پردازش کیفیت توان را می‌توان به دو دسته طبقه بندی کرد: پردازش کیفیت توان پسیو و پردازش کیفیت توان اکتیو. پردازش کیفیت توان پسیو شامل مدارهای قدرت کنترل نشده یا با کنترل محدود مانند فیلترهای پسیو تنظیم شده برای کاهش هارمونیک، بانک خازنی برای جبران توان راکتیو و تپ ترانسفورماتور برای اصلاح ولتاژ sag می‌باشد [۳]. پردازش کیفیت توان اکتیو شامل مدارهای الکترونیک قدرت با کارایی بالا می‌باشد که از اجزایی پسیو، کلیدهای قدرت و کنترل‌کننده‌ها ساخته شده‌اند. پردازش کیفیت توان بر اساس عملکرد به دو گروه تقسیم می‌شود. گروه اول شامل فیلترهای فعال هستند که برای کاهش مشکلات هارمونیکی طراحی شده‌اند. این گروه شامل فیلتر اکتیو سری (SAF)^[5]، فیلتر اکتیو موازی (PAF)^[6] و فیلتر اکتیو هیبرید هستند [۶],[۷],[۸]. گروه دوم شامل مدارهای الکترونیک قدرت می‌باشد که برای اصلاح تغییرات ولتاژ منبع طراحی شده‌اند و در آنها از تنظیم کننده‌های ولتاژ بر پایه تغییر دهنده تپ تریستوری استفاده می‌شود، که می‌توان از آن‌ها UPS و بازیابی ولتاژ دینامیکی (DVR)^[7] را نام برد [۳],[۹],[۱۰]. واحد پردازش کیفیت توان (UPQC)^[8] از اتصال پشت به پشت فیلتر اکتیو سری و فیلتر اکتیو موازی تشکیل شده است که برای حل مشکلات ناشی از منبع و بار مورد استفاده قرار می‎گیرد [۱۱] و در نتیجه می‌توان آن‌را یک راه حل عمومی برای مشکلات کیفیت توان در نظر گرفت.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

فیلتر اکتیو موازی به صورت موازی به شبکه متصل می‌شود. همانطور که در شکل ۲-۱ مشاهده می‌کنید بار R_L جریان هارمونیکی از منبع می‌کشد در نتیجه جریان منبع نامتقارن می‌شود که برای جبران آن، جریان I_F به مدار تزریق می‌گردد. با این حال فیلتر اکتیو موازی برای بارهای که از نوع منبع ولتاژ هارمونیکی هستند، مانند یکسوساز دیودی با خازن DC مناسب نیست زیرا امپدانس بار (در مقایسه با منبع) بسیار کم است. برای اینگونه بارها از فیلتر اکتیو سری استفاده می‌گردد. آرایش فیلتر سری را در شکل ۳-۱ می‌بینید. فیلتر اکتیو سری یک ولتاژ جبران کننده سری بین منبع و بار تزریق می‌کند به طوری که هارمونیک ولتاژ از بین رفته و هارمونیک‌های جریان حذف گردند [۵],[۶].

شکل ۱-۲ : بلوک دیاگرام اتصال فیلتر اکتیو موازی به شبکه.

شکل ۱-۳ : بلوک دیاگرام اتصال فیلتر اکتیو سری به شبکه.
DVR تنها قادر به جبران مؤلفه اصلی ولتاژ بار می‌باشد. از آنجایی که توپولوژی مدار SAF و DVR یکسان است، می‌توان با اضافه کردن الگوریتم کنترل مؤلفه اصلی ولتاژ به سیستم کنترلی SAF، علاوه بر اصلاح هارمونیک، تغییرات ولتاژ را نیز اصلاح کرد. بنابراین می‌توان از SAF به عنوان یک راه حل برای مشکلات کیفیت توان مربوط به منبع و بار استفاده کرد [۱۲],[۱۳],[۱۴]. در این پایان نامه از SAF استفاده شده است. بنابراین، توپولوژی، کنترل‌کننده‌ها و عملکرد SAF را مورد بررسی قرار می‌دهیم.
