وبلاگ

بارهای خطی نشان داده شده در شکل (۱-۵)توان اکتیو و راکتیو مصرف میکنند. سیستم DG باید کل توان راکتیو بار و همچنین بخشی یا تمامی توان اکتیو بار را تولید کند. در نتیجه شبکه تنها توان اکتیو تولید می کند که باعث سینوسی شدن جریان شبکه می گردد. تولید کل توان راکتیو بار توسط سیستم DG باعث هم فاز شدن جریان و ولتاژ شبکه می شود. نکته ای که باید در نظر گرفته شود این است که تامین کل توان راکتیو و اکتیو باربه ظرفیت و توانایی اینورتر تکفازدر تولیدتوانها بستگی دارد. باید اینورتری انتخاب شود که توانایی تولید کل توان راکتیو بار را داشته باشد. به طورکلی انتخاب سیستم تولید پراکنده برای اتصال به شبکه به میزان بار بستگی دارد.] ۶[

شکل (۱-۶): سیستم تولیدپراکنده مبتنی بر اینورتر تکفاز متصل به شبکه بابارهای غیرخطی
بارهای غیرخطی نشان داده شده در شکل (۱-۶) جریانهای هارمونیکی مصرف میکنند که باعث هامونیکی شدن جریان شبکه می شود. این جریانهای هارمونیکی دارای دو مولفه اکتیو و راکتیو هستند که به طور مفصل راجب ان در فصلهای بعدی بحث خواهد شد. این بارتوان اکتیو ثابت و هارمونیکی مصرف می کند. سیستم DG باید کل توان اکتیو هارمونیکی و بخشی از توان اکتیو ثابت را تولید کند. توان راکتیو مصرفی این بار فقط هارمونیکی می باشد که باید کل ان توسط
سیستمDG تامین گردد. مجموع این عملکرد باعث سینوسی شدن جریان شبکه میگردد. سیستم نشان داده شده در شکل (۱-۷) شامل هر دو بار خطی و غیر خطی می باشد که این امر باعث میشود که بار مجموع علاوه بر توان راکتیو هارمونیکی توان راکتیو ثابت نیز مصرف می کند. در این حالت سیستم DG باید کل توان راکتیو ثابت و هارمونیکی بار را جهت بهبود کیفیت ولتاژ و توان شبکه تامین کند. هدف این پایان نامه مواردی است که در این قسمت به طور مختصر بیان شده است.
.
شکل (۱-۷): سیستم تولیدپراکنده مبتنی بر اینورتر تکفاز متصل به شبکه بابارهای خطی و غیرخطی
۱-۲: اهداف پروژه
ما در این پایان نامه قرار است تا به کنترل یک اینورتر تکفاز در سیستم تولید پراکنده متصل به شبکه بپردازیم. قبل از کنترل این سیستم باید به طور کامل مشخصه های یک DG تکفاز متصل به شبکه را توصیف کرده و هدفهای کنترلی این مجموعه (اینورتر, شبکه و بارهای خطی و غیر خطی را مشخص کنیم. شکل (۱-۸) سیستم تولید پراکنده تکفاز متصل به شبکه را نشان می دهد. نقطه PCC را نقطه اتصال مشترک در سیستم تولید پراکنده می نامند. شبکه بوسیله Ls و Rs , اینورتر منبع ولتاژ یا VSI بوسیله L وR و بارشامل بارهای خطی و غیر خطی به طور مستقیم به نقطه اتصال مشترک متصل می شوند.
بار غیر خطی میتواند یکسوکننده تک فاز دیودی یا کنترل شونده باشد که باعث ایجاد مشکلاتی در سیستم DG متصل به شبکه می شود, همچون: غیر سینوسی شدن ولتاژ نقطه PCC , هارمونیکی شدن جریان شبکه که از Ls و Rs میگذرد و همچنین ایجاد اختلال در توانهای اکتیو و راکتیو تولیدی و مصرفی اینورتر, شبکه و بار .

