­ هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این، فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. به عنوان مثال چنانچه باند هیسترزیس کوچک انتخاب شود، فرکانس کلیدزنی افزایش می­یابد که در نتیجه ریپل جریان خروجی کاهش ولی تلفات کلیدزنی افزایش پیدا می­ کند. البته مقدار باند هیسترزیس بایستی با حفظ تعادل بین ریپل جریان خروجی و تلفات کلیدزنی به­ طور بهینه انتخاب گردد. در صورتی که جریان واقعی از جریان مرجع کمتر بوده و این اختلاف به اندازه باند هیسترزیس پایین برسد، آنگاه سوئیچ S­_- خاموش شده و سوئیچ S­₊ روشن می­ شود که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از ۰/۵E - به +۰/۵E تغییر یافته و جریان شروع به افزایش می نماید. لذا در این روش، جریان خروجی با کلیدزنی­های متوالی سوئیچها، جریان مرجع را در یک باند هیسترزیس دنبال می­نماید. بدین ترتیب اینورتر تبدیل به یک منبع جریان شده که ریپل آن به محدوده­ هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این، فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. به عنوان مثال چنانچه باند هیسترزیس کوچک انتخاب شود، فرکانس کلیدزنی افزایش می­یابد که در نتیجه ریپل جریان خروجی کاهش ولی تلفات کلیدزنی افزایش پیدا می­ کند. البته مقدار باند هیسترزیس بایستی با حفظ تعادل بین ریپل جریان خروجی و تلفات کلیدزنی به طور بهینه انتخاب گردد. ۱-۶- سیستم تولید پراکنده
در سیستم­های بهم پیوسته برق، با توجه به صرفه­جویی­های مقیاس، تولید انرژی الکتریکی به صورت مرکزی و توسط نیروگاه­های بزرگ صورت می­گیرد. در سال­های اولیه پیدایش سیستم­های به هم پیوسته، معمولا سیستم با رشد سالانه حدود ۶ الی ۷ درصدی در مصرف انرژی الکتریکی مواجه بود. در دهه ۱۹۷۰ مباحثی از قبیل بحران نفتی و مسائل زیست محیطی مشکلات جدیدی را برای صنعت برق مطرح نمودند، به گونه­ ای که در دهه ۱۹۸۰ این فاکتور­ها و تغییرات اقتصادی، منجر به کاهش بار به حدود ۶/۱ الی ۳ درصد در سال شدند. در همین زمان هزینه انتقال و توزیع انرژی­های الکتریکی نیز به طور قابل توجهی افزایش یافت. لذا تولید مرکزی توسط نیروگاه­های بزرگ، اغلب به دلیل کاهش بار، افزایش هزینه انتقال، توزیع، حاد شدن مسائل زیست محیطی، تغییرات تکنولوژی و قانون گذاری­های مختلف غیر عملی شدند. سیستم­های تولید پراکنده، به دسترسی مستقیم از شبکه­ پراکنده یا مصرف ­کننده در سیستم قدرت می ­پردازد و سطح توان آن بین چند KWتا چند MW می­باشد. خصوصیت سیستم­های تولید پراکنده هزینه­ سرمایه ­گذاری پایین، عکس العمل سریع، انعطاف­پذیری بالا و قابلیت اطمینان بالا می­باشد و کاربرد سیستم­های تولید پراکنده در توربین کوچک یا میکروتوربین، سیستم تولید سوخت فسیلی، سیستم فوتوولتائیک و سیستم تولید توان بار می­باشد. سیستم تولید پراکنده، شامل انرژی تجدید پذیر مختلف می­باشد و معمولا برای اتصال به شبکه­ قدرت به اینورتر نیاز دارد.

اینورتر متصل به شبکه برای انتقال اهمیت ندارد، بلکه در مورد جبران توان راکتیو و فیلتر اکتیو اهمیت دارد. اگر تمام سطح ظرفیت توان راکتیو را به کار ببریم، سطح عملکرد شبکه بهبود می یابد.
