دانلود مقاله ISI انگلیسی شماره 53218 + ترجمه فارسی
عنوان فارسی مقاله

پایداری دینامیکی یک میکروگرید با بار اکتیو

کد مقاله سال انتشار مقاله انگلیسی ترجمه فارسی
53218 2013 14 صفحه PDF 30 صفحه WORD
خرید مقاله
پس از پرداخت، فوراً می توانید مقاله را دانلود فرمایید.
عنوان انگلیسی
Dynamic Stability of a Microgrid with an Active Load
منبع

Publisher : IEEE (آی تریپل ای)

Journal : IEEE Transactions on Power Electronics, Page(s): 5107 - 5119 ISSN : 0885-8993 INSPEC Accession Number: 13487515

فهرست مطالب ترجمه فارسی
چکیده
کلمات کلیدی
مقدمه
شکل 1: شمایی جامع از همه DG ها و بارها با مشخصه های کنترلی متناظر
مدلسازی بار فعال در میکروگرید
2-1- مدل CPL (بار توان ثابت)
شکل 2: مشخصه VI یک CPL
شکل 3: مدار معادل CPL
مدل بار فعال
شکل 4: مدار بار فعال
 کنترل‌کننده ولتاژ DC بار فعال
کنترل‌کننده ولتاژ AC بار فعال
شکل 5: کنترل‌کننده ولتاژ DC  و AC بار فعال
بار فعال در مدل میکروگرید
جدول 1: اندیس های مشخص کننده زیربخشهای میکروگرید
 تعیین گروه‌های مدی
مدلسازی شده در میکروگرید
شکل 6: مقادیر ویژه CPL در شبکه میکروگرید
مدلسازی بار فعال بصورت جدا از دیگر بخشها
بار فعال مدلسازی شده در میکروگرید
مدلسازی بار فعال تنها
بار فعال در میکروگرید
شکل 7- مقادیر ویژه بار فعال تنها و بار فعال در شبکه میکروگرید
شناسایی مدهایی که تزویج بار و اینورتر را مشخص می‌کنند
شکل 8: تحلیل مشارکت بار فعال در میکروگرید
 مکان هندسی مقادیر ویژه 
شکل 9: نمودار مکان هندسی مقادیر ویژه در فرکانس پایین
شکل 10: نمودار مشارکت برای 4 حالت اینورتر و 2 حالت بار فعال ، بر حسب گین انتگرال کنترل‌کننده ولتاژ DC برای مقدار ویژه λ_2
جدول 2: توضیحات مربوط به حالتهای رسم شده در شکل 10
 نتایج آزمایش
جدول 3: گینهای رگولاتور ولتاژ باس DC بار فعال
پاسخ گذرا با گین پایین
مدهای فرکانس پایین شناسایی شده از مدل
ولتاژ DC بار فعال
خروجی توان اینورتر
ولتاژ خازن منابع اینورتری
شکل 11: نتایج آزمایش با گین پایین و نقطه کار بار فعال 7kW
 پاسخ گذرا در گین نامی
مدهای فرکانس پایین شناسایی شده از مدل
ولتاژ DC بار فعال
 خروجی توان اینورتر
ولتاژ خازن منابع اینورتری
شکل 12: نتایج آزمایش با گین نامی و نقطه کار بار فعال 7kW
 پاسخ گذرا در گین بالا
مدهای فرکانس پایین شناسایی شده از مدل
 ولتاژ DC بار فعال
خروجی توان اینورتر
ولتاژ خازن منابع اینورتری
شکل 13: نتایج آزمایش با گین بالا و نقطه کار بار فعال 7kW
پاسخ گذرا در گین نوسانی
 مدهای فرکانس پایین شناسایی شده از مدل
 ولتاژ DC بار فعال
 توان خروجی منابع اینورتری
ولتاژ خازن منابع اینورتری
شکل 14: نتایج آزمایشی با گین نوسانی
نتیجه گیری
کلمات کلیدی
میکروگرید، پایداری سیگنال کوچک، اینورتر، بارهای توان ثابت، بارفعال، یکسوکننده
ترجمه چکیده