شکل (۱-۸): سیستم تولید پراکنده متصل به شبکه با اینورتر تکفاز
سیستم نشان داده شده در شکل (۱-۸) دارای معادله فضای حالت بر حسب جریان اینورتر و ولتاژ نقطه PCC است که بطور کامل مسیر جریانها را در نظر می کیرد و یکی از روش های دقیق برای توصیف چنین سیستمهایی است. هدف در این پایان نامه این است که با اعمال شرایط حالت پایداربه معادلات غیرخطی سیستم تولید پراکنده و تعریف تابع لیاپانو براساس روش مستقیم لیاپانو هدفهای زیر دست یابیم:
ایجاد ولتاژ سینوسی خالص در نقطه PCC
کاهش هارمونیک جریان شبکه با ایجاد هارمونیک توسط اینورتر
رساندن THD جریان شبکه به حد استاندارد IEEE
تولید کل توان راکتیو بار و بهبود کیفیت توان
تولید کل یا بخشی از توان اکتیو بار توسط اینورتر با توجه به ظرفیت اینورتر. روش کنترل پیشنهادی اعمالی به اینورتر تکفاز در سیستم DG متصل به شبکه درمحیط MATLAB/SIMULINK شبیه سازی خواهد شد . این روش دارای ویژگی های زیر است:
روش کنترلی غیر خطی تغییری در دینامیک غیر خطی سیستم DG تکفاز ایجاد نخواهد کرد و هردو حالت پایدار و دینامیک ان را به طور جداگانه تحلیل می کند.
این روش چند هدفه است. یعنی میتوان همزمان جریان شبکه, ولتاژ PCC و توانهای اکتیو و راکتیو را کنترل کرد.
بعلت در نظرگرفتن تابع کل انرژی سیستم یا همان تابع لیاپانو , روش کنترل براساس روش مستقیم لیاپانو باعث پایداری یکپارچه سیستم به طور مجانبی^[۴] می­ شود و همچنین نتایج پاسخهای حالت پایدار و حالت دینامیکی بسیار خوبی خواهند داشت.
لذا اهداف زیر در این پایان نامه بررسی می­ شود:
بررسی جامعی از انواع روش های کنترل غیرخطی که به سیستمهای DG در حالتهای مختلف اعمال شده است.
بررسی مشکلات و مسایل مربوط به سیستمهای DG متصل به شبکه می باشند.
بررسی و ارائه روشی جدید براساس روش کنترل لیاپانوف تا به هدفهایی همچون کاهش هارمونیک جریان شبکه, سینوسی کردن ولتاژ نقطه PCC و کنترل توانهای اکتیو و راکتیو دست یافت.
۱-۳: سوابق تحقیقاتی
در مرجع (۱) اینورتر همراه با یک فیلتر L به شبکه جهت کاهش هارمونیک فرکانس بالا استفاده می شود. (۲) روشی را با نام تزریق توان برای کاهش رزونانس پیشنهاد کرد. مراجع (۳-۴) روش چند حلقه ای را در حالتیکه اینورترهای منبع جریان و ولتاژ از فیلترهای LC/CL/LCL پیشنهاد کرده اند. مراجع (۵-۶) روش کنترل جریان دیجیتالی را که از فیلتر استفاده کرده اند را پیشنهاد می کنند. در (۷-۸) یک قانون کنترل جدید براساس مقاومت واقعی جهت کنترل اینورتر برای افزایش پایداری سیستم استفاده شده است. یک نوع از روش کنترل پسیویتی به نام ^[۵] IDA-PBC براساس سیستمهای همیلتون در مراجع (۹-۱۲) ارائه شده است که این روش در سیستمهای موتور, وسایل الکترونیک قدرت و سیستمهای قدرت جهت پایدارسازی شکل دهی انرژی پتانسیل انها بسیار موثر است.
