بهبود دینامیک کنترل کننده رزونانسی در کنترل توان لحظه ای اینورترهای تکفاز متصل به شبکه

STUDENT

DEGREE

YEAR

The problem of instantaneous power control in single-phase distributed generation systems is considered in this thesis. Power electronic converters have been developed to interface renewable energy resources with the utility grid. The interface needs appropriate control structure to transfer power without interruption. Single-phase converters have been widely used for connection, depending on the type of connected grid to the resources and power level. AC power could be controlled by comparison the values ??of grid active and reactive powers with their reference values and by controlling the grid injection current. Generally, current controller is a proportional-integral or a resonance controller in these structures. To control the AC power, calculation of active and reactive powers including filtering and phase shifting is neccessary in single-phase systems and then no remedy to use phase shift operator. In addition to the challenges involved in accurate and efficient realization of phase-shift operation, its dynamics strongly contributes to reduce the speed and the stability margin of the control system. Using the instantaneous power controller do not need to calculate active and reactive powers that makes simpler structure. In a single-phase system, the instantaneous power comprises a DC component and a double-frequency AC component as opposed to a three-phase system where it only comprises a DC component. The phase locked loop is used to determine the frequency and angles of grid voltage and current in order to use in instantaneous power control structure. This study investigates the effect of the phase locked loop structures to enhance the accuracy of the instantaneous power control structure. A new method of estimation based on magnitude integrator is proposed in order to improve the transient response of the resonant controller and phase-locked loop. Also, a linear-quadratic regulator with partial-state feedback is used for the optimum design of controller parameters to reduce tracking error of instantaneous power. Simulations has been done for the proposed method and conventional power control methods of single-phase systems in different operating conditions. Simulation results show upgraded dynamic performance, improved transient response and stability of the system against disturbances like grid faults and harmonics. Keywords: Instantaneous power control, Phase locked loop, Magnitude integrator, Linear-quadratic regulator.

