پایان نامه کد اینورتر و روش¬های کلیدزنی

1های با لینکDC تشدید در این سیستمها ولتاژDC ورودی به اینورتر اجازه میدهد تا حول یک مقدار ثابت نوساناتی را داشته باشد، معمولا بین صفر و یک مقدار مثبت، در این حالت ولتاژ ورودی طی زمان محدودی صفر میماند و اجازه 1 در این لحظات به کلیدهای اینورتر داده میشود. اینورترها را میتوان از لحاظ نوع شبکه متصل به آنها را به دو دسته زیر تقسیم کرد.
اینورترهای حقیقی
اینورترهای مجازی
اگر شبکهای که اینورتر به آن وصل شده یک شبکه اکتیو میباشد مانند تولید انرژیهای نوین و HVDC در این صورت اینورتر یک اینورتر مجازی میباشد یعنی اینورتر در حقیقت یک مبدل پل تریستوری با زاویهی آتش بزرگتر از 90 درجه خواهد بود. اما در صورتی که این شبکه پسیو باشد، اینورتر یک اینورتر حقیقی بوده و عمل تبدیل مستقیم DC به AC را انجام میدهد.
از لحاظ نوع کموتاسیون میتوان به دو دسته طبقهبندی نمود.

اینورترهای با کموتاسیون طبیعی، کموتاسیون خط
اینورترهای با کموتاسیون اجباری
کموتاسیون طبیعی بیشتر در سیستمهای متصل به شبکه استفاده میگردد لیکن در کموتاسیون اجباری از طریق مدار جانبی کموتاسیون صورت میگیرد.
با توجه به روش کلیدزنی انتخابی برای اینورتر، شکل موج ولتاژ یا جریان خروجی میتوانند به شکل مربعی، پلهای، پالس هایPWM یا سینوسی باشد. • اینورترهای موج مربعی در این حالت کنترل ولتاژ از طریق یکسوساز کنترل میگردد تا اینکه دامنه موج AC خروجی را کنترل میکند و اینورتر فقط کنترل فرکانس را انجام میدهد. شکل موج خروجی در این حالت مربعی میباشد.
• اینورترهای با مدولاسیون پالسی در این سیستم یکسوساز به صورت دیودی بوده و عمل کنترل ولتاژ و فرکانس فقط توسط اینورتر صورت میگیرد.
-4-1 کاربردهای اینورتر
از اینورترهایی که فرکانس آن قابل تنظیم باشد برای کنترل موتورهای acبهکار برده میشود. البته تنها تغییرات فرکانس برای کنترل دور موتور صحیح نمیباشد و نیز باید دامنهی ولتاژ را متناسب با آن تغییر نمود تا ماشین اشباع نگردد. اینورتر در کورههای القایی مورد استفاده میشود این کورهها از یک سیم پیچی که روی یک هسته آهنی پیچیده شده، ایجاد میگردد. در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی استفاده میشود. به طور خاص پیشرفتهای مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها از جمله در وسایل نقلیه برقی به کاربرده شده است. در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور( که در اینجا به عنوان یک ژنراتور عمل میکند) گرفته و در باتری ذخیره مینماید. اینورترها دارای کاربردهای متنوعی هستند که برخی از آنها عبارتند از – درایو موتورهای القایی – منابع تغذیه UPS – کورههایالقایی – جبرانکنندههای توان راکتیوSVC – فیلترهای اکتیو هارمونیکی – منابع تغذیه ACمتصل به باطری، سلولهای خورشیدی یا پیلهای سوختی
-5-1 روش کنترل جریان در محدودهی هیسترزیس
روش کنترل جریان در محدودهی هیسترزیس در واقع یک روش کنترل لحظهای جریان خروجی اینورتر میباشد بدین ترتیب که جریان خروجی با جریان مطلوب مقایسه شده و آنرا در یک محدودهی هیسترزیس دنبال مینماید. شکل موج مرجع برای جریان خروجی با دامنه و فرکانس دلخواه تولید میشود و با جریان واقعی خروجی مقایسه میگردد. اگر مقدار جریان واقعی از جریان مرجع بزرگتر شده و اختلاف آنها از باند هیسترزیس هم بیشتر شود، آنگاه سوئیچ S+ خاموش شده و سوئیچ S- روشن میگردد که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از +0/5E به -0/5E تغییر کرده و جریان شروع به کاهش مینماید. در صورتی که جریان واقعی از جریان