۱-۶-۱- تعریف منابع تولید پراکنده
تعاریف مختلفی برای تولیدات پراکنده به کار رفته است، ولی تعریف جامع و بدون محدودیت آن عبارت است از منبع انرژی الکتریکی که مستقیما به شبکه­ توزیع و یا سمت مصرف ­کننده وصل
می­گردد. مقادیر نامی این تولیدات متفاوت است، ولی معمولا ظرفیت تولید آن­ها از چند کیلووات تا حدود۱۰ مگاوات می­باشد. نصب تولید پراکنده در پایدار نگهداشتن ولتاژ، اصلاح ضریب توان، ترزیق قدرت اکتیو، حفظ فرکانس و نهایتا بهبود کیفیت توان شبکه تاثیر مثبت دارد. به­ کارگیری تولید پراکنده در سیستم موجب مزایای زیست محیطی، اقتصادی و فنی بسیار زیادی را به دنبال دارد. برای رسیدن به این مزایا تولیدات پراکنده باید دارای اندازه مناسب بوده و در مکان­های مناسب نصب شوند.
۲-۶-۱- معرفی انواع منابع تولید پراکنده
در چند دهه اخیر، حضور منابع تولید پراکنده(DG) در شبکه ­های توزیع با روند رو به رشدی مواجه بوده است. مخصوصا با افزایش منابع جدید انرژی که دارای توان کوچک و ولتاژ پایین می­باشند، این مسئله به شدت افزایش یافته است. در این راستا استفاده از مولد­های چرخان مانند ژنراتور­ سنکرون، به خاطر قابلیت به­ کارگیری آن­ها در نیروگاه­های کوچک حرارتی و آبی و حتی در مزرعه­های بادی و همچنین به خاطر امکان کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو ترزیق آن­ها، افزایش چشمگیری داشته است. به طور معمول در ژنراتور­های بزرگ، گاورنر­ها نقش تثبیت فرکانس و سیستم تحریک نقش تنظیم­کننده­ ولتاژ را دارد،
ولی این مسئله در مورد ژنراتور­های سنکرون کوچکی که به شبکه توزیع متصل می­شوند، صادق نیست. زیرا که هم فرکانس و هم ولتاژ توسط خود شبکه نگه­داشته می­ شود. ژنراتور­های کوچکDG کنترل خیلی کمی روی ولتاژ دارند و روی فرکانس اصلا کنترل ندارند. در سیستم­های تولید پراکنده ،گاورنر­ توان خروجی را کنترل می­ کند و سیستم تحریک مقدار توان راکتیو را مشخص می­نماید. تولیدات پراکنده دارای انواع مختلفی می­باشند که بسته­ به نوع آن ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است. توربین­های گاز کوچک با ظرفیت حدود ۵۰۰ کیلووات تا ۲۰ مگاوات و بازده حدود ۲۵ تا ۴۰ درصد و پیل سوختی با ظرفیت حدود ۵۰ کیلووات تا ۳ مگا وات و بازده حدود ۴۵ تا ۵۵ درصد به تدریج در شبکه ­های توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرارمی­گیرند.
سایر تولیدات پراکنده در شبکه ­های توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار می­گیرند. البته این فناوری­های تولید انرژی، خود به دو دسته تجدیدناپذیر مانند میکروتوربین­ها، پیل­های سوختی، توربین­های گازی و و غیره و تجدیدپذیر مانند توربین­های بادی، سلول­های خورشیدی وو غیره می­شوند.
