دانلود رایگان مقاله کنترل کننده هیسترزیس جریان برای فیلتر توان اکتیو

چکیده

        مطابق با مزیت های روش کنترل هیسترزیس جریان ، این مقاله یک روش کنترل جدید را برای فیلتر توان اکتیو(APF) ارایه می کند. در کنترل هیسترزیس جریان مرسوم،  محدوده هیسترزیس (HB) ثابت بوده و جریان جبران کننده واقعی در یک محدوده هیسترزیس ثابت محدود می شود. زمانی که اینورتر منبع ولتاژ در وضعیت فرکانس بالا کار می کند، فرکانس کلیدزنی مشکلاتی نظیر افزایش تلفات کلیدزنی را بوجود می آورد و نویز قابل شنود پدیدار خواهد شد. در پاسخ به این مشکل روش کنترل هیسترزیس جریان با فرکانس ثابت بر پایه محدوده هیسترزیس متغیر در این مقاله پیش برده شده است. نخست ارتباط بین محدوده هیسترزیس و فرکانس کلیدزنی باید به درستی تعیین شود. سپس کنترل کننده جریان با محدوده هیسترزیس متغیر با توجه به آن ارتباط طراحی می شود. در نهایت نتایج شبیه سازی در متلب نشان می دهد که فرکانس کلیدزنی اینورتر منبع ولتاژ تقریباً ثابت نگه داشته شده و کنترل کننده پیشنهادی می تواند جریان مرجع را به خوبی دنبال کند. مشکلات افزایش تلفات کلیدزنی و نویز قابل شنود که در فرکانس بالا اتفاق می افتد می تواند در کنترل جریان مرسوم برطرف شود.

1-مقدمه

         فیلتر توان اکتیو یک ابزار بسیار مفید برای حذف معضل هارمونیک در سیستم های قدرت است. به طوریکه در مقایسه با فیلترهای پسیو (غیر فعال) مرسوم، فیلترهای توان اکتیو(APF) مزیت های چشم گیر زیادی نظیر توانایی کنترل خوب، پاسخ سریع، دقت کنترل بالا و ... دارد.  APFهمچنین قادر است هارمونیک های غیرمشخص را جبران کند که در شرایط خاص آن را بسیار جذاب می کند. با توسعه تکنولوژی الکترونیک قدرت، APF در صنعت مدرن استفاده وسیعی پیدا خواهد کرد. 

           شکل 1 یک سیستم ساده با APF بر پایه اینورتر منبع ولتاژ است.  بردار جریان سه فاز بار، i_L به همراه جریان های هارمونیک آن که جبران سازی میشود، اندازه گیری شده و مولفه های هارمونیکی آن به عنوان بردار جریان مرجع با i_c^* مشخص شده است. بردار جریان خروجی APF ،i_c باید کنترل شود تا بردار جریان رفرنس را دنبال کند. اگر خطای   از یک تلرانس به خصوص بیشتر باشد، کنترل جریان APF فعال خواهد شد. کنترل کننده جریان عملکرد کلیدزنی اینورتر منبع ولتاژ را مشخص خواهد کرد تا ولتاژ ترمینال مناسب برای کاهش خطای   بدست آید. مدار درایو APF سپس تصمیم را تشخیص می دهد. واضح است که بلوک کنترل جریان در شکل 1 برای عملکرد APF بسیار با اهمیت است. آن (بلوک) باید به سرعت واکنش دهد و بردار فضایی ولتاژ را به درستی تعیین کند تا خطای جریان را به طور مؤثر کاهش دهد و برای عملکرد ایمن در این مدت بهتر است فرکانس کلیدزنی اینورتر منبع ولتاژ ثابت بماند.  

        روش های کنترل جریان پیشنهادشده مختلفی برای پیکربندی های فیلتر توان اکتیو وجود دارد، اما از نظر توانایی کنترل جریان سریع و پیاده سازی ساده، روش کنترل هیسترزیس جریان بالاترین رتبه را در بین سایر روش های کنترل جریان دارد]1[. فرکانس کلیدزنی به طور پیوسته در یک چرخه فرکانس قدرت تغییر می-کند. قاعدتاً افزایش فرکانس عملکرد اینورتر به بدست آوردن شکل موج های جبران کننده بهتر کمک می کند. به هر حال محدودیت های ابزاری وجود دارد و نیز افزایش فرکانس کلیدزنی منجر به افزایش تلفات کلیدزنی، نویز قابل شنود و سایر مشکلات مرتبط می شود. در این مقاله کنترل فرکانس کلیدزنی با معرفی یک الگوریتم کنترل هیسترزیس جریان فرکانس ثابت تشخیص داده می شود. هدف اصلی این مطالعه تحقیق درمورد تاثیر پهنای باند هیسترزیس روی فرکانس کلیدزنی APF است. کنترل کننده جریان با محدوده هیسترزیس، پهنای باند هیسترزیس را به عنوان تابعی از تغییرات جریان مرجع تغییر می دهد. در این مقاله نخست تئوری   برای شناسایی جریان به طور خلاصه بازنگری می شود. در قسمت دوم، کنترل کننده هیسترزیس جریان با فرکانس ثابت توصیف می شود. در قسمت سوم، نتایج شبیه سازی و به دنبال آن نتیجه گیری ارایه می شود.

