دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 52972 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

راهبرد کنترل دروپ تطبیقی برای تقسیم بار و حداقل‌سازی جریان گردشی در ریزشبکۀ DC استاندارد ولتاژ پایین

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
52972 2014 10 صفحه PDF 26 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Adaptive Droop Control Strategy for Load Sharing and Circulating Current Minimization in Low-Voltage Standalone DC Microgrid
منبع

Publisher : IEEE (آی تریپل ای)

Journal : IEEE Transactions on Sustainable Energy, Page(s): 132 - 141 ISSN : 1949-3029 INSPEC Accession Number: 14824290 DOI:

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
عبارات شاخص
مقدمه
شکل1. ساختار ریزشبکۀ dc ولتاژ پایین.
مسائل تقسیم بار و جریان گردشی
شکل2. (الف) مبدل‌های dc-dc موازی با ولتاژهای خروجی مختلف. (ب) مدار معادل حالت ماندگار برای سمت خروجی dc.
جدول 1: مطالعات موردی برای تقسیم بار و جریان گردشی
تحلیل جریان گردشی برای سیستم”n” مبدل
کنترل ولتاژ با افزودن Rdroop
شکل3. (الف) مبدل‌های بوست موازی با Rdroop . (ب) مدار معادل حالت ماندگار
شکل4. دیاگرام کنترلی مبدل‌های موازی با محاسبۀ Rdroop.
روش کنترلی ارائه شده 
. محاسبۀ شاخص دروپ (DI) 
شکل5. رابطۀ بین (الف) اختلاف‌تقسیم جریان نرمال شده و تلفات توان خروجی با تغییر در Rdroop و (ب) شاخص دروپ و Rdroop 
شکل6. کنترل ولتاژ خروجی مبدل‌ها با جابجائی 
Rdroop . 
محاسبۀ لحظه‌ای  Rdroop 
جدول2:پارامترهای نرمال مبدل بوست
جابجائی Rdroo
نتایج شبیه‌سازی
روش شاخص دروپ
شکل7. نتایج شبیه‌سازی برای تغییر پله در ولتاژ خروجی بدون محاسبۀ Rdroop. (الف) ولتاژهای خروجی مبدل‌ها و ولتاژ بار. (ب) جریان‌های خروجی. (ج) جریان گردشی.
جدول3:نتایج شبیه‌سازی بدون هیچگونه روش دروپ
شکل8. نتایج شبیه‌سازی برای تغییر پله در ولتاژ خروجی با محاسبۀ Rdroop ارائه شده. (الف) ولتاژهای خروجی مبدل‌ها و ولتاژ بار. (ب) جریان‌های خروجی. (ج) جریان گردشی. (د) مقادیر محاسبه شدۀ Rdroop1 و Rdroop2. 
جدول4:نتایج شبیه‌سازی با Rdroop برای مقاومت کابل یکسان
شکل9. نتایج شبیه‌سازی برای تغییر پله در ولتاژ خروجی با محاسبۀ Rdroop ارائه شده. (الف) ولتاژهای خروجی مبدل‌ها و ولتاژ بار. (ب) جریان‌های خروجی. (ج) جریان گردشی. (د) مقادیر محاسبه شدۀ Rdroop1new و Rdroop2new. 
جدول5:نتایج شبیه‌سازی با Rdroop new برای مقاومت کابل یکسان
شکل10. نتایج شبیه‌سازی برای روش شاخص دروپ با مقاومت‌های مختلف کابل پس از تنظیم خوب Rdroop (الف) ولتاژهای خروجی مبدل‌ها و ولتاژ بار. (ب) جریان‌های خروجی. (ج) جریان گردشی. (د) مقادیر محاسبه شدۀ Rdroop1new و Rdroop2new. 
جدول6:نتایج شبیه‌سازی با Rdroop new برای مقاومت‌های مختلف کابل
شکل11. نتایج شبیه‌سازی برای روش نوین دروپ (الف) ولتاژهای خروجی مبدل‌ها و ولتاژ بار. (ب) جریان‌های خروجی. (ج) جریان گردشی.
شکل12. (الف) نمونۀ آزمایشگاهی. (ب) مبدل‌های بوست.
جدول 7:پارامترهای نمونۀ آزمایشگاهی مبدل بوست
روش نوین دروپ [18
تایید شبیه‌سازی
روش نوین دروپ [18]