در مراجع (۱۷-۱۳) روش های کنترل جریان مختلف از جمله روش کنترل جریان غیرخطی، هیسترزیس و پسیویتی مورد بررسی قرار گرفته است. که روش کنترل هیسترزیس در فصل ۳ و نتایج روش کنترل پسیویتی در فصل پنجم آورده شده ­اند.
فصل دوم:
بررسی اجمالی کنترلرهای غیرخطی و
اینورترهای تکفاز و روش­های کلیدزنی آنها
۲-۱- مقدمه
روش های کنترل غیر خطی یکی از راه حلهای رایج در تحلیل معادلات دیفرانسیل غیرخطی است. این روشها در بسیاری از سیستمهای قدرت که در آن از مبدلهای اینورتر و یکسوکننده استفاده شده است میتواند مورد استفاده قرار گیرند. این سیستمها شامل معادلات دیفرانسیل با مرتبه های مختلف است که این مرتبه ها بستگی به نوع مبدل و تعداد عناصر ذخیره کننده انرژی دارد. از آنجا که سیستم DG مورد بحث ما نیز دارای یک معادله دیفرانسیل است در این قسمت سه روش کنترل غیرخطی] ۸-۷[ که دارای کاربرد زیادی در صنعت می باشد به طورمختصر بررسی میکنیم.
۲-۲- کنترل تطبیقی
۲-۲-۱- مقدمه
کنترل تطبیقی یک روشی برای پرداختن به سیستم های مجهول یا تغییرپذیر با زمان است. طراحی کنترل های تطبیقی رایج اساساً به سیستم هایی با ساختار دینامیکی معلوم اعمال می شود اما پارامترها ثابت یا با تغییرات کند، مجهول می باشند. از آنجائیکه چنین کنترلرهایی چه برای سیستم­های خطی و چه غیرخطی توسعه می­یابند، به طور ذاتی غیر خطی می باشند از اینرو برای آنالیز و طراحی­شان اکثراً از تئوری لیاپانو استفاده می شود. تئوری­های سیستماتیک برای کنترل تطبیقی سیستم­های خطی وجود دارد. همچنین با وجود تکنیک­های کنترل تطبیقی می توان در مورد کلاس­های مهمی از سیستم­های غیر خطی با حالت­های قابل اندازه ­گیری و دینامیک­هایی که به طور خطی قابل پارامتری شدن هستند بحث کرد. بسیاری از سیستم­های دینامیکی کنترل شده پارامترهای ثابت یا با تغییرات کند دارند. برای مثال سیستم­های قدرت می توانند در شرایط بارگذاری در معرض تغییرات بزرگ باشند. کنترل تطبیقی شیوه­ای برای کنترل کردن چنین سیستمهایی است. ایده اصلی در کنترل تطبیقی تخمین پارامترهای طراحی (پارامترهای متناظر کنترلر) به طور لحظه به لحظه براساس سیگنال­های اندازه ­گیری شده سیستم و استفاده از پارامترهای تخمینی در محاسبه ورودی کنترل است. بنابراین سیستم کنترل تطبیقی می تواند بعنوان یک سیستم کنترل با تخمین لحظه به لحظه ای پارامتر محسوب شود.
۲-۲-۲ روش های کنترل تطبیقی
در یک کنترلر تطبیقی پارامترهای کنترلر متغییر هستند ویک مکانیزمی برای تنظیم این پارامترها بصورت لحظه به لحظه براساس سیگنالهای موجود در سیستم وجود دارد. دو روش کنترلر تطبیقی وجود دارد ۱.روش کنترل تطبیقی مدل مرجع(MRAC) ^[۶] ۲.روش self-tuning
۲-۲-۲-۱ روش کنترل تطبیقی مدل مرجع(MRAC)
به طور کلی شماتیک سیستم کنترل تطبیقی مدل مرجع در شکل (۲-۱) نشان داده شده است. این روش شامل ۴ قسمت است:
شکل(۲-۱):سیستم کنترل انطباقی مدل مرجع(MRAC)
یک طرح شامل پارامترهای مجهول: فرض کنید که طرح ساختار معلوم داشته باشد اما پارامترهای آن مجهول باشد. برای طرح­های خطی این بدان معنی است که تعداد قطب­ها و صفرها معلوم باشد اما موقعیت آنها مجهول فرض شود و برای طرح­های غیرخطی دلالت می کند بر اینکه ساختار معادلات دینامیکی معلوم است اما بعضی از پارامترها مجهولند.