۱-۲- فیلتر اکتیو سری
فیلتر اکتیو سری ولتاژ هارمونیکی بار غیر‌خطی و منبع را از یکدیگر جدا کرده و مانع عبور جریان هارمونیکی می‌گردد، همچنین ولتاژ بار را در برابر تغییرات ولتاژ منبع ثابت نگه می‌دارد. توپولوژی مدار قدرت و سیستم کنترلی فیلتر اکتیو سری در شکل ۱-۴ نشان داده شده است.
مدار قدرت فیلتر اکتیو سری با توجه به تکفاز و یا سه‌فاز بودن طراحی می‌گردد ولی در کل بلوک‌های اصلی هر دو حالت یکسان است. همانطور که در شکل ۱-۴ می بینید بلوک‌های اصلی مدار شامل اینورتر منبع ولتاژ (VSI)^[9]، فیلتر ریپل سویچینگ (SRF) ^[۱۰]و ترانسفورماتور تزریق سری (SIT)^[11] می‌باشد. عملکرد هر یک از بلوک‌ها در زیر توضیح داده شده است.
اینورتر منبع ولتاژ، برای تولید ولتاژ مرجع از مدولاسیون عرض پالس استفاده می‌کند. بدین ترتیب خروجی اینورتر ولتاژ مستطیل شکل با فرکانس بالا می‌باشد. پایانه‌های خروجی VSI به SRF متصل می‌شود تا اجزایی فرکانس بالای مدولاسیون که در خروجی VSI وجود دارند فیلتر شوند‌. ایزولاسیون بین VSI و سیستم منبع- بار از طریق SIT ایجاد می‌شود. با ایجاد ایزولاسیون می‌توان برای فیلتر اکتیو سری تکفاز (SPSAF)^[12] و فیلتر اکتیو سری سه‌فاز (TPSAF)^[13] از یک باس DC مشترک، در باس DC اینورتر منبع ولتاژ استفاده کرد. سیستم کنترلی SAF از شش واحد اصلی تشکیل شده است. همانطور که در شکل ۱-۴ می‌بینید سیستم کنترلی SAF شامل کنترل‌کننده جداساز هارمونیک (HIC)^[14]، کنترل‌کننده مؤلفه اصلی (FCC)^[15]،کنترل‌کننده میرایی رزونانس (RDC)^[16]، مدولاتور عرض پالس (PWM)^[17] ،حلقه قفل شده در فاز (PLL)^[18] و استخراج هارمونیک/ مؤلفه اصلی (HFE)^[19] می باشد.

شکل ۱-۴ : مدار قدرت و سیستم کنترل SAF.
HIC برای جلوگیری از جاری شدن جریان هارمونیکی بین منبع و بار استفاده می‌شود و در آن با بهره گرفتن از جریان هارمونیکی خط (i_Sh) و ولتاژ هارمونیکی بار (V_Lh) سیگنال ورودی جهت تولید ولتاژ مرجع برای جداسازی هارمونیک تولید می‌شود. FCC برای جداسازی مشکلات مربوط به مؤلفه اصلی ولتاژ منبع و بار طراحی شده است. ورودی آن سیگنال مؤلفه اصلی ولتاژ بار و منبع (V_S1&V_L1)، و خروجی آن ولتاژ مرجع برای تنظیم ولتاژ بار می‌باشد. RDC با فیدبک گیری از جریان خازن (i_C) و میرا کردن رزونانس بین خازن و سلف باعث بهره برداری پایدار از SRF می‌شود. واحد PWM ولتاژهای مرجع تولید شده توسط الگوریتم‌های کنترلی را دریافت کرده و مجموع آنها را برای ساختن سیگنال‌های خاموش/ روشن برای سویچ‌های VSI تولید می‌کند. واحد PLL از ولتاژ منبع اطلاعات مربوط به زاویه فاز را استخراج می‌کند. زاویه فاز برای کنترل در قاب مرجع سنکرون (’de-qe’) نیاز است [۱۱],[۱۲],[۱۳].