شکل13. نتایج آزمایشگاهی روش نوین دروپ. (الف) ولتاژ و جریان مبدل 1 و 2. (ب) مقادیر Rdroop1 و Rdroop2. (ج) جریان گردشی. 
جدول8:نتایج شبیه‌سازی روش نوین دروپ
روش شاخص دروپ ارائه شده
شکل14. نتایج شبیه‌سازی روش شاخص دروپ. (الف) ولتاژها و جریان‌های خروجی مبدل‌های 1 و 2. (ب) مقادیر Rdroopnew در طی تغییر وضعیت. (ج) مقادیر Rdroopnew حالت ماندگار. (د) جریان گردشی.
جدول9:نتایج آزمایشگاهی روش شاخص دروپ ارائه شده
شکل15. نتایج آزمایشگاهی برای تغییر پله در جریان بار. 
جدول10:مقایسۀ روش‌های نوین و ارائه شدۀ دروپ بر اساس ∆Ierr
نتیجه‌گیری
کلمات کلیدی
جریان گردشی، شاخص دروپ (DI)، روش دروپ، تقسیم بار، ریزشبکه، مبدل‌های موازی، انحراف ولتاژ -
ترجمه چکیده
این مقاله به مسائل تقسیم بار و جریان گردشی مبدل‌های dc-dc با اتصال موازی در ریزشبکۀ dc ولتاژ پایین می‌پردازد. کنترل دروپ تکنیکی محبوب برای تقسیم جریان بار در ریزشبکه‌های dc است. نواقص اصلی روش کنترل دروپ مرسوم عبارتند از تقسیم ضعیف جریان و افت در ولتاژ شبکۀ dc به دلیل عمل دروپ. مسالۀ جریان گردشی نیز به دلیل عدم تطابق در ولتاژهای خروجی مبدل‌ها رخ می‌دهد. در این کار، به منظور بهبود عملکرد ریزشبکۀ dc شکلی از شایستگی (mertit) موسوم به شاخص دروپ (DI) معرفی می‌شود که تابعی از اختلاف تقسیم جریان نرمال شده و تلفات سمت خروجی مبدل‌ها است. روش کنترل دروپ تطبیقی ارائه شده موجب حداقل شدن اختلاف جریان گردشی و تقسیم جریان بین مبدل‌ها بر اساس مقاومت ظاهری لحظه‌ای Rdroop می‌شود. بااستفاده از جابجائی Rdroop، روش ارائه شده همچنین قادر است مصالحۀ بین اختلاف تقسیم جریان و تنظیم ولتاژ را از بین ببرد. تحلیل جامع و روند طراحی برای دو مبدل بوست dc-dc با اتصال موازی تشریح می‌گردد. کارائی روش ارائه شده از طریق شبیه‌سازی جاملع و مطالعات آزمایشگاهی به تایید می‌رسد.
ترجمه مقدمه
مفهوم ریزشبکه برای تولید پایدار انرژی و بهره‌برداری مناسب از منابع انرژی پراکندۀ (RES) مقیاس کوچک معرفی شده است. وقتی منابع انرژی پراکنده‌ای چون انرژی‌های خورشیدی، بادی و پیل سوختی به هم متصل می‌شوند، مدیریت انرژی امری مهم جلوه می‌کند [1]. لزومی ندارد این منابع انرژی در یک مکان مشترک قرار گرفته باشند، بلکه می‌توانند بسته به سهولت برداشت انرژ، به شکل پخش و پراکنده شوند. ترکیب منابع انرژی پراکنده با یک شبکۀ ac یا dc مشترک از طریق رابط‌های الکترونیک قدرت موجب انعطاف‌پذیری در تبدیل و سطح توان می‌شود. یکی از مزایای اصلی ریزشبکه این است که می‌توان در دو حالت جزیره‌ای (منفرد) و یا متصل به شبکه کار کند [2]. تاکنون چندین راهبرد مختلف کنترلی برای ترکیب منابع انرژی پراکنده با شبکۀ قدرت موجود، توسعه و پیاده‌سازی شده است [3]-[5]. کنترل ریزشبکۀ ac با پخش بار، تقسیم بار، تنظیم ولتاژ و تخفیف انواع گوناگون مسائل کیفیت توان در ارتباط است [6]؛ در حالی که در ریزشبکۀ dc، مسائل کیفیت توان مثل توان راکتیو و اثر پوستی مطرح نیستند. بنابراین، در مقایسه با ریزشبکه‌های ac، ریزشبکه‌های dc کارائی و قابلیت اطمینان بالایی داشته، کنترل آن راحت بوده و اقتصادی‌تر است [7]، [8]. ساختار اساسی ریزشبکۀ dc ولتاژ پایین در شکل1 نشان داده شده است. در رابطه با ریزشبکه مسائل کنترلی مختلفی مطرح است، منجمله طرح‌های