طراحی کنترلر فاز با استفاده از مدل میانگین جبرانساز استاتیکی

فهرست

فصل اول

مقدمه..................2

فصل دوم

2-1- جبران سازهای استاتیکی توان راکتیو (SVC ،STATCOM) ]1[6

2-1-1- جبران ساز توان راکتیو استاتیکی (SVC) ]2[7

2-1-1-1- شرایطی عمومیSVC ]2[8

2-1-1-2- مهمترین کاربردهای SVC]1[9

2-1-1-3-رایج ترین انواع SVC]1[9

2-1-2- جبران کننده سنکرون استاتیکی (STATCOM) ]1[10

2-1-2-1-مهمترین کاربردهای STATCOM [1]16

2-1-2-2- مزایای STATCOM]3[16

2-1-2-3- توان مصرفی در حضور STATCOM]4[16

2-1-2-4- تلفات در حضور STATCOM]4[17

2-1-2-5- روش های کنترل STATCOM... 18

2-1-3- مقایسه STATCOM و SVC ]1[18

2-1-3-1- مقایسه STATCOM با SVC درحالتخطا ]2[21

2-2- بررسی روش های کنترل STATCOM... 22

2-2-1- طرحهای کنترلی جبرانساز استاتیکی سنکرون (STATCOM)25

2-2-1-1- کنترل با ولتاژ DC ثابت... 25

2-2-1-2- کنترل بوسیله ی زاویه فاز. 29

2-2-2- روشهای کنترل STATCOM مبتنی بر مدل.. 31

2-2-2-1- مدل DQ 31

2-2-2-1-1- کنترل PI41

2-2-2-1-2- روش جایابی قطب... 43

2-2-2-1-3-رگولاتور درجه دوم خطی (LQR)45

2-2-2-2- مدل متوسط.. 46

2-2-3- روشهای کنترل STATCOM مستقل از مدل.. 47

2-2-3-1- کنترل PI استاتیک... 47

2-2-3-2- روش کنترل جریان هیسترزیس... 48

2-2-3-3- شبکه های عصبی و فازی.. 50

2-3- مدولاسیون...............53

2-3-1- کاربرد مدولاسیون.. 53

2-3-2- انواع مدولاسیون ها57

2-3-2-1- مدولاسیون پهنای پالس (PWM)57

2-3-2-1-1- روشهای ایجاد سیگنال PWM]5[57

2-3-2-2-مدلاسیونSPWM... 59

2-3-2-2-1-انواع مدولاسیون SPWM... 60

فصل سوم

3-1- اینورتر منبع ولتاژی(VSI) سه ساق.. 65

3-2- مدولاسیون فضای برداری (SVM)68

3-2-1- مدولاسیون فضای برداری(SVM) بر مبنای VSI سه ساق.. 70

3-2-2- طرحهای مختلف مدولاسیون فضای برداری (SVM)75

3-2-2-1- توالی راستگرد (SVM1)76

3-2-2-2- توالی متقارن (SVM2)76

3-2-2-3- توالی بردار صفر متغیر (SVM3)77

3-2-2-4- توالی بیشترین جریان بدون سوئیچینگ (SVM4)78

3-3- حالت اشباع SVPWM]7[78

3-4- روش کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 81

-1-4-3 متوسط گیری از STATCOM... 81

3-5- مدولاتور SVM برای مدل متوسط STATCOM... 87

3-5-1- توابع سیکل وظیفه مدل متوسط براساس مدولاسیون SVM... 88

فصل چهارم

4-1- مقایسه کنترل مبتنی بر مدل متوسط و کنترل هیسترزیس ( نتایج شبیه سازی)93

فصل پنجم

5-1- کنترل حلقه بسته STATCOM به وسیله مدل متوسط مبتنی بر SVM (شبیه سازی)103

5-2- سیستم کنترلی جدید STATCOM با مدولاتور SVM بر مبنای مدل متوسط.. 105

5-3- نتایج شبیه سازی.. 107

نتیجه گیری و پیشنهادات.. 119

منابع و مراجع...................121

فهرست تصاویر

شکل2-1- خصوصیات ترمینال هایSVC ]2[8

شکل 2-2- ساختار پایه SVC ]2[9

شکل 2-3- انواع SVC ]1[10

شکل 2‑4- الف) نمای تکخطی از یک جبرانساز استاتیکی سنکرون متصل به شبکه AC به صورت موازی از طریق یک ترانسفورماتور ب) مدل مداری قسمت الف 13

شکل 2‑5- مشخصه ولتاژ – جریان STATCOM... 15

شکل 2-6- ساختار پایه STATCOM]2[15

شکل2-7- توان مصرفی در حضور STATCOM]4[17

شکل2-8- تلفات در حضور STATCOM]4[17

شکل 2-9- مقایسهمشخصه (I-V)SVC و STATCOM... 18

شکل 2-10- نتیجه شبیه سازی اسیلوسکوپ [2]21

شکل 2‑11- بلوک دیاگرام سیستم کنترل STATCOM [31]23

شکل 2‑12- بلوک دیاگرام جبرانساز استاتیکی سنکرون با طرح کنترلی ولتاژ DC ثابت با استفاده از کنترلر PI[27]28

شکل2‑13- بلوک دیاگرام جبرانساز استاتیکی سنکرون با طرح کنترل زاویه ی فاز با استفاده از کنترلر PI [27]30