یکسو کننده ها و رگولاتورهای ولتاژی که به عنوان بارهای توان‌ثابت عمل می کنند، بخش مهمی از بار کل میکروگرید را تشکیل می دهند. به بیان ساده، این تجهیزات دارای مقاومت افزایشی منفی بوده و علاوه بر آن، مشخصه های دینامیکی حلقه کنترلی آنها دارای بازه فرکانسی مشابه با اینورترهایی است که میکروگرید را تغذیه می کنند. هر یک از این ویژگی‌ها، می تواند به افت ضریب میراکنندگی سیگنال کوچک منجر شود. روشن است که ثابتهای کنترلیdroop باید با توجه به قدرتمیراکنندگی انتخاب شوند(حتی در بارهای با امپدانس ساده). در مقاله حاضر، یکسوکننده های کنترل شده بصورت فعال، درفضای حالت غیرخطی مدلسازی شده، که در نزدیک ناحیه کاری بصورت خطی تقریب زده می شوند و به مدلهای شبکه و اینورتر اضافه می‌شود. تحلیل مشارکتی مقادیر ویژه‌ی سیستم ترکیبی، نشان می دهد که مدهای فرکانس پایین، با کنترل‌کننده ولتاژ یکسوکننده فعال، و کنترل‌کننده‌های دروپ اینورتر مرتبط است. تحلیل انجام شده همچنین نشان می دهد که وقتی کنترل‌کننده ولتاژ DC بار اکتیو، با ضرایب تقویت (گین) بزرگ طراحی می شود، کنترل‌کننده ولتاژ اینورتر ناپایدار می گردد. این وابستگی، با مشاهده پاسخ یک میکروگرید آزمایشی، به تغییرات پله ای توان گرفته شده از شبکه بررسی شده است. برای دستیابی به یک پاسخ میرا شده با محدوده پایداری مطمئن ، لازم نیست در طراحی یکسوکننده فعال مصالحه ای صورت گیرد، اما باید برهم‌کنش و تاثیرات متقابل اینورتر و یکسوکننده بر یکدیگر، در طراحی مد نظر قرارگیرد.
ترجمه مقدمه
قابلیت تولید توزیع یافته (DG)در یک شبکه توزیع، امکان تشکیل شبکه های کوچک، یا همان میکروگرید (MG) را می دهد [1]. با شکل گیری میکروگرید، لازم است مولد DG– چه بعد از وقوع قطعی و چه در حین رسیدگی - نسبت به تغییرات در بار پاسخگو باشد، و طوری بار را تقسیم کند که DGها در محدوده تعیین شده خود کار کنند. بنابراین میکروگرید در مواجهه با تغییرات و اختلالات کوچک در بار و یا شرایط کاری، باید پایداری سیگنال کوچک را تامین کند. در کل، مشخصه های دینامیکی بار و مشخصه های دینامیکی تولید، بر یکدیگر تاثیر متقابل خواهند داشت و پایداری شبکه را تحت تاثیر قرار می دهد [2]. بنابراین به هنگام بررسی پایداری میکروگرید، مشخصه های دینامیکی تولید و دینامیک بار هر دو باید مورد توجه قرار گیرد. معمولا، توان الکتریکی در میکروگریدها توسط ماشینهای گردان یا توسط تجهیزات الکترونیکی توان تولید می گردد. ماشینهای گردان شامل ماشینهای سنکرون است و تجهزات الکترونیکی توان شامل اینورترهای ولتاژ یا جریان است. در این پژوهش، فقط تعاملات میکروگرید با اینورترهای ولتاژ مورد بررسی قرار گرفته است. ادبیات مربوطه در زمینه روشهای کنترل تقسیم توانDG، استفاده از مسیر ارتباطی یا استفاده از روش کنترلیdroop را مورد بحث قرار می دهند.مسیر ارتباطی می تواند شامل یک مسیر master-slave باشد، که در ان خروجیهای DG با استفاده از یک سیگنال مخابره ای کنترل می شود [3]. اگر واحد فرماندهیDGکه ولتاژ شبکه را تنظیم می کند، عمل نکند یا ظرفیت کافی نداشته باشد، میکروگرید ممکن است محدوده ولتاژ و فرکانسی مطلوب را تامین نکند. استفاده از روش دروپ، دارای این مزیت است که نیازی به ایجاد مسیر ارتباطی برای کنترل DG نیست، و امکان پشتیبانی از میکروگرید را به DG، صرفنظر از نوع منابع در دسترس می دهد. روش دروپ به فراوانی در ادبیات بحث شده است، که از جمله می توان به [4] [5] [6] [7] اشاره