اثر مشخصه فرکانسی ترانسفورماتور حایل بر عملکرد فیلتر اکتیو موازی

چکیده : امروزه ظهور و توسعه طیف گسترده بارهای غیرخطی در میان دیگر مصرف کنندگان انرژی الکتریکی باعث شده است که عملاً حذف برخی از منابع تولیدکننده هارمونیک از شبکه های قدرت امری غیر ممکن و غیر منطقی به نظر برسد. در چنین شرایطی بکارگیری روشهایی برای جلوگیری از انتشار هارمونیکها در شبکه های قدرت، می تواند به عنوان یک راه حل مناسب درنظر گرفته شود. فیلترهای اکتیو از موثرترین تجهیزاتی هستند که می توان از آنها در این راستا و برای رفع مشکلات ناشی از انتشار هارمونیکها و بهبود مقوله کیفیت توان بهره برد. در این گزارش از میان توپولوژیهای مختلف و روشهای کنترلی متنوع فیلترهای اکتیو، ساختاری انتخاب شده است که در آن فیلتر به صورت موازی با شبکه قرار گرفته است. این فیلتر شامل یک مبدل vsi است که به صورت کنترل حلقه باز و بر اساس روش pwm، از طریق یک ترانسفورماتور حایل وظیفه تزریق جریان هارمونیکی جبرانساز را به شبکه بر عهده دارد. در بخش کنترلر این فیلتر، پس از پردازش سیگنال نمونه برداری شده از جریان بار غیرخطی، سیگنالی که شامل تمامی مولفه های هارمونیکی زاید جریان بار است، به عنوان مرجع سوئیچینگ در مبدل vsi بکارگرفته می شود. در این نوع کنترل، بر خلاف انتظار جریانی که از سمت فیلتر به شبکه تزریق خواهد شد، معادل سیگنال جریان هارمونیکی جبرانساز استخراج شده در بخش کنترل نخواهد بود. علت اصلی در بروز این مشکل رامی توان در تأثیر پاسخ فرکانسی ترانسفورماتور حایل مدار فیلتر اکتیو در تبدیل ولتاژ خروجی اینورتر به جریان تزریقی به شبکه جویا شد. در چنین شرایطی باید با پیش بینی رفتار ترانسفورماتور حایل، در مواجهه با مولفه های هارمونیکی ولتاژ خروجی اینورتر و تبدیل آنها به مولفه های هارمونیکی جریان، با اعمال یک اصلاح در سیگنال مرجع الگوی سوئیچینگ، عملکرد صحیح فیلتر اکتیو را حتی در شرایط کنترل حلقه باز تضمین نمود. اما از آنجائیکه بکارگیری ترانسفورماتور به عنوان مدار حایل در ساختار فیلتر اکتیو موازی، به دلیل مطلوب بودن عبور دایمی هارمونیکهای زاید از آن، در مقایسه با دیگر کاربردها متمایز می باشد؛ بنابراین شاید نتوان به سادگی از مدلهای مرسوم و شناخته شده در مقالات مختلف، به عنوان مدل ترانسفورماتور در این کاربرد خاص استفاده نمود. در این تحقیق برای استخراج مدل مطلوب ترانسفورماتور، از روشهای موجود در شناسایی رفتار یک سیستم بهره گرفته ایم. بکارگیری هر یک از روشهای شناسایی سیستم، مستلزم در اختیار داشتن مجموعه ای از اطلاعات ورودی و خروجی واقعی سیستم می باشد؛ لذا با طراحی و ساخت یک اینورتر تکفاز که قابلیت تولید ولتاژی با فرکانسهای مختلف (در محدوده کاری فیلتر اکتیو مورد نظر) را دارا است، و همچنین یک ترانسفورماتور آزمایشگاهی، ابتدا نتایج واقعی سیستم، که بیانگر رفتار ترانسفورماتور در تبدیل یک ولتاژ هارمونیکی به یک جریان هارمونیکی می باشد، اندازه گیری و ذخیره شده اند. در مرحله بعد، پس از دستیابی به یک شناخت و آگاهی کافی از مبانی تئوریک روشهای مختلف شناسایی یک سیستم و مقایسه تحلیلی بین آنها، به کمک نرم افزار matlab و مطابق با دسته ای از اطلاعات واقعی از سیستم، یک مدل مطلوب برای ترانسفورماتور حایل مدار فیلتر اکتیو استخراج شده است. در ادامه نیز موفق شده ایم به یک مدل معادل الکتریکی مناسب نیز دست یابیم، که به خوبی رفتار ترانسفورماتور را در این کاربرد خاص توجیه می نماید. در پایان نیز با در اختیار داشتن این مدل یک الگوی اصلاحی برای سیگنال مرجع پیشنهاد گردیده، که قادر است با اعمال تغییراتی در فرمان سوئیچینگ اینورتر، صحت عملکرد فیلتر اکتیو را تضمین نماید. نتایج متعدد شبیه سازیها نشان می دهد که فیلتر اکتیو در حضور این الگوی اصلاحی، با بروز رفتارهای استاتیکی و دینامیکی کاملاً مناسب، به خوبی می تواند از عهده وظایف خود در جبرانسازی هارمونیکی جریان بار و تأمین توان راکتیو مورد نیاز، حتی در شرایط غیر ایده آل نیز، برآید. عدم نیاز به استفاده از سنسورهای اضافی در مدار کنترل و بکارگیری روشهای مرسوم کنترل حلقه بسته، از بین رفتن احتمال بروز ناپایداری در سیستم کنترلر فیدبک منفی در شرایط خاص، حذف مشکلات ناشی از متغیر بودن فرکانس سوئیچینگ مبدل vsi خصوصاً در طراحی و تنظیم فیلترهای پسیو خروجی مبدل، کنترل ساده تر، عملکرد و دقت مناسب فیلتر اکتیو در شرایط غیر ایده آل، از جمله مزایای مهم طرح پیشنهادی در مقایسه با دیگر روشهای مرسوم به شمار می روند.