ترجمه فارسی عنوان مقاله

بهبود عملکرد قابلیت LVRT در اینورتر‌های PV تک‌فاز متصل به شبکه با استفاده از مدل کنترلر پیش‌بینانه

عنوان انگلیسی

Improving performance of LVRT capability in single-phase grid-tied PV inverters by a model-predictive controller

کد مقاله	سال انتشار	تعداد صفحات مقاله انگلیسی
159503	2018	13 صفحه PDF

منبع

Publisher : Elsevier - Science Direct (الزویر - ساینس دایرکت)

Journal : International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Volume 98, June 2018, Pages 176-188

فهرست مطالب ترجمه فارسی

چکیده

کلمات کلیدی

1.مقدمه

2. اینورترهای PV بدون ترانسفورمر

3. تقاضای اینورترهای PV در LVRT

شکل 1. سخت افزار سیستم: مبدل DC/DC اینورتر HERIC با فیلتر LCL در خروجی

شکل 2. الزامات اجباری LVRT در بعضی از کشورها

شکل 3. الزامات تزریق جریان راکتیو در کد شبکه EON

3.1. جریان پیک ثابت

3.2. توان اکتیو ثابت

4. کنترلر PR کلاسیک

5. کنترل پیش‌بینانه مدل پیشنهادی

شکل 4. بلوک دیاگرام کنترلر PR مربوط به اینورتر HERIC تکفاز با فابلیت LVRT

5.1. اصول MPC

شکل 5. بلوک دیاگرام کنترلر MPC پیشنهادی برای اینورتر HERIC تکفاز با فابلیت LVRT

5.2. مدل‌سازی طبقه توان

5.2.1. اصول کنترلر MPC پیشنهادی

5.2.2. محاسبه جریان مرجع شبکه (ig*[k+1])

5.2.3. محاسبه جریان پیش‌بینی شده شبکه (ig [k+1])

5.3. استراتژی کلیدزنی در کنترلر پیشنهادی MPC

5.3.1. انتخاب و اعمال بردارها

شکل 6. بردارهای ولتاژ تولید شده توسط اینورتر HERIC با بردارهای مجازی

5.3.2. تعیین ولتاژ مرجع اینورتر

5.3.3. مدولاسیون در MPC پیشنهادی

جدول 1. برنامه کلیدزنی برای اعمال بردارها در MPC پیشنهادی

شکل 7. یک دوره تناوب کلیدزنی در MPC پیشنهادی

6. چالش اینورترهای HERIC در مد LVRT برای تزریق توان راکتیو

7. نتایج شبیه‌سازی

شکل 8. الگوریتم پیشنهادی کلیدزنی برای غلبه بر مشکل اینورتر HERIC در حین LVRT

شکل 9. جریان تزریق شده به شبکه (a) اینورتر HERIC (b) اینورتر پل کامل

جدول 2. پارامتر های مورد استفاده در آزمون تجربی و شبیه‌سازی

7.1. MPC پیشنهادی در مقابل کنترلر PR با پهنای باند پایین تحت شرایط R/X=0.5

7.2. MPC پیشنهادی در مقابل کنترلر PR با پهنای باند بالا تحت شرایط R/X=0.5

7.3. MPC پیشنهادی در مقابل کنترلر PR با پهنای باند بالا و پایین تحت شرایط R/X=3

شکل 10. کارکرد LVRT اینورتر HERIC برای دو استراتژی مختلف کنترلر با PR دارای پهنای باند پایین و کنترلر MPC پیشنهادی: (a) ولتاژ شبکه، (b) و (c) جریان ماکسیمم، (d) و (e) توان اکتیو تزریقی، (f) و (g) توان راکتیو تزریقی، (h-k) ولتاژ شبکه (1/28*v) و جریان شبکه (A)

شکل 11. کارکرد LVRT اینورتر HERIC برای دو استراتژی مختلف کنترلر با PR دارای پهنای باند بالا و کنترلر MPC پیشنهادی: (a) ولتاژ شبکه، (b) و (c) جریان ماکسیمم، (d) و (e) توان اکتیو تزریقی، (f) و (g) توان راکتیو تزریقی، (h-k) ولتاژ شبکه (1/28*v) و جریان شبکه (A)