نمود. البته، لازم به ذکر است که DGهای تغذیه شده توسط اینورتر و کنترل شده توسط روشهای دروپ، دارای مشخصه های دینامیکی پیچیده ای هستند. در میکروگریدهای کنترل شده بروش دروپ، مدهای فرکانس پایین (نوسانهایی که با زوجهای مقادیر ویژه مزدوج نمایش داده می شوند) باکنترل‌کننده دروپ مرتبط هستند. مدهای فرکانس پایین، معمولا میرایی پایینی داشته که می تواند موجب ناپایداری سیستم به هنگام تغییرات نقطه کاری یا پارامترهای مربوطه گردد. علت تشکیل مدهای فرکانسی پایین توسط کنترل‌کننده‌های دروپ، استفاده از فیلترهای پایین گذر در این کنترل‌کننده‌ها جهت حذف اغتشاشات هم‌قطب/مولفه منفی از اندازه گیری های توان است (اندازه‌گیری‌هایِ توانِ فیلتر شده،در تعیین مرجع فرکانسی برای کنترل‌کننده‌های ولتاژ ac اینورترها مورد استفاده قرار می‌گیرد). راهکارهای بسیاری برای افزایش میراکنندگی در مدهای فرکانس پایین، هم در کارِ حالت‌پایدار و هم برای حالتهای گذرا ارائه شده است. این روشها، شامل تنظیم پارامترهای کنترل‌کننده دروپ در حین کار میکروگرید توسط تجهیز مدیریت انرژی [8]، و یا روشهای تخمینی امپدانس شبکه [9] است. در [10]، افزودن بخشهای تغذیه پیشرو به سیستم پیشنهاد شده است، و در [11]، استفاده از اینورتر برای شبیه سازی عملکرد منبع تغذیه با امپدانس خروجی مختلط مورد بررسی قرار گرفته است. [12] [13] [14] [15] روشهای کنترل دروپ با استفاده از کنترل‌کننده‌های PI مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش،فقط کنترل‌کننده‌های ساده دروپ مورد بررسی قرار گرفته اند و از امکانات پیشرفته این کنترل‌کننده‌ها برای بهبود پایداری صرفنظر شده است (چنانچه در [7] ارائه شده است). این کار به خاطر آنست که تاثیرات دینامیک بار بر میکروگرید بخوبی قابل مشاهده باشد. کار دیگری که برای ساده سازی مدل میکروگرید انجام گرفته است، نمایش اینورترها فقط با مشخصه های دینامیکی فرکانس پایین آنهاست ( که در [16] نیز انجام گرفت و در [17] به سیستمهای با مقیاس بزرگتر تعمیم داده شد). چنین مدلسازی فرکانسی، زمانی که سیستم به مشخصات دینامیکی فرکانس بالا یا فرکانس میانی حساس نباشد، قابل تایید و صحیح است. بار در شبکه الکتریکی، یا فعال است (اکتیو) و یا غیرفعال (پسیو). بارهای پسیو شامل وسایلی همچون لامپهای نوری، یا بخاری های مقاومتی برقی هستند و می توانند توسط یک شبکه مقاومتی و یا سلفی-مقاومتی مدل شوند. بارهای فعال شامل وسایلی همچون راه اندازهای ماشین الکتریکی، پیکره‌بندی‌های تبدیل پشت‌به‌پشت ، و تجهیزات الکترونیکی مصرف کننده با تصحیح ضریب توان واحد می باشد. این تجهیزات، در یک بازه کوچک زمانی می توانند بصورت بارهای توان ثابت (CPL) مدل شوند. در این پژوهش،تولید بر پایه اینورتر، و با بارهای فعال و غیرفعال در نظر گرفته شده است. اهمیت این پژوهش از ان جهت است که در ادبیات ارائه شده تا کنون، معمولا میکروگرید را با بارهای پسیو (امپدانسی) در نظر می گیرند؛ در حالی که پیاده‌سازی MG معمولا بهمراه بخشهای قابل توجهی از بار با واسطهای اکتیو می باشد. واسطهای اکتیو، باسهای ولتاژ رگوله شده را برای تجهیزات مصرف کننده نهاییتامین می کنند. بار فعال می