عملکرد کنترل‌کننده به سرعت و دقت پردازش سیگنال تولیدی توسط HFE بستگی دارد. در این پایان نامه دو روش برای استخراج سیگنال در نظر گرفته شده است:روش مرسوم (CM)^[20] و روش مقدار مطلق (AVM)^[21]. در روش CM، پردازش سیگنال بر اساس فیلتر کردن پایین گذر یا بالا گذر (LPF / HPF)^[22] سیگنال در قاب مرجع سنکرون صورت می‌پذیرد [۱۵],[۱۶]. بنابراین، پهنای باند و دقت پردازش سیگنال بستگی به فرکانس قطع LPF (یا HPF ) دارد به طوری که با بیشتر شدن فرکانس قطع، پهنای باند وسیع‌تر شده و دقت کمتر می‌شود. در این پایان نامه، برای استخراج جریان هارمونیکی از روش CM استفاده شده است. بر خلاف استخراج جریان هارمونیک بار، برای استخراج هارمونیک و مؤلفه اصلی ولتاژ بار می‌توان از روش CM و AVM استفاده کرد. در روش AVM تجزیه هارمونیک و مؤلفه اصلی ولتاژ بار با پهنای باند بیشتر و دقت بالاتر نسبت به روش CM صورت می‌گیرد. به این ترتیب عملکرد HIC وFCC بسیار رضایت بخش می‌باشد.
۳-۱ محدوده پایان نامه
تمرکز اصلی این پایان نامه بر روی الگوریتم کنترلی می‌باشد. در این پایان نامه به تجزیه و تحلیل، طراحی وکنترل SPSAF و TPSAF برای جدا سازی هارمونیک ولتاژ تکفاز و سه‌فاز در بارهای غیر‌خطی و جدا سازی ولتاژ sag می‌پردازیم به طوری که جریان خط بدون هارمونیک و ولتاژ نیز به خوبی تنظیم گردد، در نتیجه سیستم قدرت در بالاترین سطح کیفیت توان نگه داشته می‌شود. بخش بیشتر این پایان نامه توسعه روش مقدار مطلق می‌باشد که در واحد HFE برای تجزیه ولتاژ بار استفاده می‌شود. در روش مقدار مطلق با بهره‌گیری از خاصیت هندسی شکل‌موج ولتاژ بار برای تجزیه سیگنال استفاده شده و مؤلفه اصلی و هارمونیکی ولتاژ بار خیلی سریع و دقیق استخراج می‌گردند، به طوری که عملکرد حالت پایدار و دینامیکی SAF نسبت به استفاده از روش مرسوم بهبودی قابل توجهی پیدا می‌کند. این روش برای SPSAF و TPSAF در کاربردهای شامل یکسوساز دیودی با خازن باس DC که بار به آن متصل شده است (بار V-type^[23] ) مناسب است. در این پایان نامه عملکرد SAF با بهره گرفتن از روش AVM و CM متمرکز شده و مقایسه بین آنها با بهره گرفتن از تئوری و شبیه سازی صورت گرفته است.
در این پایان نامه دو مدار SPSAF و TPSAF مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. مدار اول، مدار تکفاز است که در آن یک بار RC 2.5 کیلو وات از طریق یکسوساز دیودی به یک منبع ۲۲۰ ولت ۵۰ هرتز متصل شده است. مدار دوم، مدار سه فاز است که در آن یک بار RC، ۱۰ کیلو وات از طریق یکسوساز دیودی به یک منبع ۳۸۰ ولت ۵۰ هرتز متصل شده است. برای هر دو حالت از روش CM و AVM استفاده شده و به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته شده است.
