کنترل غیر خطی جبران ساز همزمان ایستای (STATCOM) توسعه یافته برای کاهش نوسان ولتاژ کوره قوس الکتریکی

چکیده

واژگان کلیدی

معرفی

کنترل کننده غیرخطی جدید STATCOM 

سیستم آزمایش

مولد سیگنال کوره قوس الکتریکی

کارایی روش کنترل ارائه شده

کاهش نوسان

ولتاژ موثر و توان اکتیو خط

تعادل ولتاژ

 اعوجاج هارمنیک کلی (THD) 

کاهش نوسان

نتیجه گیری

ترجمه شکل ها:

کنترل PI 

 سیستم |آزمایش

شکل موج نوسان EAF 

طیف فرکانس نوسان EAF 

شکل موج نوسان EAF موثر واقعی

ولتاژهای فاز در PCC – بدون کنترل

STATCOM  کاسکود 11 طبقه

ولتاژ موثر سیستم آزمایش

 توان های اکتیو و بار برای سیستم آزمایش a) توان اکتیو رسم شده توسط بار b) توان اکتیو خط با کنترل کننده PI  STATCOM  c) توان اکتیو خط با کنترل کننده پیشنهادی

ولتاژهای فاز در PCC. کنترل کننده PI (شکل بالا) ، کنترل کننده ارائه شده(شکل پایین)

 THD ولتاژ PCC (فاز a)

اندازه نوسان ولتاژ PCC (فاز a)

lowpass: پایین گذر    highpass: بالاگذر   

مقدار نوسان ولتاژ PCC (فاز a)

کوره های قوس الکتریکی (EAF ها) در صنایع فولاد، جهت ذوب آهن و ضایعات فولاد رایج هستند. EAF ها بسیاری اوقات سبب نوسان وسیعی در مقدار توان اکتیو و راکتیو می شوند و منشا مهم اختلالات کیفیت توان (PQ) هستند. جبران سازهای همزمان ایستا (STATCOM ها)، یک روش کنترل قالب بندی شده مبنی بر الکترونیک صنعتی برای تقویت توان راکتیو و بهبود PQ را عرضه می کند. این مقاله یک روش کنترل غیر خطی نوینی برای STATCOM معرفی می کند که کاهش قابل توجهی در نوسانات نامتناوب القایی بر روی سیستم قدرت ایجاد می کند. این روش با کنترل PI (تناسبی - انتگرالی) رایج مقایسه می شود و نشان داده شده است که عملکرد بهبود یافته ای دارند