یک مدل مرجع برای تعیین خروجی مطلوب سیستم کنترل به طور فشرده و خلاصه: مدل مرجع برای تعیین پاسخ ایده ال سیستم کنترل تطبیقی به فرمان خارجی استفاده می شود. یعنی این پاسخ ایده ال طرح را که مکانیزم تطبیق باید درصدد تنظیم پارامترها بر بیاید را فراهم می کند. انتخاب مدل مرجع قسمتی از طراحی سیستم کنترل تطبیق است که باید دو نیاز را برآورده سازد.
از یک طرف باید مشخصات اجرا را در وظایف کنترل منعکس کند، همچون زمان صعود ، زمان نشست ، overshoot و ویژگی های حوزه فرکانس. از طرف دیگر این رفتار ایده ال باید برای سیستم کنترل تطبیقی قابل دستیابی باشد یعنی تعدادی قیدهای ذاتی در ساختار مدل مرجع وجود دارد(همچون درجه نسبی و مرتبه اش) که ساختار فرض شده مدل طرح را معین می کنند.
یک قانون کنترلر فیدبک شامل پارامترهای قابل تنظیم : کنترلر معمولا توسط یک تعداد پارامترهای قابل تنظیم پارامترسازی می شود و باید توانایی ردیابی کامل را داشته باشد. یعنی هنگامیکه پارامترهای طرح به طور دقیق معلوم هستند ، پارامترهای کنترلر متناظر باید خروجی طرح را به طور یکسان برای آن مدل مرجع ایجاد کنند. زمانیکه پارامترهای طرح معلوم نیستند ، مکانیزم تطبیق پارامترهای کنترلر را تنظیم خواهد کرد بطوریکه ردیابی کامل به طور یکپارچه بدست آید. اگر قانون کنترل بر حسب پارامترهای قابل تنظیم خطی باشد گفته می­ شود که به طورخطی پارامترسازی شده است. وجود طرح­های کنترل تطبیقی به طور طبیعی به پارامترسازی خطی کنترلر به منظور بدست آوردن مکانیزم­ های تطبیق با تضمین کردن پایداری و همگرایی ردیابی نیاز دارد.
یک مکانیزم تطبیق برای احیاء کردن پارامترهای قابل تنظیم: مکانیزم تطبیق برای تنظیم کردن پارامترها در قانون کنترل استفاده می شود. در سیستمهای MRAC قانون تطبیق چنان برای پارامترها جستجو می شود که پاسخ طرح تحت کنترل تطبیقی مشابه پاسخ مدل مرجع شود یعنی هدف تطبیق ایجاد خطای ردیابی همگرا به صفر است. موضوع اصلی در طراحی تطبیق، ترکیب یک مکانیزم تطبیقی است که بتواند تضمین کند که سیستم کنترل پایدار باقی بماند و خطای ردیابی به صفر همگرا شود بطوریکه پارامترها تغییر کنند. بسیاری از روش­ها در کنترل غیرخطی می­توانند برای این هدف استفاده شوند، همچون تئوری لیاپانوف، تئوری hyperstability و تئوری پسیویتی هرچند روش­ها ممکن است نسبت به همدیگر راحتر باشند اما نتایج اغلب یکی است.