اتصال میان منابع انرژی پراکنده و شبکۀ dc مشترک، کنترل ولتاژ میان مبدل‌های موازی، تقسیم بار، تعقیب نقطۀ توان حداکثر، و ذخیره‌سازی انرژی [9]، [10]. از میان این‌ها، این مقاله بر روی کنترل ولتاژ و تقسیم بار بین منابع انرژی پراکندۀ متصل به ریزشبکۀ dc مشترک از طریق مبدل‌های dc-dc متمرکز است. برخی مزایای مبدل‌های با اتصال موازی عبارتند از: 1)توسعه‌پذیری توان خروجی، 2) قابلیت اطمینان، 3) کارائی، و 3) سهولت در حفظ و نگهداری [11]. شکل1. ساختار ریزشبکۀ dc ولتاژ پایین. مسائل و مشکلات مربوط به کنترل ولتاژ عبارتند از تقسیم ضعیف بار و جریان گردشی بین مبدل‌ها [12]. دلایل انحراف از ولتاژ ثابت خروجی عبارت است از تغییرات توان ورودی، بار، تغییرات پارامتری و خطا در پسخورد ولتاژ و جریان. مسالۀ جریان گردشی در صورتی بروز پیدا می‌کند که در ولتاژهای خروجی مبدل‌ها عدم تطابق وجود داشته باشد. تاکنون در نوشته‌های فنی انواع روش‌ها برای تقسیم بار گزارش شده است که در آنها، بیشتر طرح‌های محبوب عبارتند از روش‌های تقسیم جریان فعال [13]، [14] و کنترل دروپ [15]-[26]. روش کنترل دروپ یک روش کنترل ولتاژ غیرمتمرکز است که در آن هر مرجع ولتاژ خروجی مبدل بر اساس جریان خروجی آن کنترل می‌شود [15]. محدودیت اصلی این طرح تنظیم ولتاژ ضعیف است. کنترل تقسیم جریان محدود مرکزی برای مبدل dc-dc موازی در [16] گزارش شده است که مبتنی بر حلقه‌های مستقل پسخور ولتاژ است. این مقاله نیز روی اهمیت مقاومت کابل در تقسیم جریان بار بحث می‌کند. یک روش تقسیم جریان دروپ بدون هیچ پل ارتباطی بین مبدل‌ها در [17] تشریح شده است. در این مقاله، محاسبۀ دامنۀ حداکثر دروپ برای مبدل‌های با اتصال موازی تشریح می‌شود. یک روش نوین دروپ برای عملکرد موازی مبدل‌ها در [18] گزارش شده است که در آن پیک جریان خروجی با مقدار تنظیم شده برای جریان مقایسه می‌گردد تا ولتاژ مرجع هر مبدل کنترل شود. این الگوریتم تنها وقتی بهترین عملکرد را دارد که منبع توان نامی را تامین کند چون مقادیر بهرۀ دروپ بر اساس توان نامی محاسبه می‌شوند. از یک روش سیگنالینگ باس dc (DBS) [19] نیز می‌توان برای عملکرد موازی مبدل‌ها استفاده کرد. در این روش، منبع و مبدل‌های ذخیره‌ساز به صورت خودکفا و بر اساس سطح ولتاژ باس dc عمل می‌کنند. یک الگوریتم کنترل سلسله مراتبی سه سطحی در [20] ارائه شد که از مخابرات با پهنای باند کم (LBC) استفاده می‌کند. این الگوریتم عدم تطابق در ولتاژهای خروجی مبدل‌ها را که ناشی از روش دروپ است حداقل می‌کند؛ با این حال، اثر مقاومت کابل در نظر گرفته نشده است. یک روش کنترل جریان گردشی غیرمتمرکز در [21] ارائه شده است، که مبتنی بر مقادیر جریان گردشی بدون بار است. این الگوریتم برای عملکرد موازی مبدل بوست مرسوم در ریزشبکه ناکافی است چون عملکرد بدون بار امکانپذیر نیست. به منظور بهبودتنظیم ولتاژ، کنترل دروپ با جابجائی ولتاژ در [22] گزارش شد. مزیت این روش این است که دامنۀ دروپ روی ولتاژ خروجی مبدل‌ها بی‌تاثیر است. یک روش کنترل دروپ بهبودیافته نیز در [23] بحث شده است. در این روش، کنترل دروپ مرسوم با مخابرات پهنای‌باند کم و کنترل‌کننده‌های محلی به منظور دستیابی به تقسیم جریان بار و بازیابی ولتاژ باس dc به کار می‌روند. یک