شکل 2‑14- مدار معادل STATCOM... 32

شکل 2‑15- مشخصه ی حالت ماندگار STATCOM برحسب α.. 36

شکل 2‑16- یک باس سیستم انتقال به همراه STATCOM... 39

شکل 2‑17- بلوک دیاگرام کنترلر PI [16]42

شکل 2‑18- بلوک دیاگرام کنترل به روش جایابی قطب [33]45

شکل 2-19- کنترلکننده PI استاتیک... 48

شکل 2-20 - بلوک دیاگرام کنترل کنندها هیسترزیس... 48

شکل 2-21- بلوک شماتیک کنترلکننده فازی.. 51

شکل 2-22- مقایسه سطح کنترلی: فازی(شکل سمت راست) و PI52

شکل2-23- مدار منبع تغذیه DCونمایش در مد تضعیف کنندگی.. 54

شکل2-24- مدار منبع تغذیه DCدر مد بدون تاثیر. 55

شکل2-25- مدار منبع تغذیه DCدر مد تقویت کننده. 56

شکل2-26- شکل موج مدولاسیون عرض پالس (PWM)57

شکل2-27- اصول کارکرد SPWM]5[59

شکل2-28- نحوه تولید شکل موج توسطSPWM]5[59

شکل2-29- SPWM اشباع شده ]5[60

شکل2-30- مدولاسیون sr]5[61

شکل2-31- مدولاسیون U-SPWM]5[62

شکل 2-32- نحوه تولید و سیگنال SPWM بدست آمده ازروش ]5[63

شکل 3-1- توپولوژی یک VSI سه ساق.. 65

شکل 3-2- هشت آرایش مختلف VSI سه ساق.. 66

شکل 3-3- الف- آرایش pnn مربوط به VSI سه ساق.. 71

شکل 3-3- ب- ولتاژ خط در فضای برای آرایش pnn مربوط به VSI سه ساق.. 71

شکل 3-4 - بردارهای ولتاژ خط غیرصفر در فضای .. 71

شکل 3-5- الف- آرایش ppp و nnn مربوط به VSI سه ساق.. 72

شکل 3-5-ب- ولتاژهای خط در فضای برای آرایشهای ppp و nnn مربوط به VSI سه ساق.. 72

شکل 3-6-الف- ولتاژ خروجی مطلوب VSI در میان SSV.. 73

شکل 3-6-ب- ارتباط ولتاژ خروجی مطلوب VSI و ولتاژهای خط.. 73

شکل 3-7 - بردار ولتاژ خروجی مطلوب VSI در ناحیه 1. 74

شکل 3-8 - طرح مدولاسیون توالی راستگرد (SVM1)76

شکل 3-9 - طرح مدولاسیون توالی متقارن(SVM2)77

شکل 3-10- طرح مدولاسیون توالی بردار صفر متغیر (SVM3)77

شکل 3-11- طرح مدولاسیون توالی بیشترین جریان بدون سوئیچینگ (SVM4)78

شکل3-12- دایره محاط از 6 بردار پایه ]7[79

شکل3-13-Over-modulation در SVM]7[79

شکل3-14- خط سیر از سه ولتاژ متفاوت بردار های مرجع ]7[80

شکل3-15- فاز ولتاژ بردارهای مرجع ]7[80

شکل3-16- نمایش جزئیات شکل(3-15) ]7[80

شکل3‑17- STATCOM متصل به شبکه قدرت.. 81

شکل 3‑18- مدل مداری متوسط STATCOM... 85

شکل 3-19- کنترل STATCOM با مدولاسیون SPWM و استفاده از مدل متوسط.. 87

شکل 3-20- بردار ولتاژ مرجع بین بردارهای حالت سوئیچینگ... 88

شکل 4-1- STATCOM متصل به سیستم قدرت با حضور بار محلی.. 93

شکل 4-2- رفتار متغیرهای حالت سیستم واقعی و مدل متوسط برای الف- ولتاژDC ب- Ias ج- Vas. 96

شکل 4-3- رفتار متغیرهای حالت سیستم واقعی و مدل متوسط برای الف – ولتاژ DC ب- Ias ج- Vas. 98

شکل 4-4- رفتار متغیرهای حالت مدل واقعی و مدل متوسط STATCOM به ازای تغییر به در t=1sec الف – ولتاژ DC ب- Ias ج- Vas 100

شکل 5-1- STATCOM متصل به سیستم قدرت با حضور بار محلی.. 105

شکل 5-2- سیستم کنترلی STATCOM براساس مدل dq.. 106

شکل 5-3- سیستم کنترلی جدید STATCOM بر مبنای مدل متوسط.. 107

شکل 5-4- تامین توان راکتیو 100 Kvar توسط STATCOM با کنترلر مبتنی بر مدل متوسط.. 108

شکل 5-5- رفتار متغیر کنترلی در تامین توان راکتیو 100KVar توسط STATCOM با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 110

شکل 5-6- جریان خروجی STATCOM در تامین توان راکتیو 100KVar با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 111

شکل 5-7- ولتاژ خروجی مبدل STATCOM در تامین توان راکتیو 100KVar با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 111

شکل 5-8- توان اکتیو خروجی STATCOMدر تامین توان راکتیو 100KVar با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 111

شکل 5-9- توان راکتیو کشیده شده از شبکهدر تامین توان راکتیو 100KVar با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط.. 112

شکل 5-10- تغییرات زاویه