طراحی کنترل کنندۀ جابجائی قطب برای D-STATCOM جهت کاهش اثر خطای سه فاز

چکیده

مقدمه

مدلسازی D-STATCOM 

شکل.1. مدار معادل STATCOM 

شکل.2. دیاگرام تک خطی.

شکل.3. پاسخ قطب‌های اولیۀ D-STATCOM. 

طراحی کنترل کنندۀ جابجائی قطب

شکل.4. بلوک کنترل کنندۀ جابجائی قطب.

شکل.5. نمودار گردشی برنامۀ M-file. 

شکل.6. خروجی‌ها در حالتی که قطب‌ها در (-5000± 2356j, 0) واقع باشند. 

شکل.7. بلوک دیاگرام کالم کنترل کنندۀ جابجائی قطب.

تکنیک SPWM 

شکل.8. بلوک دیاگرام کامل تکنیک SPWM.

یکربندی D-STATCOM برای شبیه‌سازی خطای سه فاز

شکل.9. D-STATCOM در سیستم توزیع.

جدول 1. اطلاعات سیستم.

نتایج شبیه‌سازی

شکل.10. الف) ولتاژ RMS، ب) جریان بار. 

شکل11. الف) ولتاژ RMS، ب) جریان بار، ج) جریان تزریقی. 

شکل.12. الف) ولتاژ RMS، ب) جریان بار. 

شکل.13. الف) ولتاژ RMS، ب) جریان بار، ج) جریان تزریقی.

نتیجه‌گیری

این مقاله طراحی کنترل کنندۀ جابجائی قطب برای D-STATCOM جهت کاهش اثر خطای سه فاز را ارائه می‌کند. در روش جابجائی قطب، به منظور دستیابی به پاسخ بهتر، قطب‌های موجود به مکان قطب‌های جدید در محورهای حقیقی- موهومی انتقال داده می‌شوند. این نوع کنترل کننده قادر است میزان جریان یا ولتاژ تزریقی اینورترهای D-STATCOM و یا هر دوی آنها را کنترل کند تا در نهایت با توجه به جریان‌هایی که وارد کنترل کنندۀ جابجائی قطب می‌شوند باعث کاهش اثر خطای سه فاز شود. راندمان این کنترل کننده در درصدهای مختلفی از فلش ولتاژ که در طی خطای سه فاز روی می‌دهند مورد آزمون واقع شد. کنترل کننده و D-STATCOM به کمک سیمولینک و جعبه ابزار Power System Blockset که در نرم‌افزار متلب موجودند طراحی شد.

جبرانساز سنکرون ایستای توزیع (D-STATCOM) یک تجهیز با اتصال موازی است که یک مجموعۀ متعادل از ولتاژها یا جریان‌های سه فاز سینوسی را در فرکانس پایه تولید می‌کند [1]. D-STATCOM شامل یک اینورتر منبع ولتاژ مانند تریستور گیت خاموش (GTO)، یک خازن لینک DC و یک کنترل کننده است [2]. اثبات شده است که D-STATCOM تجهیزی است که قادر به حل مشکلات کیفیت توان سیستم توزیع است. یکی از مشکلات کیفیت توان که همواره در سیستم توزیع رخ می‌دهد خطای سه فاز است که از طریق اتصال کوتاه در مدار، عملیات کلیدزنی، راه‌اندازی موتورهای بزرگ و غیره ایجاد می‌شود. این مساله در چند میلی‌ثانیه اتفاق می‌افتد و به دلیل محدودیت زمانی، نیازمند D-STATCOM است که دارای کنترل پیوستۀ توان راکتیو با پاسخ سریع می‌باشد [3]. توپولوژی‌های گوناگونی برای این کنترل کننده‌ها طرح شده است مثل تناسبی انتگرالی (PI)، جابجائی قطب و رگولاتور مربع خطی (LQR) تا پاسخ سریعی برای سیستم و نقطۀ عملکرد دائم بدست دهد. کنترل کنندۀ PI بستگی به توان راکتیو دارد، که ورودی کنترل کننده برای تزریق جریان‌ها از D-STATCOM است و باعث می‌شود کنترل کننده دارای پاسخ کند باشد [3]. برای روش جابجائی قطب، کنترل کننده به جای دیاگرام فازوری مبتنی بر مدل دینامیکی است [3] که پاسخ سریعی را برای سیستم موجب می‌شود. جابجائی قطب را تکنیک کنترل زمان گسسته با قطب های حلقه بسته نیز می‌نامند [4] که نیازمندی‌های پایداری نقاط کار را رفع می‌کند [5]. در روش کنترل کنندۀ LQR، این روش قادر است پاسخ سریعی فراهم کند ولی مشکلی که وجود دارد در انتخاب مقدار ماتریس مثبت قطعی و مثبت نیمه‌قطعی برای دستیابی به عملکرد بهتر است. در این کار، کنترل کنندۀ جابجائی قطب انتخاب شده است چون دارای پاسخ سریع بوده، قادر به کنترل دو خروجی D-STATCOM است و پایداری بهتری را برای سیستم توزیع فراهم می‌کند. روش جابجائی قطب ترکیبی از خطی‌سازی پسخورد ورودی- خروجی و تبدیلات DQ جریان‌های مرجع سیستم توزیع است. کنترل کنندۀ جابجائی قطب به منظور تغییر مکان قطب اولیه از سمت راست دیاگرام مختلط به سمت چپ آن است تا پایداری سیستم افزایش یافته و پاسخ میرا شود که باعث می‌شود اینورتر موجود در D-STATCOM ولتاژ و یا جریانی را تزریق کرده و خطای سه فاز را جبران کند [1]. این تکنیک ر [1، 4] به کار رفته است و نشان داده شده است که در کنترل D-STATCOM عملکرد موفقی دارد. تفاوت این کار با تحقیقات قبلی این است که کنترل کنندۀ جابجائی قطب با توجه به منحنی گذر سیگنال طراحی شده است که شامل تنها یک شاخه است، که نمایانگر سیستم و گره‌های معادلۀ فضای حالتی است که از مدار D-STATCOM بدست می‌آید. در این کنترل کنندۀ جابجائی قطب ترکیب بین تبدیل DQ جریان بدست آمده از توزیع به منظور حداقل‌سازی معادلۀ فضای حالت D-STATCOM به کار می‌رود. این تبدیل DQ کلیۀ اطلاعات مجموعه فاز، نامتعادلی حالت ماندگار، اعوجاج‌های شکل موج هارمونیکی و مولفه‌های گذرا را بدست خواهد داد [6].