مرجع کمتر بوده و این اختلاف به اندازه باند هیسترزیس پایین برسد، آنگاه سوئیچ S- خاموش شده و سوئیچ S+ روشن میشود که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از 0/5E – به +0/5E تغییر یافته و جریان شروع به افزایش مینماید. لذا در این روش، جریان خروجی با کلیدزنیهای متوالی سوئیچها، جریان مرجع را در یک باند هیسترزیس دنبال مینماید. به این ترتیب اینورتر تبدیل به یک منبع جریان شده که ریپل آن به محدودهی هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این، فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. به عنوان مثال چنانچه باند هیسترزیس کوچک انتخاب شود، فرکانس کلیدزنی افزایش مییابد که در نتیجه ریپل جریان خروجی کاهش ولی تلفات کلیدزنی افزایش پیدا میکند. البته مقدار باند هیسترزیس بایستی با حفظ تعادل بین ریپل جریان خروجی و تلفات کلیدزنی بهطور بهینه انتخاب گردد. در صورتی که جریان واقعی از جریان مرجع کمتر بوده و این اختلاف به اندازه باند هیسترزیس پایین برسد، آنگاه سوئیچ S- خاموش شده و سوئیچ S+ روشن میشود که در نتیجه ولتاژ خروجی اینورتر از 0/5E – به +0/5E تغییر یافته و جریان شروع به افزایش می نماید. لذا در این روش، جریان خروجی با کلیدزنیهای متوالی سوئیچها، جریان مرجع را در یک باند هیسترزیس دنبال مینماید. بدین ترتیب اینورتر تبدیل به یک منبع جریان شده که ریپل آن به محدودهی هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. علاوه بر این، فرکانس کلیدزنی نیز به مقدار باند هیسترزیس بستگی دارد. به عنوان مثال چنانچه باند هیسترزیس کوچک انتخاب شود، فرکانس کلیدزنی افزایش مییابد که در نتیجه ریپل جریان خروجی کاهش ولی تلفات کلیدزنی افزایش پیدا میکند. البته مقدار باند هیسترزیس بایستی با حفظ تعادل بین ریپل جریان خروجی و تلفات کلیدزنی به طور بهینه انتخاب گردد. 1-6- سیستم تولید پراکنده
در سیستمهای بهم پیوسته برق، با توجه به صرفهجوییهای مقیاس، تولید انرژی الکتریکی به صورت مرکزی و توسط نیروگاههای بزرگ صورت میگیرد. در سالهای اولیه پیدایش سیستمهای به هم پیوسته، معمولا سیستم با رشد سالانه حدود 6 الی 7 درصدی در مصرف انرژی الکتریکی مواجه بود. در دهه 1970 مباحثی از قبیل بحران نفتی و مسائل زیست محیطی مشکلات جدیدی را برای صنعت برق مطرح نمودند، به گونه ای که در دهه 1980 این فاکتورها و تغییرات اقتصادی، منجر به کاهش بار به حدود 6/1 الی 3 درصد در سال شدند. در همین زمان هزینه انتقال و توزیع انرژیهای الکتریکی نیز به طور قابل توجهی افزایش یافت. لذا تولید مرکزی توسط نیروگاههای بزرگ، اغلب به دلیل کاهش بار، افزایش هزینه انتقال، توزیع، حاد شدن مسائل زیست محیطی، تغییرات تکنولوژی و قانون گذاریهای مختلف غیر عملی شدند. سیستمهای تولید پراکنده، به دسترسی مستقیم از شبکهی پراکنده یا مصرفکننده در سیستم قدرت میپردازد و سطح توان آن بین چند KWتا چند MW میباشد. خصوصیت سیستمهای تولید پراکنده هزینهی سرمایهگذاری پایین، عکس العمل سریع، انعطافپذیری بالا و قابلیت اطمینان بالا میباشد و کاربرد سیستمهای تولید پراکنده در توربین کوچک یا میکروتوربین، سیستم تولید سوخت فسیلی، سیستم فوتوولتائیک و سیستم تولید توان بار میباشد. سیستم تولید پراکنده، شامل انرژی تجدید پذیر مختلف میباشد و معمولا برای اتصال به شبکهی قدرت به اینورتر نیاز دارد. اینورتر متصل به شبکه برای انتقال اهمیت ندارد، بلکه در مورد جبران توان راکتیو و فیلتر اکتیو اهمیت دارد. اگر تمام سطح ظرفیت توان راکتیو را به کار ببریم، سطح عملکرد شبکه بهبود می یابد.