در این پایان نامه کنترل توان لحظه ای در سیستم های تولید پراکنده ی تک فاز مورد بررسی قرار می گیرد. برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه از مبدل های الکترونیک قدرت استفاده می شود. این اتصال به ساختار کنترلی مناسب به منظور انتقال بدون اختلال توان نیاز دارد. با توجه به نوع شبکه متصل به این منابع و سطح توان آن ها، مبدلهای تک فاز نیز برای اتصال کاربرد فراوانی یافته اند. توان AC با مقایسه مقادیر توان های اکتیو و راکتیو شبکه با مقادیر مرجع مورد نظر و توسط کنترل جریان تزریقی به شبکه قابل کنترل است. کنترل‌کننده جریان در این ساختارها عموما یک کنترل کننده تناسبی انتگرالی ویا رزونانسی است. لازمه‌ی کنترل توان AC، محاسبه توان های اکتیو و راکتیو است که در سیستم‌های تک فاز شامل فیلترکردن و شیفت فاز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد و بنابراین به عملگر شیفت فاز نیاز دارد. علاوه بر چالش های موجود در زمینه دقت و کیفیت عملکرد عملگر شیفت فاز، دینامیک های سیستم سرعت و حاشیه پایداری سیستم کنترل را کاهش می دهند. با استفاده از کنترل کننده ی توان لحظه‌ای نیازی به محاسبه‌ی توان‌های اکتیو و راکتیو نیست که باعث ساده‌تر شدن کنترل‌کننده نیز می‌شود. توان لحظه ای در سیستم تک فاز برخلاف سیستم سه فاز که تنها یک مولفه DC دارد، شامل یک مولفه DC و یک مولفه AC با فرکانس دو برابر است. برای تعیین فرکانس و زوایای ولتاژ و جریان به منظور بکارگیری در ساختار کنترل توان لحظه‌ای، از حلقه‌ی قفل شده در فاز استفاده می‌شود. در این تحقیق اثر استفاده از ساختارهای حلقه قفل شده در فاز به منظور افزایش دقت تخمین ها در ساختار کنترل کننده ی توان لحظه ای مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بهبود پاسخ گذرای کنترل کننده ی رزونانسی و حلقه ی قفل فاز روش جدیدی از تخمین بر پایه ی انتگرال گیر دامنه ارائه شده است. همچنین از تنظیم کننده درجه دوم خطی اصلاح شده برای طراحی بهینه ی پارامترهای کنترل کننده ی توان با هدف کاهش خطای تعقیب توان لحظه‌ای استفاده شده است. شبیه سازی‌های این پایان‌نامه در شرایط کاری مختلف برای روش پیشنهادی و روش های معمول کنترل توان سیستم‌های تک فاز انجام گرفته است. شبیه‌سازی‌ها نشان‌دهنده‌ی افزایش سرعت پاسخ دینامیکی، بهبود پاسخ های گذرا و همچنین استحکام سیستم در برابر وقوع اختلالاتی مانند خطای شبکه و هارمونیک‌ها است. کلمات کلیدی: 1- کنترل توان لحظه ای 2- حلقه قفل شده در فاز 3- انتگرال گیر دامنه 4- تنظیم کننده‌ی خطی مرتبه دوم در این پایان نامه کنترل توان لحظه ای در سیستم های تولید پراکنده ی تک فاز مورد بررسی قرار می گیرد. برای اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه از مبدل های الکترونیک قدرت استفاده می شود. این اتصال به ساختار کنترلی مناسب به منظور انتقال بدون اختلال توان نیاز دارد. با توجه به نوع شبکه متصل به این منابع و سطح توان آن ها، مبدلهای تک فاز نیز برای اتصال کاربرد فراوانی یافته اند. توان AC با مقایسه مقادیر توان های اکتیو و راکتیو شبکه با مقادیر مرجع مورد نظر و توسط کنترل جریان تزریقی به شبکه قابل کنترل است. کنترل‌کننده جریان در این ساختارها عموما یک کنترل کننده تناسبی انتگرالی ویا رزونانسی است. لازمه‌ی کنترل توان AC، محاسبه توان های اکتیو و راکتیو است که در سیستم‌های تک فاز شامل فیلترکردن و انتقال فاز می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌باشد و بنابراین به عملگر شیفت فاز نیاز دارد. علاوه بر چالش های موجود در زمینه دقت و کیفیت عملکرد عملگر انتقال فاز، دینامیک های سیستم سرعت و حاشیه پایداری سیستم کنترل را کاهش می دهند. با استفاده از کنترل کننده ی توان لحظه‌ای نیازی به محاسبه‌ی توان‌های اکتیو و راکتیو نیست که باعث ساده‌تر شدن کنترل‌کننده نیز می‌شود. توان لحظه ای در سیستم تک فاز برخلاف سیستم سه فاز که تنها یک مولفه DC دارد، شامل یک مولفه DC و یک مولفه AC با فرکانس دو برابر است. برای تعیین فرکانس و زوایای ولتاژ و جریان به منظور بکارگیری در ساختار کنترل توان لحظه‌ای، از حلقه‌ی قفل شده در فاز استفاده می‌شود. در این تحقیق اثر استفاده از ساختارهای حلقه قفل شده در فاز به منظور افزایش دقت تخمین ها در ساختار کنترل کننده ی توان لحظه ای مورد بررسی قرار گرفته است. به منظور بهبود پاسخ گذرای کنترل کننده ی رزونانسی و حلقه ی قفل فاز روش جدیدی از تخمین بر پایه ی اصلاح انتگرال گیر تعمیم یافته مرتبه دوم ارائه شده است. همچنین از تنظیم کننده درجه دوم خطی اصلاح شده برای طراحی بهینه ی پارامترهای کنترل کننده ی توان با هدف کاهش خطای تعقیب توان لحظه‌ای استفاده شده است. شبیه سازی‌های این پایان‌نامه در شرایط کاری مختلف برای روش پیشنهادی و روش های معمول کنترل توان سیستم‌های تک فاز انجام گرفته است. شبیه‌سازی‌ها نشان‌دهنده‌ی افزایش سرعت پاسخ دینامیکی، بهبود پاسخ های گذرا و همچنین استحکام سیستم در برابر وقوع اختلالاتی مانند خطای شبکه و هارمونیک‌ها است. کلمات کلیدی: 1- کنترل توان لحظه ای 2- حلقه قفل شده در فاز 3- SOGI-FLL 4- تنظیم کننده‌ی خطی مرتبه دوم