۲-۲-۲-۲ کنترلرهای self-Tuning(STC)
در طراحی کنترل غیر تطبیقی (همچون جایابی قطب) پارامترهای کنترلر از همان طرح محاسبه می­شوند. اما اگر پارامترهای طرح معلوم نباشند آنها توسط مقادیر تخمین شان که توسط یک تخمین­گر پارامتر فراهم می شود جایگزین خواهند شد. کنترلری که توسط اتصال یک کنترلر با یک تخمین­گر پارامتر on-line (بازگشتی) بدست می ­آید کنترلر self-tuning(ST) نامیده می شود. شکل (۲-۲) شماتیک ساختار چنین کنترلر تطبیقی را نشان می دهد. بنابراین کنترلر ST کنترلری است که شناسایی هم زمان طرح مجهول را اجرا می کند. عملکرد کنترلر ST به این صورت است که در هر لحظه زمانی، تخمین گر به کنترلر یک سری از پارامترهای تخمین شده طرح را که براساس ورودی u و خروجی y قبلی طرح محاسبه می­ شود، می­فرستد( a در شکل ۲-۲) آنگاه محاسبه کننده پارامترهای متناظر کنترلر را بدست می آورد و سپس یک ورودی کنترل u براساس پارامترهای کنترلر و سیگنال­های اندازه گیری شده محاسبه می کند، این ورودی کنترل u باعث می شود تا یک خروجی جدید طرح بوجود آید و در تمام سیکل احیاء­شدن ورودی و پارامترها تکرار خواهد شد. اگر پارامترها ، پارامترهای واقعی طرح باشند و پارامترهای کنترلر از تخمین آنها محاسبه شوند، این اصل را اصل تعادل مسلم می­نامند. تخمین پارامتر می ­تواند بعنوان یک فرایندی برای یافتن مجموعه ­ای از پارامترهایی که با داده های ورودی-خروجی موجود در طرح تطبیق دارند، درک شود.
شکل(۲-۲):کنترلر self-Tuning(STC)
پارامترها در سیستم­های MRAC متفاوت است که در ان پارامترها طوری تنظیم می­شوند که خطاهای ردیابی به صفر همگرا شود. برای سیستم­های خطی تکنیک­های زیادی جهت تخمین پارامترهای مجهول طرح موجود می باشد که عمومی­ترین آن روش حداقل مربع و تعمیم آن است و همچنین تکنیک­های کنترل زیادی برای طرح­های خطی همچون جایابی قطب ، PID ، LQR (کنترل خطی درجه دوم) ، کنترل واریانس مینیمم یا طراحی­های  وجود دارد. با اتصال کنترلرها و تخمین طرح­های مختلف می توان به تنظیم کننده­ های ST^[7] متنوعی دست یافت. اساساً در شیوه کنترل ST ، پارامترهای طرح تخمین زده شده و سپس پارامترهای کنترلر محاسبه می شوند. چنین طرحی اغلب کنترل غیرمستقیم تطبیقی نامیده می شود چون نیاز دارد تا پارامترهای تخمین زده شده به پارامترهای کنترلر انتقال یابند. اما این امکان پذیر است تا قسمت محاسبه را حذف کنیم. برای انجام دادن این کار توجه کنید که پارامترهای قانون کنترل و پارامترهای طرح نسبت به همدیگر برای یک روش مخصوص کنترل می باشند یعنی می توان مجدداً مدل طرح را با بهره گرفتن از پارامترهای کنترلر پارامترسازی کنیم و سپس تکنیک­های تخمین استاندارد را در چنین مدلی استفاده کنیم. از آنجاییکه هیچ انتقالی در این طرح نیاز نیست به آن طرح کنترل مستقیم تطبیقی گوییم. در سیستم­های MRAC ، می­توان به طور مشابه روش­های مستقیم و غیر مستقیم احیاء کردن پارامترهای کنترلر را در نظر گرفت.