تواند توسطتنظیم ولتاژ باس، به یک CPL تبدیل شود. بارهای امپدانس ثابت، عموما ضریب میرایی را افزایش می دهند، در صورتیکه بارهای CPL، در جهت کاهش میرایی عمل می کنند [18]. برای درک چگونگی پاسخ یک شبکه به فناوریهای مختلف تولید (که در این پژوهش DG می باشد)، بررسی مشخصات مختلف دینامیکی بارها لازم است؛ نتایج بدست آمده از سیستم فقط در حالت بار پسیو، ممکن است حاوی اطلاعات کافی نباشد، زیرا در اینجا ممکن است نوع بار استفاده شده در مدل، بیانگر نوع بار واقعی مورد استفاده در شبکه نباشد [19]. CPL ها معمولا شبکه های میکروگرید DC را به سمت ناپایداری می برند [20] [21] [22]. در [23] نشان داده شد که CPL، میکروگرید AC را ناپایدار کرده،و این نتیجه حاصل شد که CPLزمانی پایدار خواهد بود که با بارهای امپدانس ثابت موازی شود. مقاله مذکور، از مدل سیگنال کوچک CPL ایده آل که دارای مقاومت افزایشی منفی است (∆i=-P/V^2 ∆v)، استفاده کرد،اما مشخصه های دینامیکی رگولاتور باس در محاسبات مدنظر قرار نگرفت. راهکارهای متعددی برای رفع مشکلات CPLها ارائه شده است، از جمله راهکارهای پیشنهادی در [24] و [25]. در [26]، پایداری سیگنال بزرگ میکروگرید تحت انواع باریِ مختلف، مورد بررسی قرار گرفت و نتیجه این شد که بارهای PQ ثابت، بر پایداری سیستم تاثیر ندارند، اما بارهای موتوری بر پایداری تاثیر می گذارند. با اینکه در مقاله اشاره شده، پایداری سیگنال کوچک سیگنال مورد بررسی قرار نگرفت، اما اهمیت مطالعه در این بود که نشان می داد امکان پایداری CPL بدون موازی کردن با بارهای امپدانس ثابت، وجود دارد (بر خلاف آنچه در [23] عنوان شده بود). روشهای بسیاری برای سنجش/تعیین پایداری شبکه وجود دارد. شبکه های الکترونیک قدرت را می توان با استفاده از روشهای امپدانس ، تحلیل نمود [27]. در روش امپدانس، امپدانس منبع و بار بصورت تابعی از فرکانس بیان می شوند. در این روش، اگر اندازه امپدانس منبع بر حسب فرکانس،از اندازه امپدانس بار بر حسب فرکانس بزرگتر باشد، سیستم ناپایدار شناخته می‌شود. این روش برای تحلیل شبکه های DC نیز بکار رفته است، که نمونه های ان را در ادبیات مربوطه می توان در [28] و [29] مشاهده کرد. تحلیل پایداری سیگنال کوچک سیستمهای قدرت، معمولا با استفاده از مقادیر ویژه است که نمونه هایی از این تحلیل ها در [30] [31] [32] آورده شده است. در این روش سیستم قدرت توسط یک معادله فضای حالت بیان شده و ماتریس «A» برای تعیین مقادیر ویژه به کار می رود. یکی از مزیت های تحلیل مقادیر ویژه، امکان مطالعه بده تاثیرات متقابل میان حالت ها است. روندی که این مقاله پیش می گیرد،از مدل تماما دینامیکی عناصر استفاده می کند. این روند با پیروی از [7] و [33] صورت گرفته و مورد تایید است؛چرا کهنحوه تفکیک مدها به دسته های فرکانسی (براساس پهنای باند کنترل‌کننده‌ها) همچنان در اختیار طراح و سازنده تجهیزات می باشد. هر اینورتر و بار، بر روی یک فریمِ گردانِمحلیِ مرجع(dq) مدل می شود و سپس تمامی زیرسیستمها توسط تبدیلات چرخش به یک فریم مشترک آورده می شوند. مدلهای مورد استفاده برای اینورتر، از مدلهای ارائه شده در [7]، و مدلهای بار فعال از [34] گرفته می شود. برای ارزیابی عملی نتایج تحلیل از یک میکروگرید آزمایشگاهی با سه اینورتر 10kVA استفاده شده است. برای ارزیابی پایداری سیستم، و تعیین حساسیت سیستم و میرایی سیگنالها نسبت به تغییرات گین ولتاژ DCکنترل‌کننده بار فعال، از تحلیل مقادیر ویژه استفاده شده است. بررسی روابط میان مقادیر ویژه، با استفاده از تحلیل مشارکتصورت گرفته است.