3- کنترل کننده هیسترزیس جریان فرکانس ثابت

        روش کنترل جریان با محدوده هیسترزیس در بین روش های مختلف PWM (مدولاسیون پهنای پالس) عموماً به خاطر ساده بودن پیاده سازی مورد استفاده عموم قرار گرفته است ]4[و]5[. در کنار پاسخ سریع حلقه جریان و توانایی محدود کردن پیک جریان این روش نیازی به اطلاعات در مورد پارامترهای سیستم ندارد. به هر حال کنترل جریان با یک محدوده هیسترزیس ثابت عیبش این است که فرکانس کلیدزنی در داخل یک محدوده تغییر می کند به خاطر اینکه ریپل جریان پیک تا پیک باید در تمامی نقاط موج فرکانس اصلی کنترل شود.

        بنابراین، روش کنترل هیسترزیس جریان با فرکانس ثابت بر پایه باند هیسترزیس متغیر در این مقاله پیش برده می شود. اصول این روش در شکل 3 نشان داده شده است و روش کنترل HB (باند هیسترزیس) به روش کنترل کننده هیسترزیس مرسوم اضافه می گردد.

        نخست، وضعیت کلیدزنی اینورتر منبع ولتاژ در کنترل جریان بررسی می شود. به راحتی مورد فاز A برداشته می شود. شکل 4 نمودار شماتیک وضعیت کلیدزنی فاز A کنترل شده با کنترلر هیسترزیس است. در شکل 4، i_ca جریان بازخورد (فیدبک) ، جریان واقعی جبران کننده و جریان اسمی خروجی اینورتر منبع ولتاژ است.

Abstract

         In accordance with the advantage of conventional hysteretic current control method, this paper advances a novel control method for active power filter (APF). In conventional hysteretic current control, the hysteretic band (HB) is fixed and actual compensating current is limited in a fixed hysteretic band. When the voltage source inverter (VSI) works in high-frequency state, as the switching frequency changes the problems such as increasing switching losses and audible noise will appear. In response to this problem, the constant frequency hysteretic current control method based on variable hysteretic band is advanced in this paper. Firstly, the connection between hysteretic band and switching frequency must be found correctly. Then, the variable hysteretic band current controller is designed according to the connection. Finally, the Matlab simulation results show that the switching frequency of VSI is held nearly constant and the proposed controller can track reference current well. The problems of increasing switching losses and audible noise which happened in high-frequency state can be resolved in conventional hysteretic current control.

Ⅰ.INTRODUCTION

         Active power filter (APF) is a very useful tool for eliminating harmonic pollution in power systems. As compared with the conventional passive filters, APF has many significant advantages such as good controllability, fast response and high control accuracy etc. APF can also compensate non-characteristic harmonics, which makes it extremely attractive in certain circumstances. With the development of power electronic technology, APF finds its wide use in the modern industry.

          Fig.1 is a simple system with a VSI-based APF. The three phase load current vector Li with its harmonic current to be compensated is measured and its harmonic component is denoted as reference current vector * c i .APF output current vector c i should be controlled to track the reference current vector. If the error * c c Δ= − ii i is larger than a certain tolerance, the current control of the APF will be activated. The current controller will determine the VSI switching operation to yield proper terminal voltage for reducing the errorΔi . The APF drive circuit will then realize the decision. It is clear that the current control block in Fig. 1 is significant to APF performance. It should respond quickly and determine optimal voltage space vector correctly in order to reduce the current error efficiently and in the meantime it is better to keep constant VSI switching frequency for safe operation.

        There are various current control methods proposed for active power filter configurations, but in terms of quick current controllability and easy implementation the hysteretic band current control method has the highest rate among other current control methods [1]. And the switching frequency varies constantly within a power frequency cycle. In principle the increasing inverter operation frequency helps to get a better compensating waveform. However, there are device limitations and increasing the switching frequency causes increasing switching losses, audible noise and other related problems. In this paper, the control of switching frequency is realized by introducing a constant frequency hysteretic current control algorithm. The main aim of this study is to investigate the effects of hysteretic bandwidth to the switching frequency of APF. The hysteretic band current controller changes the hysteretic bandwidth as a function of reference compensator current variation to optimize switching frequency. In this paper, the p q i i − theory for detecting current is first briefly reviewed. Secondly, the constant frequency hysteretic current controller is described. Thirdly, simulation results are presented followed by the conclusion.

Ⅲ. CONSTANT FREQUENCY HYSTERETIC CURRENT CONTROLLER

        The hysteretic band current control method is popularly used because of its simplicity of implementation, among the various PWM techniques [4], [5]. Besides fast-response current loop and inherent-peak current limiting capability, the technique does not need any information about system parameters. However, the current control with a fixed hysteretic band has the disadvantage that the switching frequency varies within a band because peak-to-peak current ripple is required to be controlled at all points of the fundamental frequency wave [6], [7].

        Therefore, the constant frequency hysteretic current control method based on variable HB is advanced in this paper. The principle of this method is shown in Fig.3 and the control technology of HB is added to conventional hysteretic current controller.

        Firstly, the switching state of VSI in hysteretic current control is analyzed. Conveniently, take the case of phase A. Fig.4 is the schematic diagram of the switching state of phase a controlled by hysteretic controller. In Fig.4, ca i is the feedback current and it is the actual compensating current and the namely output current of VSI.

چکیده

1-مقدمه

2- Ⅱ.The p q i i - روش تشخیص

3- کنترل کننده هیسترزیس جریان فرکانس ثابت

4. نتایج شبیه سازی و بحث و گفتگو

5- نتیجه گیری 

Abstract

Ⅰ.INTRODUCTION

Ⅱ.THE p q i i − DETECTING METHOD

Ⅲ. CONSTANT FREQUENCY HYSTERETIC CURRENT CONTROLLER

Ⅳ. SIMULATION RESULTS AND DISCUSSIONS

Ⅴ. CONCLUSION

REFERENCES