شکل 12. کارکرد LVRT اینورتر HERIC برای PR دارای پهنای باند بالا و پهنای باند پایین در مقابل کنترلر MPC پیشنهادی در استراتژی پیک جریان ثابت: (a) ولتاژ شبکه، (b) و (c) جریان ماکسیمم، (d) و (e) توان اکتیو تزریقی، (f) و (g) توان راکتیو تزریقی، (h-j) ولتاژ شبکه (1/28*v) و جریان شبکه (A)

شکل 13. تحلیل مقاومت کنترلر پیشنهادی در مقابل تغییرات سلف‌های سمت اینورتر و شبکه

7.4. مقاومت کنترل پیشنهادی در مقابل تغییرات پارامترها

8. نتایج تجربی

شکل 14. بهره‌برداری LVRT اینورتر HERIC متصل به شبکه تکفاز که اشکال سمت چپ توان اکتیو متوسط (200w/div) و توان راکتیو متوسط (200Var/div) و اشکال سمت راست نیز ولتاژ شبکه (100V/div) و جریان شبکه (5A/div) را نشان می‌دهند.

شکل 15. تنظیمات آزمایشگاهی با سیستم dSPACE و یک اینورتر HERIC

9. نتیجه‌گیری

ترجمه چکیده

رعایت استانداردهای جدید اتصال برای سیستم های فتوولتائیک در برخی کشورها اجباری شده است، به گونه‌ای که نسل بعدی PV باید از محدوده کامل مد بهره‌برداری در یک نیروگاه و همچنین از قابلیت گذار از ولتاژ پایین (LVRT) در طول افت ناگهانی ولتاژ پشتیبانی کند. از آنجا که افت ناگهانی ولتاژ در زمان کوتاهی اتفاق می‌افتد، یک عملکرد دینامیکی سریع همراه با رفتار نرم کنترل‌کننده مهم ترین مساله در مدتLVRT است. اخیرا، برخی از روش‌ها‌ مثل کنترل‌کننده رزونانسی تشدیدی (PR) برای کنترل سیستم‌های PV تکفاز در وضعیت LVRT ارائه شده‌اند. در کنترل‌کننده‌های PR می‌توان یک پاسخ دینامیکی سریع را با تنظیم بهره کنترل‌کننده در یک پهنای باند بالا بدست آورد اما عموما حاشیه فاز کاهش می‌یابد. بنابراین طراحی کنترل‌کننده‌های PR نیازمند تعامل بین پاسخ دینامیکی و پایداری است. برای پر نمودن این خلا، در این مقاله یک کنترل‌کننده جریان قوی و سریع بر اساس کنترل پیش‌بینانه مدل (MPC) در مبدل‌های PV تکفاز با بهره‌برداری LVRT ارائه شده است. به منظور تایید کارایی کنترل‌کننده پیشنهادی، نتایج کنترل‌کننده پیشنهادی با کنترل‌کننده کلاسیک PR مقایسه می‌گردد. این کنترل‌کننده‌ها در یک اینورتر تکفاز بدون ترانسفورمر 1 kW HERIC (مفهوم اینورتر با قابلیت اطمینان و راندمان بالا) پیاده‌سازی می‌شوند.