۱-۶-۳- علل رویکرد به منابع تولید پراکنده
در ساختار قدیم صنعت برق در کشور­های پیشرفته و وضعیت موجود بسیاری از کشور­ها، وظایف تولید، انتقال و توزیع توان بر عهده شرکت­های برق مجتمع بود. افزایش میزان تقاضای توان در چند سال اخیر، در بسیاری از کشور­ها موجب شد که این شرکتها نمی ­توانند به صورت موثر، جوابگوی این میزان تقاضای زیاد باشند. در نتیجه خاموشی، قطع برق و معیوب شدن تجهیزات و و غیره. در بسیاری از
کشور­ها صورت گرفت و به تبع آن قیمت­ها در دوره­ های پیک به شدت بالا رفت. این در حالی بود که همراه با رشد اقتصادی کشور­ها که منجر به افزایش میزان انرژی مورد نیاز آنها بود، مساله کیفیت توان و قابلیت ­اطمینان­ اهمیت ­پیدا ­می­ کند علاوه بر این، بحران نفت در سال ۱۹۷۳ موجب شد که بسیاری از کشورهای که در صنعت خود به سوخت­های فسیلی وابسته بودند، در پی یافتن جایگزینی مناسب برای این سوخت ­ها باشند. همچنین با افزایش آگاهی عمومی در مورد مسائل زیست محیطی، یافتن جایگزین مناسب برای سوخت­های فسیلی اهمیت بیشتری پیدا کرد. مطالعات انجام شده نشان می دهد که
انرژی­های تجدیدپذیر شامل انرژی خورشید، باد، آب، زمین گرمایی و غیره و که از نظر زیست محیطی تمیز بوده، می­توانند جایگزین مناسبی برای سوخت­­های فسیلی باشند. بدین ترتیب عواملی مانند تجدیدساختار صنعت برق، نیاز به افزایش ظرفیت سیستم و پیشرفت تکنولوژی به طور همزمان، پایه و اساس معرفی تکنولوژی­های تولید پراکنده می­باشند.
فصل دوم
کنترل توان اکتیو و راکتیو شبکه در سیستم تولید پراکنده (DG)
۲-۱- مقدمه
سیستم­های تولید پراکنده قابلیت­اطمینان و انعطاف­پذیری را در شبکه ­های الکتریکی بالا می­برند. ریزشبکه­ها شامل سیستم فوتوولتائیک(pv) و سیستم­های ذخیره­ساز می­باشد. سیستم­های فوتوولتائیک برای ترزیق توان تولیدی به شبکه، نیاز به اینورتر DC/AC دارند. سیستم­های ذخیره­ساز بر اساس باتری می­باشند، که به کانورتر AC/DC دو جهته، یکی برای شارژ باتری و ترزیق توان نیاز دارند. سیستم­ توربین بادی با سرعت­های مختلف از دو کانورتر قدرت AC /DC استفاده می­ کند.
شکل (۲-۱): نمایش نمونه ­ای از ریزشبکه
اینورتر­ها بر­اساس نیمه­هادی به دو دسته طبقه ­بندی می­شوند ۱- اینورتر­ها بر اساس IGBT یا تکنولوژی مشابه با آن که موجب ایجاد کلیدزنی سریع می­گردند و در کانورتر­ها^[۴] (VSC) نامیده می­شوند، از مزایای این اینورتر­ها کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو می­باشد و با بهره گرفتن از فیلتر­های سبک، هارمونیک جریان کاهش می­یابد و از معایب آن، با بالارفتن فرکانس کلیدزنی، تلفات سیستم افزایش می­یابد.
۲- اینورتر­ها بر اساس تریستور یا تکنولوژی مشابه با آن می­باشد و در کانورتر­ها^[۵] (LCC) نامیده
می­ شود، از مزایای آن در دسترس بودن هر سطح ولتاژ و توان می­باشد که موجب کاهش تلفات و فرکانس کلیدزنی پایین می­باشد و از مزایای دیگر آن کنترل توان اکتیو و غیر قابل­کنترل­نمودن توان راکتیو مصرفی می­ شود و برای ایجاد هارمونیک جریان، نیاز به فیلتر بزرگ دارند.
اینورترها بر اساس تعداد سطوح طبقه ­بندی می­شوند، در ولتاژهای پایین از اینورتر دو سطحی استفاده می­ شود. در حالت دو سطحی موقعی­که ولتاژ افزایش می­یابد، باید چندین نیمه هادی را با هم سری کنیم و در این حالت از تکنولوژی چند سطحی استفاده می­ شود. در تکنولوژی چند سطحی، تعداد هارمونیک­ها کاهش می­یابد. برای کنترل کانورتر قدرت تعدادی طرح کنترلی پیشنهاد شده است. کنترل فیدبک برای کانورتر قدرت بر اساس ۱- طراحی بر اساس کنترل خطی ۲- طراحی بر اساس کنترل غیرخطی طراحی بر اساس کنترل خطی، تغییرات پیوسته و تعداد فضای کلیدزنی کانورتر گسسته می­باشد و رفتار سیستم تحت شرایط مختلف بررسی می­گردد و در این حالت از مدولاسیون پهنای پالس(PWM) مانند PWM سینوسی و SVPWM فضای برداری(PWM) استفاده می­ شود. برای محاسبه­ی خروجی کنترلر از ماتریس انتقال مختلف استفاده می­ شود. در شرایط تعادل و در حالت ماندگار، اندازه­ ولتاژ و اندازه­ جریان ثابت می­باشد و از کنترلرPI برای تنظیم کنترل حلقه استفاده
می­ شود. در شرایط نامتعادل، با اضافه نمودن مرجع سنکرون دوبل یا با کمک تبدیل clarck، که در این حالت نسبت تشدید PR^[6] باید تنظیم گردد و تحت این شرایط سیستم کار می­ کند.
