مقاله فیلترهای اکتیو سیستم قدرت

این مقاله در مورد فیلترهای اکتیو سیستم قدرت است و به بررسی روش های حذف هارمونیک ها، کنترل توان راکتیو، بهینه سازی UPQC و بهبود کیفیت توان در شبکه های توزیع برق می پردازد.

مقدمه:
در دهه های اخیر، با گسترش شبکه های توزیع برق و افزایش تعداد بارهای غیرخطی، توجه به کیفیت توان به یکی از مهمترین موضوعات در مهندسی قدرت تبدیل شده است. بارهای غیرخطی مانند مبدل های صنعتی، منابع تغذیه سوئیچینگ و کوره های قوس الکتریکی سبب ایجاد هارمونیک ها و اعوجاج های جریانی می شوند که عملکرد تجهیزات حساس و عمر مفید آنها را تحت تاثیر قرار می دهد. در همین راستا، استفاده از فیلترهای اکتیو قدرت به عنوان یکی از فناوری های پیشرفته برای جبران هارمونیک ها و اصلاح پارامترهای ولتاژ و جریان در شبکه های توزیع به طور گسترده مطرح شده است. این فیلترها با قابلیت پاسخ سریع و دقت بالا، توانایی حذف اعوجاج های هارمونیکی و کاهش اثرات بارهای غیرخطی را دارند و به دلیل حجم کمتر نسبت به فیلترهای پسیو، امکان نصب و بهره برداری در محیط های محدود را نیز فراهم می کنند.

یکی از مهمترین و شناخته شده ترین سیستم ها در این حوزه، UPQC یا Universal Power Quality Conditioner است که ترکیبی از یک فیلتر اکتیو سری، یک فیلتر اکتیو موازی و یک لینک DC مشترک میان این دو است. این سیستم توانایی اصلاح همزمان ولتاژ و جریان را دارا بوده و قابلیت جبران هارمونیک های ناشی از بارهای غیرخطی، کاهش عدم تعادل ولتاژ و تثبیت توان راکتیو را فراهم می آورد. ارتباط DC مشترک بین فیلترها از طریق یک خازن یا سلف انجام می شود که نقش ذخیره انرژی را برای انتقال توان بین فیلتر سری و موازی ایفا می کند. با توجه به اینکه UPQC نسل جدیدی از ادوات کنترل کیفیت توان به شمار می آید، طراحی و کنترل آن نیازمند الگوریتم های دقیق و بهینه است که توانایی استخراج سیگنال های مرجع مناسب و تولید فرامین کلیدزنی برای اینورترهای سری و موازی را داشته باشد.

روش های کنترل این سیستم ها عمدتاً در سه حوزه زمان، فرکانس و زمان-فرکانس توسعه یافته اند. در حوزه زمان، مفاهیم توان لحظه ای و توان راکتیو آنی مورد استفاده قرار می گیرد که امکان تفکیک مولفه های توان اکتیو و راکتیو را فراهم می آورد. تعاریف جدید توان لحظه ای که بر اساس تبدیل کلارک ارائه شده، قابلیت تحلیل در حالت های گذرا و پیوسته شبکه را دارد و پایه ای برای طراحی کنترلرهای دقیق فراهم می کند. در حوزه فرکانس، استفاده از روش های مبتنی بر FFT امکان فیلتر کردن هارمونیک های مشخص و تفکیک آنها از سیگنال اصلی را فراهم می آورد، هرچند محدودیت هایی نظیر نیاز به حداقل یک سیکل زمانی و عدم تطبیق با رانش فرکانسی وجود دارد. تحلیل زمان-فرکانس، به ویژه با استفاده از تبدیل موجک و تحلیل چندسطحی MRA، امکان بررسی اجزای سیگنال در طیف های فرکانسی متغیر و زمان کوتاه را فراهم کرده و برای استخراج دقیق سیگنال های مرجع جبران سازی به کار می رود.

ساختار UPQC شامل یک شاخه سری و یک شاخه موازی است که هر یک وظایف مشخصی در شبکه دارند. شاخه سری تمرکز بر اصلاح ولتاژ و حذف هارمونیک های ولتاژ دارد، در حالی که شاخه موازی مسئول جبران هارمونیک های جریان بار، کنترل توان راکتیو و تنظیم ولتاژ DC است. این تقسیم وظایف باعث می شود سیستم به طور همزمان توانایی اصلاح مشکلات ولتاژ و جریان را داشته باشد و اثرات بارهای غیرخطی و ناپایداری های شبکه را کاهش دهد. برای شاخه سری و موازی، مبدل های قدرت با فرامین کلیدزنی دقیق طراحی می شوند تا ولتاژ و جریان مرجع به طور سریع و بدون تاخیر فراهم شود.