روش تحلیل مشارکت، امکان سنجش حساسیت مقادیر ویژه را نسبت به حالتهای میکروگرید فراهم می آورد و روابط میان سازوکارهای دینامیکی اینورتر و بار فعال را مشخص می کند. با استفاده از یک فضای حالت کامل (به جای تابع تبدیل)، امکان تحلیل مشارکت و تحلیل مکان مقادیر ویژه برای سیستم فراهم می شود، که منجر به بررسی بهتر تاثیرات پارامترهای سیستم بر سیگنالهای کم میرا می شود. هدف از پژوهش ارائه شده در این مقاله، تحلیل اثر کنترل‌کننده های گین بالا نیست، بلکه در این مقاله اولا تاثیر مشخصه مقاومت منفی بارهای فعال در ناپایدار کردن میکروگریدها مورد بررسی قرار می گیرد، و ثانیا اینکه آیا روابط مشخص و تاثیرگذاری میان سازوکارهای دینامیکی اینورترها و بارهای فعال وجود دارد بطوری که طراحی کنترل‌کننده برای آنها نیاز به مشارکت دوجانبه (از طرف طراح اینورتر و بار فعال) داشته باشد. شکل 1، شمایی از همه DGها و بارهای فعال با روش کنترلی متناظر آنها نشان داده شده است.
پیش نمایش مقاله
پیش نمایش مقاله پایداری دینامیکی یک میکروگرید با بار اکتیو

چکیده انگلیسی

Rectifiers and voltage regulators acting as constant power loads form an important part of a microgrid's total load. In simplified form, they present a negative incremental resistance and beyond that, they have control loop dynamics in a similar frequency range to the inverters that may supply a microgrid. Either of these features may lead to a degradation of small-signal damping. It is known that droop control constants need to be chosen with regard to damping, even with simple impedance loads. Actively controlled rectifiers have been modeled in nonlinear state-space form, linearized around an operating point, and joined to network and inverter models. Participation analysis of the eigenvalues of the combined system identified that the low-frequency modes are associated with the voltage controller of the active rectifier and the droop controllers of the inverters. The analysis also reveals that when the active load dc voltage controller is designed with large gains, the voltage controller of the inverter becomes unstable. This dependence has been verified by observing the response of an experimental microgrid to step changes in power demand. Achieving a well-damped response with a conservative stability margin does not compromise normal active rectifier design, but notice should be taken of the inverter-rectifier interaction identified.

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