طراحی بر اساس کنترل غیرخطی، به جای استفاده از PWM از فرمان کلیدزنی کانورتر­ها استفاده
می­ شود و از مزایای آن پاسخ سریع سیستم و کاهش وابستگی به پارامترها می­باشد و از معایب این طراحی، فرکانس کلیدزنی غیرثابت می­باشد که محاسبه­ی تلفات کانورتر را دشوار می­سازد. ۲- ۲- توصیف سیستم
شکل(۲-۲): سیستم شامل کانورتر VSC و شبکه سه فاز
ساختار سیستم در بالا نشان داده شده است، که شامل شبکه سه فازه سه­سیمه می­باشد. کانورتر منبع ولتاژ VSC، که شامل تغییرات توان AC و سمت DC می­باشد و در هر سه شاخه دو سوئیچ قرار دارد، که نقاط وسط آن توسط سلف به شبکه متصل می­گردند. سوئیچIGBT ولتاژ سه فاز مطلوب را در سمت AC ایجاد می­ کند و موجب کنترل توان اکتیو و راکتیو می­گردد. منابع تولیدی و ذخیره­کننده در سمت DC متصل می­گردند و سیستم فوتوولتائیک یا باتری دارای ماهیت DC می­باشد. توربین بادی سبب ایجاد فرکانس AC متغییر می­گردد، ترانس یکسوساز قبل از اتصال دارای مقدار DC می­باشد. سمت DC به صورت منبع ولتاژ DC مدل می­گردد (شکل(۳-۲)) یا منبع جریان به طور موازی با خازن شنت متصل می­گردد (شکل(۴-۲)) سمت AC به صورت مدار معادل تونن شبکه یا به شکل ساده و مختصر شده برای منبع ولتاژ ACمدل می گردد. کانورترمنبع ولتاژ (VSC) بین منبع ولتاژ ACو سلف می­باشد یا کانورتر VSC بین منبع جریان ACو سلف می­باشد.
۲-۳- روش کنترل توان اکتیو و راکتیو P,Q 2-3-1- تبدیل clarck
تئوری توان لحظه­ای در قالب۰αβ، که بر اساس تبدیل سه فاز کمیت لحظه­ای در قالب abc می­باشد.
شکل :(۳-۲)کانورتر VSC با مدل منبع ولتاژ dc
شکل :(۴-۲) کانورتر VSC با مدل منبع جریان موازی با خازن شنت dc
(۲-۱)
(۲-۲)
(۲-۳)
دو محور متعامد α,β که محور α بر روی محور a قرار گرفته و محور β دارای۹۰ درجه اختلاف فاز با محور α دارد.
با توجه به دیاگرام هندسی نشان داده شده در شکل(۲ ۵-) می­توان مجموعه­ سه فاز را بر حسب βα که در واقع تصویر مولفه های a,b,c می­باشد، بر روی محورهای متعامد β,α بیان نمود.
نمایش:(۵-۲)شکل
مقدار لحظه­ای ولتاژ و جریان در قالب abc
, : مقدار لحظه­ای ولتاژ و جریان در قالب
شکل(۲-۵) نمایش هندسی تبدیلclarck می­باشد
(۲-۴)
(۲-۵)
شکل(۲-۶): نمایش ولتاژ در قالب abc
۲-۳-۱-۱- تئوری توان لحظه ای در قالب
ولتاژ و جریان لحظه­ای در سیستم سه فاز متعادل نشان داده شده است.
.
شکل :(۶-۲) نمونه ­ای از ولتاژ سه فاز در قالب, abc