الگوریتم پایان نامه به صورت زیر می باشد:
در فصل دوم مدار قدرت و الگوریتم کنترل برای SAF به طور کامل شرح داده می‌شود. سپس روش معمولی استخراج هارمونیک / مؤلفه اصلی بررسی شده و ویژگی‌های آن مورد بحث قرار می‌گیرد. سپس روش AVM مطرح می‌شود و جزئیات آن برای مدار تکفاز و مدار سه فاز مورد بحث قرار می‌گیرد. برای تکمیل این نظریه، ابتدا از مدل ساده شده سیستم SAF در فرکانس بالا و فرکانس پایین استفاده شده و کنترل‌کننده‌ها با بهره گرفتن از این مدل‌ها طراحی می‌شوند و سپس در فصل‌های بعد عملکرد روش پیشنهادی با روش مرسوم مقایسه شده است.
در فصل سوم، مدل ساده شده در فرکانس بالا و فرکانس پایین سیستم فیلتر اکتیو سری به طور جداگانه برای دو روش CM و AVM بدست می‌آیند. HIC و RDC توسط آنالیز مدل ساده شده فرکانس بالا طراحی می‌شوند. به همین ترتیب FCC با آنالیز مدل ساده شده فرکانس پایین طراحی شده است. علاوه بر این شبیه سازی برای مدل فرکانس پایین انجام شده و نتایج بدست آمده برای CM و AVM گزارش شده است.
در فصل چهارم، شبیه سازی کامپیوتری بر اساس قسمت‌های قبلی برای سیستم تکفاز و سه فاز انجام شده است. نتایج برای هر دو روش CM و AVM نشان داده شده است و برتری عملکرد SAF با AVM برای موارد تکفاز و سه‌فاز تایید شده است. با مقایسه این نتایج با نتایج شبیه سازی مدل فرکانس پایین می‌توان گفت مدل فرکانس پایین، مدل خوبی برای سیستم می‌باشد.
در فصل آخر خلاصه‌ای از قسمت‌های پایان نامه، نتیجه گیری و کارهای آینده داده شده است.
فصل دوم
فیلتر اکتیو سری
۲-۱- مقدمه
SAF راه حل الکترونیک قدرت برای حل مشکلات کیفیت توان مربوط به جریان هارمونیکی بار و تغییرات ولتاژ منبع می‌باشد، به طوری که ولتاژ هارمونیکی بین منبع و بار را جدا کرده و ولتاژ بار را تنظیم می کند.SAF بیشتر در بارهای غیرخطی از نوع منبع ولتاژ هارمونیکی کاربرد دارد [۵],[۶].در این پایان نامه، یکسوساز پل دیودی تکفاز و سه‌فاز با بار RC به عنوان بار V-type مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای بهبود کیفیت توان از فیلتر اکتیو سری استفاده شده است. مدار قدرت بار V-type به همراه مشخصه شکل‌موج ولتاژ بار و جریان خط آن برای حالت تکفاز و سه‌فاز در شکل ۲-۱ نشان داده شده‌اند.
تئوری، مدار قدرت و سیستم کنترل فیلتر اکتیو سری برای سیستم‌های تکفاز و سه‌فاز در این فصل توضیح داده شده‌ است. ابتدا تئوری فیلتر اکتیو سری تحت عنوان جداسازی هارمونیک و تنظیم ولتاژ بار مورد بحث قرار گرفته است. سپس اجزای مدار قدرت با توجه به قواعد طراحی برای هر جز شرح داده شده است و در نهایت، کنترل‌کننده‌های فیلتر اکتیو سری به گونه‌ای برای کنترل مدار قدرت تعریف می‌شوند که فیلتر اکتیو سری جریان هارمونیکی جاری شده بین منبع و بار غیر خطی را حذف کرده و مؤلفه اصلی ولتاژ بار را در برابر تغییرات ولتاژ منبع تنظیم نماید. به عنوان یک بخش بسیار مهم از الگوریتم کنترل یک فیلتر اکتیو سری، الگوریتم تجزیه سیگنال مورد توجه قرار گرفته شده و روش‌های تجزیه مؤلفه هارمونیکی و مؤلفه اصلی ولتاژ بار به صورت مفصل مورد بحث قرار می‌گیرد. سپس روش تجزیه سیگنال جدید AVM را شرح می‌دهیم.