کنترل اینورتر چندسطحی جهت اتصال منابع فتوولتاییک به شبکه توزیع به منظور بهبود کیفیت توان

تولید انرژی الکتریکی یکی از پایه های اساسی قدرت اقتصادی هر کشوری محسوب می شود. لذا افزایش تولید این نوع از انرژی در چند دهه ی اخیر مورد توجه بسیاری قرار گرفته است. در این بین دستیابی به تکنولوژی های پیشرفته و بکارگیری منابع انرژی های پاک در تأمین انرژی مورد نیاز بشر، تأثیر چشمگیری داشته است ]1[. در میان این نوع از منابع، به سبب سهولت دسترسی، انرژی خورشیدی موقعیت مناسبی را به خود اختصاص داده است. از طرفی این امر زمانی اهمیت بیشتری پیدا می کند که در نظر داشته باشیم انرژی تابشی خورشید با استفاده از سیستم های فتوولتائیک (pv ) ، به طور مستقیم و بدون نیاز به فرایندهای واسطه، به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. برای اتصال سیستم های فتوولتائیک به شبکه های قدرت، یک واحد مبدل الکترونیک قدرت که واسط بین شبکه و سیستم pv می باشد مورد نیاز است. در این میان استفاده از اینورترهای چند سطحی رشد چشمگیری در کاربردهای توان بالا را به خود اختصاص داده اند. نخستین مطالعات بر روی اینورترهای چندسطحی در سال1981 توسط پژوهشگران صورت پذیرفت. در این مطالعه که محققین تمرکز خود را بر روی اینورترهای سه سطحی قرار داده بودند، سطح سوم سیگنال توسط نقطه خنثی در لینک dc حاصل شده است. ساختار مورد بررسی در این مقاله تحت عنوان دیود کلمپ معرفی گردیده است]2 [. در سالهای اخیر اینورترهای چندسطحی در ناحیه کاربردی توان بالا و توان متوسط، به سبب مزایای متنوع آنها از قبیل پایین بودن ولتاژ مد مشترک ، کم بودن استرس ولتاژ در کلیدهای قدرت و همچنین نرخ پایین تر dv/dt به موجب ایجاد هارمونیک ولتاژ و جریان کمتر در خروجی، توجه محققین را به سوی خود جلب کرده است. در صورت مقایسه ساختار اینورترهای دو سطحی با نمونه های چندسطحی، می توان به فرکانس کلیدزنی پایین تر در اینورترهای چند سطحی اشاره کرد. رایج ترین کاربردهای حاضر در زمینه اینورترهای چند سطحی را می توان در درایو موتورهای القایی، یکسوسازهای اکتیو، فیلترها، منابع انرژی تجدیدپذیر، ادوات facts و نیز جبران کننده های استاتیکی مشاهده کرد. اینورترهای دیود کلمپ خصوصاً توپولوژی سه سطحی آن، در قیاس با سایر انواع ساختارهای اینورترهای چندسطحی، از عمومیت بیشتری در اتصال منابع انرژی نو به شبکه برخوردار می باشند. از جمله دلایل عمده استفاده از این اینورترها می توان به بهبود شکل موج خروجی ولتاژ، کاهش شاخص هارمونیکی و افزایش توان نسبی آنها در مقایسه با نوع دوسطحی اشاره کرد[3]. به منظور کنترل جریان این مبدل ها استراتژی های سوئیچینگ متفاوتی مطرح شده که در حال حاضر مدولاسیون مبتنی بر موج حامل و مدولاسیون بردار فضایی (svm) به عنوان محبوبترین و متداولترین استراتژیهای کنترلی برای اینورترها بکار گرفته می شوند[4]. روند کنترلی منابع انرژی تجدیدپذیر می تواند از طرق مختلفی صورت گیرد. به طور مثال برای استخراج توان ماکزیمم از سلول های خورشیدی می توان از روش های منطق فازی، شبکه های عصبی، کنترل کننده های دیجیتالی و غیره استفاده کرد[6-5]. جهت استفاده هر چه بیشتر از سلول های خورشیدی می توان ضریب قدرت سیستم را توسط خطی سازی فیدبک ورودی-خروجی کنترل کرد که این کار به استخراج ماکزیمم توان از سلول های خورشیدی کمک می-کند[7]. امروزه سیستم های فتوولتاییک متصل به شبکه طرفدار بیشتری نسبت به سیستم های مستقل از شبکه دارند که یکی از دلایل عمده این استقبال عدم نیاز به باتری های بزرگ و پرهزینه می باشد که تعمیر و نگهداری آنها مشکل است. همچنین در نظر گرفتن شاخص های کیفیت توان در سیستم های مستقل از شبکه مشکل تر می باشد[8]. از محبوبترین نوع اینورترهای چند سطحی می توان به نوترال پوینت کلمپ (npc) اشاره کرد که از آن می توان در راه اندازی توربین های بادی، سلول های خورشیدی و سایر منابع انرژی نو استفاد کرد. در این راستا برای کنترل مبدل سمت شبکه می توان از یک فیلتر(lcl)، و دو کنترل کننده برای دسترسی به تنظیم جریان های شبکه استفاده کرد. کنترل کننده اول بر پایه تنظیم از نوع pi می باشد و دومی از نوع درجه دو گوسی (lqg)، می باشد که هدف از اجرای این کنترل کننده ها بهبود تکنیک های مدولاسیون است که کاهش هارمونیک ها و در نتیجه بهبود کیفیت توان را به دنبال خواهد داشت[9]. هدف اصلی این پایان نامه کنترل اینورتر سه سطحی جهت اتصال منابع انرژی تجدیدپذیر (سلول های خورشیدی) به شبکه توزیع می باشد. اینورتر سه سطحی بکار گرفته شده بایستی علاوه بر تزریق توان تولیدی فتوولتاییک ها، قابلیت جبران سازی نامتعادلی بار و هارمونیک ها را از دید شبکه سه فاز داشته باشد. به منظور کنترل اینورتر سه سطحی از روش مدولاسیون بردار فضایی به منظور بهبود شاخص های کیفیت توان استفاده شده استفاده شده است که این روش به دلیل توانایی بالا جهت سوئیچینگ اینورتر باعث بهبود کیفیت توان می شود.