با پیشرفت های اخیر در طراحی فیلترهای اکتیو، سیستم های وقفی نیز معرفی شده اند که توانایی تخمین دقیق دامنه، فاز و فرکانس سیگنال های ورودی را دارند و می توانند خود را با تغییرات پارامترهای شبکه تطبیق دهند. این فیلترها امکان حذف اعوجاج های پیچیده را در شبکه های تکفاز و سه فاز فراهم می آورند و با قابلیت تعمیم پذیری بالا، امکان پیاده سازی در انواع شبکه ها و شرایط عملیاتی متفاوت را دارند. طراحی عملی این فیلترها، به همراه شبیه سازی با نرم افزارهای MATLAB/Simulink و PSCAD/EMTDC، عملکرد آنها را در شرایط بار متعادل و غیرمتعادل تایید کرده و توانایی حذف هارمونیک ها و تثبیت ولتاژ و جریان را نشان می دهد.

یکی از محورهای اساسی در بهینه سازی عملکرد UPQC، انتخاب و طراحی کنترلرهای مناسب برای اینورترهای سری و موازی است. روش هایی مانند کنترل ردیاب باند کلیدزنی مبتنی بر LQR و طراحی حلقه بسته برای تعقیب ولتاژها و جریان های مرجع، امکان کاهش خطای ردیابی و افزایش پایداری سیستم را فراهم می آورد. در این روش ها با تعیین وزن مناسب برای متغیرهای کنترل، می توان عملکرد سیستم را در حذف هارمونیک ها و کنترل توان راکتیو بهبود بخشید و پیچیدگی محاسباتی را کاهش داد.

شبیه سازی های انجام شده نشان می دهند که با اعمال این الگوریتم ها، جریان های بار دارای هارمونیک های متعدد به طور موثر اصلاح شده و تاثیرات منفی آنها بر شبکه به حداقل می رسد. استفاده از شاخه های سری و موازی، مبدل های قدرت با کلیدزنی دقیق و کنترلرهای پیشرفته، ساختاری فراهم می آورد که توانایی پاسخ سریع به تغییرات بار و شرایط شبکه را داراست و قابلیت عملکرد پایدار در طول زمان را تضمین می کند، ضمن اینکه امکان توسعه سیستم برای کاربردهای پیچیده تر در شبکه های توزیع و تغذیه بارهای حساس به کیفیت توان وجود دارد.

فهرست مطالب:
مقدمه
فصل اول: مقایسه روشهای کنترل سیستم UPQC و معرفی یک روش کنترل بهینه
مقدمه
تئوری توان لحظه ای
پیکربندی UPQC
روش های کنترل
شبیه سازی
نتیجه گیری
فصل دوم : روش کنترلی مناسب برای UPQCبه منظور بهسازی جامع اغتشاشات مخل در کیفیت توان
مقدمه
UPQC ساختار و وظایف پایه ای
کنترل UPQC
شبکه نمونه و مدلسازی اغتشاشات
نتیجه گیری
فصل سوم : بهبود کیفیت توان با استفاده از UPQS در شبکه های توزیع
مقدمه
اشکال فیلترهای اکتیو
ساختار   UPQS
استخراج سیگنالهای مرجع
کنترل مبدلها
نتایج شبیه سازی
نتیجه گیری
فصل چهارم : طراحی و ساخت فیلتر اکتیو وقفی برای تخمین دقیق و حذف اغتشاشات شبکه هایAc
مقدمه
مدل ریاضی فیلتر اکتیو برای حذف اعوجاج
طراحی و ساخت فیلتر اکتیو وقفی برای حذف
اعوجاج در شبکه ac تکفاز
تخمین دامنه و فاز با فرض ثابت بودن فرکانس
تخمین دامنه فاز و فرکانس در الگوریتم وقفی
طراحی و ساخت مدار عملی
نتیجه گیری
پیشنهادات
مراجع

این پروژه برای درس کنترل توان راکتیو بوده و مناسب برای کارشناسی ارشد برق قدرت می باشد.