کنترل STATCOM برای کاربردهای کنترل ولتاژ سیستم قدرت

چکیده

مقدمه

شکل. 1. اتصال یک StatCom به یک باس.

شکل. 2. مدار معادل StatCom.

مدلسازی STATCOMشکل. 3. نقاط کار حالت ماندگار (دائم).

کنترل STATCOM کنترل تناسبی- انتگرالی (PI)

شکل. 4. طرح کنترلی PI.

روش‌های تعیین مکان قطب

 رگولاتور درجه دوم خطی (LQR)STATCOM

جایگذاری

مطالعات سیستم قدرت

شکل. 5. سیستم تست 118 باس IEEE.

شکل. 6. پاسخ کنترل نشدۀ ولتاژ در باس 86.

شکل. 7. پاسخ کنترل شدۀ ولتاژ در باس 86.

 شکل. 8. کنترل PI- زاویۀ کنترلی α.

کنترل PI

 کنترل تعیین مکان قطب

جدول 1:مقادیر اولیه و جایگذاری شدۀ StatCom

شکل. 9. تعیین مکان قطب- زاویۀ کنترلی α.

 شکل. 10. LQR- زاویۀ کنترلی α.

شکل. 11. کنترل PI در برابر LQR در یک حالت بارگذاری شدید.

 کنترل LQR

قوت کنترل کننده

 عکس‌العمل StatCom

نتیجه‌گیری

یک جبرانساز استاتیکی (StatCom) تجهیزی است که قادر است پشتیبانی از توان راکتیو یک باس را فراهم سازد. این تجهیز شامل کانورترهای منبع ولتاژی است که از یک سمت به تجهیز ذخیره‌ساز انرژی و از سمت دیگر به سیستم قدرت متصل می‌شوند. در این مقاله، روش کنترل PI با دیگر راهبردهای کنترلی پسخورد مقایسه می‌شود. نشان داده می‌شود که یک کنترل خطی بهینه که بر اساس کنترل LQR (رگولاتور درجه دوم خطی) کار می‌کند از نظر پروفیل پاسخ و تلاش کنترلی موردنیاز بهترین عملکرد را دارد. این روش‌ها به یک سیستم قدرت نمونه اعمال می‌شوند

استفاده از ادوات FACTS (سیستم انتقال AC انعطاف‌پذیر) در یک سیستم قدرت می‌‌تواند به خوبی بر محدودیت‌های سیستم‌های انتقال کنترل شده به صورت مکانیکی فائق آید. این شبکه‌های در هم تنیده با تسهیل انتقال حجیم توان موجب می‌شوند تا نیاز به افزایش ظرفیت نیروگاه‌های برق حداقل شود و نیز شبکه‌ها و نواحی همسایه را قادر می‌سازند تا با هم تبادل توان داشته باشند. با حرکت صنعت برق به سمت یک موقعیت رقابتی که در آن توان به عنوان یک کالا خرید و فروش می‌شود، ارزشمندی و اهمیت ادوات FACTS در سیستم‌های با توان عظیم به طور پیوسته افزایش خواهد یافت. با توسعۀ پخش توان، تجهیزات الکترونیک قدرت کاربرد بیشتری خواهند داشت تا قابلیت اطمینان و پایداری سیستم تضمین شده و حداکثر میزان انتقال توان در بین خطوط انتقال گوناگون افزایش یابد. جبرانساز سنکرون استاتیکی، یا StatCom، یک تجهیز موازی FACTS است که مجموعه‌ای متعادل از ولتاژ سینوسی سه فاز را در فرکانس پایه با دامنه و زاویه فاز با قابلیت کنترل سریع را تولید می‌کند. این نوع کنترل کننده را می‌توان توسط توپولوژی‌های مختلف به کار گرفت. با این وجود، اینورتر منبع ولتاژ، با استفاده از تریستورهای GTO در پیکربندی‌های مناسب مدارهای چندفاز، در حال حاضر عملی‌ترین تجهیز برای کاربردهای توان بالاست [1]-[3]. یکی از کاربردهای متداول این نوع کنترل کننده در پشتیبانی از ولتاژ است. شکل 1 اتصال StatCom به یک باس را نشان می‌دهد. اینورتر GTO نشان داده شده در این شکل شامل چندین اینورتر منبع ولتاژ شش گام است. این اینورترها توسط یک ترانسفورماتور چند سیم‌پیچه به یک باس متصل می‌شوند. استفاده از چندین اینورتر اعوجاج هارمونیکی ولتاژ خروجی را کاهش می‌دهد. این اینورترها به خازنی وصل هستند که ولتاژ DC دارد. در عمل، کنترل متداول تناسبی- انتگرالی (PI) معمولا برای دستیابی به تنظیم خودکار ولتاژ به کار می‌رود. زمان پاسخ استاندارد معمولا از مرتبۀ چند صد میکروثانیه (تقریبا 1/0 ثانیه) انتخاب می‌شود [2]. در این مقاله، چند روش کنترل پسخورد توسعه یافته و نشان داده می‌شود که از نظر دینامیک پاسخ و تلاش کنترلی موردنیاز نسبت به کنترل PI برتری دارند.