ترجمه مقدمه

در دهه‌های اخیر ظرفیت سیستم‌های PV در شبکه برق بطور چشم‌گیر در حال افزیش بوده است [3-1]. بر اساس انجمن صنعت فتوولتاییک اروپایی (EPIA) برآورد می‌شود که نصب سیستم‌های PV در جهان تا سال 2020 در حدود 345 گیگاوات باشد [4]. همراه با افزایش ظرفیت، نگرانی‌هایی در مورد اثرات آنها بر کیفیت توان و قابلیت اطمینان شبکه وجود دارد. از اینرو مطالعات مختلفی به منظور بررسی چنین چالش‌هایی انجام شده است [5-11]. به عنوان مثال افت ناگهانی در ولتاژ شبکه ممکن است حفاظت مد جزیره‌ای سیستم‌های PV را فعال نماید و منجر به ایجاد وقفه در توان تزریقی به شبکه گردد [12و13]. بدلیل چنین مشکلاتی، برخی کشورها نظیر آلمان، ایتالیا و ژاپن کدهای شبکه‌ای متصل به سیستم توزیع را برای داشتن گذار از ولتاژ پایین (LVRT) بروز نموده‌اند. این بدان معناست که سیستم‌های PV باید از محدوده کاملی از توان حتی در شرایط وقوع خطا پشتیبانی کنند [19-14]. طرح کنترل سیستم PV یکی از مهم‌ترین بخش‌هاست که در آن یک طرح کنترلی تطبیقی و مناسب نه تنها می‌تواد منجر به کاهش مشکلات مربوط به کیفیت توان گردد بلکه قادر است یک بهره‌برداری قابل اطمینان در اتصال به شبکه را تضمین نماید. در سال‌های اخیر، تعداد محدودی مثل [22-20، 17، 19] از مقالات به بررسی سیستم‌های کنترل PV با قابلیت LVRT پرداخته‌اند. در [19] یک بنچ مارک از وضعیت خطای شبکه برای سیستم‌های PV تکفاز آینده مورد مطالعه قرار گرفته است. در [20] برای سیستم‌های سه فاز PV یک روش کنترلی مبتنی بر شبکه عصبی و کنترلر فازی ارائه شده است. در [21] یک روش همگام‌سازی برای سیستم‌های فتوولتاییک تکفاز متصل به شبکه تحت شرایط وقوع خطا در سیستم معرفی شده است. در [22] نویسندگان بر روی مدل‌سازی و کنترل سیستم‌های PV سه فاز با در نظر گرفتن کد شبکه آلمانی بوسیله کنترل جریان توالی مثبت و به منظور کار در حین LVRT کار کرده‌اند. برخی اقدامات جالب در [17] انجام شده است که یک اینورتر تکفاز بدون ترانسفورمر متصل به شبکه با قابلیت LVRT با استفاده از کنترل‌کننده PR کلاسیک ساخته و کنترل شده است. نتایج این مقاله نشان داده که سیستم PV می‌تواند نقش مثبتی در LVRT داشته باشد اما سیستم کنترلی دارای پاسخ سریع دینامیکی در حین LVRT نخواهد بود. اگرچه مدت زمان افت ناگهانی ولتاژ معمولا کوتاه است، سیستم کنترلی سریعتر می‌تواند منجر به نقش موثرتری در وضعیت LVRT خواهد شد. به جهت پر نمودن این خلا، در این مقاله یک کنترلر سریع جریان برای یک سیستم PV مبتنی بر کنترلر پیش‌بینانه مدل (MPC) ارائه شده است. روش پیشنهادی دارای پاسخ دینامیکی سریع در مدت LVRT نسبت به روش‌های موجود است. مقاله بدین صورت سازماندهی شده است: ابتدا خلاصه‌ای از اینورتر بدون ترانسفورمر انتخابی توضیح داده می‌شود. سپس مقاله بر روی درخواست‌های اینورتر PV در مد LVRT تمرکز می‌کند. کنترل‌کننده کلاسیک PR در بخش سوم مورد بحث قرار می‌گیرد. در بخش چهارم، روش پیشنهادی مبتنی بر کنترل پیش‌بینانه برای سیستم PV تکفاز ارائه می‌گردد. چالش‌های LVRT و طرح کلیدزنی پیشنهادی در بخش پنجم مورد بررسی قرار می‌گیرد و در نهایت قبل از نتیجه‌گیری، نتایج تجربی و شبیه‌سازی کنترلر پیشنهادی با کنترلر PR کلاسیک مقایسه می‌گردد.

دانلود رایگان 2 صفحه اول مقاله لاتین (PDF)

پیش نمایش مقاله

چکیده انگلیسی

New interconnection standards for Photovoltaic systems are going to be mandatory in some countries. Such that the next generation of PV should support a full range of operation mode like in a power plant and also support Low-Voltage Ride-Through (LVRT) capability during voltage sag fault. Since the voltage sag period is short, a fast dynamic performance along with a soft behavior of the controller is the most important issue in the LVRT duration. Recently, some methods like Proportional Resonant (PR) controllers, have been presented to control the single phase PV systems in LVRT mode. However, these methods have had uncertainties in respect their contribution in LVRT mode. In PR controllers, a fast dynamic response can be obtained by tuning the gains of PR controllers for a high bandwidth, but typically the phase margin is decreased. Therefore, the design of PR controllers needs a tradeoff between dynamic response and stability. To fill in this gap, this paper presents a fast and robust current controller based on a Model-Predictive Control (MPC) for single-phase PV inverters in other to deal with the LVRT operation. In order to confirm the effectiveness of the proposed controller, results of the proposed controller are compared with the classical PR controller. They are also implemented in a 1â¯kW single-phase transformerless HERIC (Highly Efficient and Reliable Inverter Concept) inverter.