تکنیک مقاومت دروپ تطبیقی (ADR) در [24] برای کنترل تطبیقی موقعیت‌سنجی ولتاژ (AVP) در مبدل‌های dc-dc ارائه شد. تکنیک ADR ارائه شده می‌تواند مقاومت دروپ را برای تعقیب تغییر جریان بار تغییر دهد. مسائل تقسیم بار یک ریزشبکۀ (microgrid) ترکیبی خودکفا بر اساس زیرشبکه‌های (subgrid) ac و dc در [25] تشریح شده است. در این روش، پخش بارهای اکتیو در زیرشبکه‌ها به منظور تقسیم توان به یک دامنۀ پریونیت (در واحد) مشترک آورده می‌شوند. یک الگوریتم با عملکرد مشارکتی با یک رگولاتور ولتاژ و رگولاتور جریان در [26] بیان شده است. در این الگوریتم، رگولاتور جریان، جریان پریونیت محلی را با جریان‌های پریونیت مجاور مقایسه کرده و بر اساس آن امپدانس مجازی دروپ را تنظیم می‌کند تا به این ترتیب جریان‌ تغذیه‌های پریونیت متعادل شوند. در ادبیات فنی، روش‌هایی مبتنی بر زمانبندی بهره و منطق فازی [27]، [28] برای پیاده‌سازی روش دروپ وجود دارد. در این روش‌ها، تقسیم بار با محاسبۀ مقدار عضویت از طریق تابع عضویت، امکانپذیر است. نواقص اصلی روش‌های کنترل دروپ موجود به کار رفته در ریزشبکۀ dc عبارتند از تنظیم ضعیف ولتاز، استفاده از مقدار دروپ ثابت بدون توجه به انحراف ولتاژ لحظه‌ای، و تقسیم نابرابر بار. برای غلبه بر این مشکلات، در این مقاله یک روش محاسبۀ دروپ لحظه‌ای ارائه می‌شود. محاسبۀ مقادیر دروپ مبتنی بر شلی از شایستگی موسوم به شاخص دروپ (DI) است. این روش کنترل بهتری روی جریان گردشی و تقسیم مناسب بار در هر دو شرایط گذرا و ماندگار به دست می‌دهد.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله راهبرد کنترل دروپ تطبیقی برای تقسیم بار و حداقل‌سازی جریان گردشی در ریزشبکۀ DC استاندارد ولتاژ پایین

چکیده انگلیسی

This paper addresses load current sharing and circulating current issues of parallel-connected DC-DC converters in low-voltage DC microgrid. Droop control is the popular technique for load current sharing in DC microgrid. The main drawbacks of the conventional droop method are poor current sharing and drop in dc grid voltage due to the droop action. Circulating current issue will also arise due to mismatch in the converters output voltages. In this work, a figure of merit called droop index (DI) is introduced in order to improve the performance of dc microgrid, which is a function of normalized current sharing difference and losses in the output side of the converters. This proposed adaptive droop control method minimizes the circulating current and current sharing difference between the converters based on instantaneous virtual resistance Rdroop. Using Rdroop shifting, the proposed method also eliminates the tradeoff between current sharing difference and voltage regulation. The detailed analysis and design procedure are explained for two DC-DC boost converters connected in parallel. The effectiveness of the proposed method is verified by detailed simulation and experimental studies.

خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.