طراحی کنترلر فاز با استفاده از مدل میانگین جبران ساز استاتیکی : پایان نامه ارشد برق قدرت

پایان نامه ای که به شما همراهان صمیمی فروشگاه دیجی لود معرفی میگردد از سری پایان نامه های جدید رشته برق و با عنوان طراحی کنترلر فاز با استفاده از مدل میانگین جبران ساز استاتیکی در 136 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده تحقیق طراحی کنترلر فاز با استفاده از مدل میانگین جبران ساز استاتیکی

شبکه های انتقال نیروی انعطاف پذیر (FACTS)، یکی از جنبه های انقلاب الکترونیک است که در همه زمینه های انرژی الکتریکی در حال وقوع می باشد. مفهوم  FACTS نخستين بار در سال 1988 توسط Hingorani   مطرح شد. گستره ادوات قدرت نیمه هادی های علاوه بر مزایای کلید زنی سریع و قابل اطمینان، با تکیه بر مفاهیم جدیدی از مدارها فرصت هایی را برای ارزشمند نمودن انرژی الکتریکی فراهم می‌کند. کمبود توان راکتیو در شبکه هاي قدرت سبب ایجاد افت ولتاژ، نوسانات ولتاژ، تلفات سیستم، کاهش ظرفیت انتقال توان، ناپایداری در سیستم و برهم خوردن پروفیل ولتاژ می‌شود. با توجه به گسترش و پیچیدگی شبکه هاي قدرت جبران سازهاي توان راکتیو به منظور جلوگیري از فروپاشی ولتاژ از اهمیت خاصی برخوردار هستند.

یکی از انواع تجهیزات نسل دوم ادوات S FACT که براي جبران سازي موازي در خطوط انتقال به کار می‌رود، جبران ساز استاتیکی سنکرون یا STATCOM است. امروزه با توجه به مزیت هاي STATCOM نسبت به نسل اول خود یعنی  SVC به کار می‌رود. جبرانساز ها که امروزه بطور کلی برای کنترل دینامیکی ولتاژ، امپدانس و زاویه فاز خطوط AC مورد استفاده قرار می‌گیرد، می‌تواند به چهار ترکیب اصلی دسته بندی گردد:

– کنترل کننده های سری

– کنترل کننده های سری- سری

– کنترل کننده های موازی (شنت)

– کنترل کننده های سری-موازی

مهمترین گزینه‌های پیشنهادی برای جبران سازی عبارتند از: نصب بانکهای خازنی ثابت، نصب بانکهای خازنی سوئیچ شونده، نصب جبران‌ساز وار استاتیکی SVC و جبران ساز وار فعال با استفاده از STATCOM؛ بهترین راه حل، استفاده از جبران‌ساز‌های موازی همچون SVC و STATCOM به علت داشتن مزایای بهتر نسبت به انواع دیگر جبرانساز ها می‌باشد. نتایج نشان  می‌دهد که اگر STATCOM و SVC در محل نصب شوند سبب افزایش پایداري ولتاژ شده و توانایی انتقال قدرت را افزایش می‌دهند. با توجه به اینکه STATCOM نسل دوم SVC می‌باشد دارای مزایای بیشتری نسبت به SVC است، در STATCOM توان راکتیو مبادله شده بدون استفاده از خازن های AC یا سلف فقط با کلیدزنی متعدد کانورترهای قدرت تامین می‌شود درصورتیکه در SVC توان مبادله شده با شبکه توسط خازن و سلف تامین می‌گردد. کنورتورهایی که امروزه در طراحی STATCOM به کار می رود بیشتر از نوع کنورتور منبع ولتاژ هستند. عملکرد و اساس کار SVC و STATCOM در بخش های بعدی به تفصیل شرح داده می‌شود. لازم به ذکر است که این کنورتورها با روش های مختلفی قابل کنترل می‌باشند، از قبیل کنترلر مبنی برجریان و یا ولتاژ که از خط نمونه گیری و بصورت فیدبک به کنترلر اعمال می‌کند. در این پایان نامه از روش کنترل ولتاژی استفاده شده است که کنترل بر روی زاویه فاز ولتاژ می‌باشد.

جبران ساز استاتیکی توان راکتیو

جبران ساز استاتیکی توان راکتیو (SVC) و جبران ساز استاتیکی سنکرون (STATCOM) مولد های استاتیکی توان راکتیو هستند، که در آنها خروجی بصورتی تغییر کرده است که پارامتر های مشخصی در سیستم های قدرت الکتریکی، حفظ یا کنترل گردد. یک مولد استاتیکی توان راکتیو ممکن است از نوع امپدانس راکتیو کنترل شده ( با بهره گیری از راکتورها و خازن های کنترل و سوئیچ شده با تریستور)  یا از نوع منبع ولتاژی ( با استفاده از کنورتور قدرت قابل سوئیچ شدن ) یا از نوع مختلط ( که ترکیبی از این اجزاء را استفاده می کند ) باشد. اگرچه اصول عملکرد این مولد های توان راکتیو بسیار متفاوت هستند و مشخصه I-V و تلفات در برابر توان راکتیو خروجی آنها و همچنین سرعت پاسخ و عرض باند فرکانس قابل حصول آنها کاملاً اختلاف دارند، همه آنها می‌توانند به طور کلی جبران سازی راکتیو شنت قابل کنترل را، با قابلیت های عملیاتی مشابه، در محدوده کاری خطی خود به نمایش گذارند. معنی این امر آن است که ساختار اساسی کنترل بیرونی که کارکرد عملیاتی جبران ساز را تعریف می‌کند و در نتیجه ورودی های مرجع را برای مولد توان راکتیو بدست می‌دهد، اساساً مستقل از نوع مولد توان راکتیو مورد استفاده، یکسان است. (توجه کنید که مولد توان راکتیو مبتنی بر کنورتور می‌تواند به یک ذخیره ساز انرژی مناسب مجهز شود تا جبران سازی راکتیو را ایجاد نماید؛ که در این صورت کنترل جبرانساز بایستی با حلقه های اضافی کنترل، جهت مدیریت تبادل توان حقیقی بین سیستم AC و کنورتور، تکمیل شود .)

