طراحی کنترل کننده HC-PMR با جبرانساز هارمونیکی مبتنی بر توالی مثبت، منفی و صفر ولتاژ- جریان در سیستم های خورشیدی (On-Grid)

با ادغام منابع تولید پراکنده و تجدیدپذیر بخصوص نیروگاه های خورشیدی، شاهد پیدایش مشکلاتی در زمینه کیفیت توان شبکه های توزیع هستیم. نیروگاه های خورشیدی نمیتوانند به صورت مستقیم به شبکه های توزیع متصل شوند، بنابراین از مبدلهای استاتیکی DC-AC جهت اتصال آنها به شبکه AC استفاده میگردد. در طراحی مبدلهای استاتیکی سیستمهای خورشیدی متصل به شبکه، ردیابی حداکثر توان، دستیابی به راندمان بالا، کنترل میزان توان اکتیو و راکتیو تزریقی به شبکه و کاهش اعوجاج هارمونیکی جریان تزریقی از اولویت بالایی برخوردار هستند؛ بنابراین عملکرد مبدل استاتیکی شبکه تاحدود زیادی به سیستم کنترلی آن بستگی دارد. هارمونیکهای ولتاژ و جریان تولید شده توسط مبدلهای استاتیکی DC-AC در نیروگاه های خورشیدی و انتشار این هارمونیکها در طول شبکه توزیع، باعث ایجاد اختلالاتی از قبیل افزایش تلفات هارمونیکی در طول خطوط و ترانسفورماتورها، سوختن خازن های جبرانساز توان راکتیو و عملکرد نامناسب تجهیزات حفاظتی و کنترلی میگردد. برای حذف و یا کاهش میزان هارمونیکهای تولیدی در خروجی مبدلهای استاتیکی از فیلترهای L، LC و LCL استفاده میگردد؛ فیلترهای LCL در مقایسه با سایر فیلترها توانایی سرکوب هارمونیکهای بیشتری را دارند. با این حالت به علت ایجاد پیک تشدید در فیلترهای LCL ممکن است بیثباتی در کل سیستم ایجاد شود. روشهای کنترل مبدلهای استاتیکی شبکه مبتنی بر روش کنترلی عملکرد کند حلقه بیرونی و عملکرد سریع حلقه درونی است. کنترل حلقه درونی میتواند از طریق کنترل ولتاژ و یا کنترل جریان حاصل شود. کنترل جریان نقش بسزایی در مبدلهای استاتیکی متصل به شبکه توزیع را دارد، بنابراین طراحی کنترل کننده مناسب تاثیر بسزایی در پایداری سیستم دارد . با این حال، وجود انحراف ولتاژ یا رفتار غیرخطی در حلقه کنترلی ولتاژ و جریان مبدلهای استاتیکی سیستمهای خورشیدی متصل به شبکه توزیع باعث ایجاد هارمونیکهای فرکانس پایین (۰-۲KHz) میشود. کنترل کننده های فعلی ولتاژ و جریان در توالی مثبت بکار گرفته میشوند که باعث ایجاد مشکلاتی در زمینه کیفیت توان هستند. در این مقاله سعی شده است با در نظر گرفتن پایداری مبدل استاتیکی شبکه، برای جبرانسازی و حذف هارمونیکهای فرکانس پایین ولتاژ و جریان در نقطه اتصال مشترک (PCC) از کنترل کننده های تناسبی چند رزنانسی با جبرانساز هارمونیکی HC-PMR مبتنی بر توالی مثبت، منفی و صفر در محور دوفازه  استفاده گردد. کنترل کننده توالی صفر پیشنهادی همراه با کنترل کننده توالی مثبت و منفی بهبود یافته، ترکیبی از عملکرد پیشرو و پسرو استفاده میکند تا به طور جداگانه و مستقل کنترل مولفه های توالی مثبت، منفی و صفر ولتاژ و جریان را با سیگنال مرجع مربوطه کنترل کنند. علاوه براین در روش پیشنهادی، امکان استفاده از هر دو حالت ضریب توان پیش فاز و پس فاز جهت کنترل بیش بود و کمبود ولتاژ در نقطه PCC وجود دارد. کنترل ولتاژ PCC با استفاده از ولتاژ مرجع توالی منفی و صفر انجام خواهد شد. در توالی مثبت و منفی و صفر ولتاژ و جریان از کنترل کننده HC-PMR استفاده شده است. شبیه سازی در محیط Matlab/Simulink و به صورت Real-Time انجام شده است. روش پیشنهادی با دو روش کنترل جریان PI و کنترل ولتاژ و جریان PI مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی میزان اعوجاج کلی هارمونیکی جریان شبکه از ۷.۶ درصد به ۱.۵۶ درصد و میزان اعوجاج کلی هارمونیکی ولتاژ از ۱.۴۱ درصد به ۱.۳درصد کاهش یافته است.

Keywords:

نیروگاه خورشیدی , انتشار هارمونیکی , کنترل ولتاژ و جریان , کنترل تناسبی چند رزنانسی , جبرانساز هارمونیکی