کوره های قوس الکتریکی (EAF ها ) شامل بخش عمده ای از بارگذاری صنعتی بر روی سیستم های قدرت پیچیده می شود. نوسان EAF توسط مدولاسیون فرکانس پایین ( عموما بین 5 تا 35 هرتز) ولتاژ در نقطه تزویج مشترک (PCC) با سیستم القا می شود. این نوسان بار ناشی از تغییرات سریع ولتاژ نامتناوب با اعوجاج ولتاژ محسوس می باشد. مشتری هایی که در تغذیه توزیع این بارهای غیرخطی سهیم می شوند، خیلی اوقات تغیییرات ولتاژ قابل توجهی را تحمل می کنند؛ به طوریکه در عملکرد تجهیزات آنها اختلال ایجاد می کند. یک جبران ساز VAr ایستا(SVC) یا جبران ساز همزمان ایستا(STATCOM) نوعی، برای جبران تغییر توان راکتیو[1] – [3] به سیستم اضافه می شود. تحلیل بارهای EAF مشخص می کند که تغییرات در توان راکتیو تقریبا به اندازه تغییرات در توان اکتیو است و یک عامل بهبود دهنده قابل توجه برای نوسان ولتاژ است[4]. بنابراین لازم است تا روش های کنترلی را توسعه دهیم که قادر به یکنواخت کردن جریان الکتریکی اکتیو و راکتیو به منظور کاهش اختلالات کوره قوس الکتریکی می باشد. SVC نمی تواند با سرعت کافی به اثر متقابل نوسان مختلف سریع واکنش نشان دهد؛ بنابراین، STATCOM یک راه حل مناسب است. تحقیق اخیر، کاربرد STATCOM های مبنی بر مبدل های چند طبقه را به جهت کاهش نوسان ولتاژ کوره قوس الکتریکی [6] [7] بررسی کرده است. مبدل های چندطبقه به دلیل کاهش هارمونیک ها و اجزای کوچکتر مورد نظر هستند. در این مقاله، یک STATCOM آبشاری 11 طبقه با کنترل کننده PWM معرفی می شود تا یک بار غیر خطی را که با یک EAF معادل است، تنظیم کند. بیشتر روش های کنترل STATCOM پیشنهادی برای کاهش نوسان EAF، روی استفاده از کنترل کننده PI و PID تمرکز کرده است تا تصحیح توان اکتیو و راکتیو را در کنترل کل جریان ارائه کند[3][7] . کنترل غیر خطی اغلب قابلیت کنترل کافی را عرض می کند، اما اگر شرایط عملکرد عوض شود یا اگر حالت های چندگانه نوسان اتفاق بیفتد، ممکن است کیفیت عملکرد آن کاهش یابد. یکی از کنترل کننده های توسعه یافته جدید STATCOM در [8] ارائه شده بود. در این روش ، یک قانون کنترل مبنی بر انرژی برای عرضه پایداری طراحی می شود؛ بر خلاف یک مکانیزم قابل تطبیق که برای ارائه بهبود توانمندی به منظور عدم قطعیت های پارامتریک استفاده می شود. مولفان این مقاله برای بهبود کارایی، تحریک مولد و STATCOM را با هم متناسب کردند. با وجود اینکه این نویسندگان از یک مدل ساده شده STATCOM استفاده می کنند، قادر بودند تا به یک قانون کنترل موثر که کاهش نوسان قابل توجهی را عرضه می کند، دست یابند. ایراد اصلی روش پیشنهادی این است که در بعضی کاربردها، مانند EAFها، برای اینکه تعادل کنترل مولد / STATCOM مطابق با واقعیت بشود، STATCOM باید فاصله از مولد را به طور قابل توجهی شناسایی کند. سایر کنترل کننده های غیر خطی توسعه یافته STATCOM مشابه به ویژه برای تنظیم بار سریع، مانند کاربردهای کوره قوس الکتریکی در [9] ارائه می شود. در این مقاله، نویسندگان کنترل کننده غیر خطی را ارائه می دهند که از نظر تغییرپذیری توانمند است.این گردآورندگان یک راهکار کنترل غیر خطی را طراحی کردند که مجانب دامنه ولتاژ را تنظیم می کند؛ با وجود اینکه این راهکار عدم قطعیت در هدایت بار را جبران می کند.در حالیکه هدف این کنترل کننده با روش کنترل STATCOM برای کاهش نوسان EAF متفاوت است، این مقاله چندین روش برجسته که مفید خواهد بود را عرضه می کند. به طور ویژه، نویسندگان یک تبدیل تطابقی را ارائه می کنند که امکان توسعه راهکار کنترل پایدار را با به کارگیری تابع نوین لیاپانوف می دهد. با وجود اینکه کنترل کننده پیشنهادی به طور چشمگیری متفاوت است، هنوز هم شباهت های مفهومی بین این و روش وجود دارد. به همین دلیل، ما یک کنترل کننده غیر خطی جدید را ارائه می کنیم که عملکرد بهبود یافته برای کاهش نوسان و بهبود کیفیت توان(PQ) برای کاربردهای EAF را عرضه می کند. به طور خاص، اهداف مندرج در این مقاله به شرح زیر است: 1) توسعه کنترل کننده غیرخطی STSTCOM 2) معرفی روش جدید برای مدلسازی نوسان ولتاژ EAF 3) کاربرد کنترل کننده پبیشنهادی برای کاستن نوسان EAF 4) مقایسه این روش با یک روش کنترل PI رایج