هدف اولیه کاربرد جبران ساز استاتیکی  (این اصطلاح یا اصطلاح کوتاه تر جبرانساز به طور عمومی برای ارجاع به یک SVC و نیز یک STATCOM به کار خواهد رفت) در یک سیستم قدرت، افزایش قابلیت انتقال توان در یک شبکه انتقال مفروض، از نیروگاه تا بار است. از آنجا که جبران ساز های استاتیکی نمی‌توانند توان حقیقی تولید یا جذب کنند (صرف نظر از تلفات داخلی نسبتاً کم SVC و با فرض عدم ذخیره سازی انرژی برای STATCOM)، انتقال توان سیستم بصورت غیر مستقیم از کنترل ولتاژ تاثیرمی‌پذیرد. این مطلب به این معنی است که توان راکتیو خروجی (خازنی یا القایی) جبران ساز برای کنترل ولتاژ، در ترمینال های معین شبکه انتقال تغییر داده می‌شود، تا سیلان توان مطلوب در اعوجاج ها و شرایط اضطراری احتمالی سیستم حفظ شود. [1]

فهرست مطالب طراحی کنترلر فاز با استفاده از مدل میانگین جبران ساز استاتیکی

فصل اول

مقدمه…………….. 2

فصل دوم

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

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

2-1-1-1- شرایطی عمومی SVC  ]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 کاربردهاي STATCOM  [1] 16

2-1-2-2- مزایاي STATCOM ]3[ 16

2-1-2-3- توان مصرفي 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 در حالت خطا ]2[ 21

2-2- بررسی روش های کنترل STATCOM    22

2-2-1- طرحهای کنترلی جبران ساز 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 PI 41

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 عصبي و فازي   50

2-3- مدولاسیون…………… 53

2-3-1- کاربرد مدولاسیون  53

2-3-2- انواع مدولاسیون ها 57

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 مصرفي در حضور  STATCOM ]4[ 17

شکل2-8- تلفات در حضور  STATCOM ]4[ 17

شکل 2-9- مقایسه مشخصه (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 جبران ساز استاتیکی سنکرون با طرح کنترلی ولتاژ DC ثابت با استفاده از کنترلر  PI[27] 28

شکل2‑13- بلوک دیاگرام جبران ساز 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 دياگرام کنترل کنندها هيسترزيس    48

شکل 2-21- بلوک شماتيک کنترل کننده فازي   51

شکل 2-22- مقايسه سطح کنترلي: فازي(شکل سمت راست) و PI 52

شکل2-23- مدار منبع تغذیه DC و نمایش در مد تضعیف کنندگی   54

شکل2-24- مدار منبع تغذیه DC در مد بدون تاثیر  55

شکل2-25- مدار منبع تغذیه DC در 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 توسط SPWM ]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 STATCOM در تامین توان راکتیو 100KVar با سیستم کنترلی مبتنی بر مدل متوسط   111

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

شکل 5-10- تغییرات زاویه ? سیستم کنترل بر مبنای مدل متوسط   113

شکل 5-11- تغییرات توان راکتیو سیستم کنترل بر مبنای مدل متوسط   113

شکل 5-12- تغییرات جریان منبع سیستم کنترل بر مبنای مدل متوسط   114

شکل 5-13- تغییرات ولتاژ خروجی اینورتر سیستم کنترل بر مبنای مدل متوسط   115

شکل 5-14- جریان خروجی STATCOM با کنترلر مبتنی بر مدل متوسط   116

شکل 5-15- جریان خروجی STATCOM با کنترلر جریان هیسترزیس    116

شکل 5-16- تامین توان راکتیو -200 KVar توسط STATCOM با کنترلر مبتنی بر مدل متوسط   117

شکل 5-17- تامین توان راکتیو -200 KVar توسط STATCOM با کنترلر جریان هیسترزیس    117

فهرست جداول

نمودار 1-1- کلیه انواع کنترل کنندها 4

جدول 2-1- خلاصه ای از مهمترین تفاوت های SVC و STATCOM ]1[ 20

جدول 2-2- هزینه کنترل کننده های مختلف[2] 20

جدول 4-1- مقادیر پارامترهای سیستم شکل (4-1)

راهنمای خرید و دانلود فایل

برای پرداخت، از کلیه کارتهای عضو شتاب میتوانید استفاده نمائید.

بعد از پرداخت آنلاین لینک دانلود فعال و نمایش داده میشود ، همچنین یک نسخه از فایل همان لحظه به ایمیل شما ارسال میگردد.

در صورت بروز  هر مشکلی،میتوانید از طریق تماس با ما  پیغام بگذارید و یا در تلگرام با ما در تماس باشید، تا مشکل شما مورد بررسی قرار گیرد.

برای دانلود فایل روی دکمه خرید و دانلود  کلیک نمایید.