1-6-1- تعریف منابع تولید پراکنده
تعاریف مختلفی برای تولیدات پراکنده به کار رفته است، ولی تعریف جامع و بدون محدودیت آن عبارت است از منبع انرژی الکتریکی که مستقیما به شبکهی توزیع و یا سمت مصرفکننده وصل میگردد. مقادیر نامی این تولیدات متفاوت است، ولی معمولا ظرفیت تولید آنها از چند کیلووات تا حدود10 مگاوات میباشد. نصب تولید پراکنده در پایدار نگهداشتن ولتاژ، اصلاح ضریب توان، ترزیق قدرت اکتیو، حفظ فرکانس و نهایتا بهبود کیفیت توان شبکه تاثیر مثبت دارد. بهکارگیری تولید پراکنده در سیستم موجب مزایای زیست محیطی، اقتصادی و فنی بسیار زیادی را به دنبال دارد. برای رسیدن به این مزایا تولیدات پراکنده باید دارای اندازه مناسب بوده و در مکانهای مناسب نصب شوند.
2-6-1- معرفی انواع منابع تولید پراکنده
در چند دهه اخیر، حضور منابع تولید پراکنده(DG) در شبکههای توزیع با روند رو به رشدی مواجه بوده است. مخصوصا با افزایش منابع جدید انرژی که دارای توان کوچک و ولتاژ پایین میباشند، این مسئله به شدت افزایش یافته است. در این راستا استفاده از مولدهای چرخان مانند ژنراتور سنکرون، به خاطر قابلیت بهکارگیری آنها در نیروگاههای کوچک حرارتی و آبی و حتی در مزرعههای بادی و همچنین به خاطر امکان کنترل مستقل توان اکتیو و راکتیو ترزیق آنها، افزایش چشمگیری داشته است. به طور معمول در ژنراتورهای بزرگ، گاورنرها نقش تثبیت فرکانس و سیستم تحریک نقش تنظیمکنندهی ولتاژ را دارد،
ولی این مسئله در مورد ژنراتورهای سنکرون کوچکی که به شبکه توزیع متصل میشوند، صادق نیست. زیرا که هم فرکانس و هم ولتاژ توسط خود شبکه نگهداشته میشود. ژنراتورهای کوچکDG کنترل خیلی کمی روی ولتاژ دارند و روی فرکانس اصلا کنترل ندارند. در سیستمهای تولید پراکنده ،گاورنر توان خروجی را کنترل میکند و سیستم تحریک مقدار توان راکتیو را مشخص مینماید. تولیدات پراکنده دارای انواع مختلفی میباشند که بسته به نوع آن ظرفیت نامی و نیز قیمت آن متفاوت است. توربینهای گاز کوچک با ظرفیت حدود 500 کیلووات تا 20 مگاوات و بازده حدود 25 تا 40 درصد و پیل سوختی با ظرفیت حدود 50 کیلووات تا 3 مگا وات و بازده حدود 45 تا 55 درصد به تدریج در شبکههای توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرارمیگیرند.
سایر تولیدات پراکنده در شبکههای توزیع و مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار میگیرند. البته این فناوریهای تولید انرژی، خود به دو دسته تجدیدناپذیر مانند میکروتوربینها، پیلهای سوختی، توربینهای گازی و و غیره و تجدیدپذیر مانند توربینهای بادی، سلولهای خورشیدی وو غیره میشوند.
1-6-3- علل رویکرد به منابع تولید پراکنده
در ساختار قدیم صنعت برق در کشورهای پیشرفته و وضعیت موجود بسیاری از کشورها، وظایف تولید، انتقال و توزیع توان بر عهده شرکتهای برق مجتمع بود. افزایش میزان تقاضای توان در چند سال اخیر، در بسیاری از کشورها موجب شد که این شرکتها نمیتوانند به صورت موثر، جوابگوی این میزان تقاضای زیاد باشند. در نتیجه خاموشی، قطع برق و معیوب شدن تجهیزات و و غیره. در بسیاری از کشورها صورت گرفت و به تبع آن قیمتها در دورههای پیک به شدت بالا رفت. این در حالی بود که همراه با رشد اقتصادی کشورها که منجر به افزایش میزان انرژی مورد نیاز آنها بود، مساله کیفیت توان و قابلیت اطمینان اهمیت پیدا میکند علاوه بر این، بحران نفت در سال 1973 موجب شد که بسیاری از کشورهای که در صنعت خود به سوختهای فسیلی وابسته بودند، در پی یافتن جایگزینی مناسب برای این سوخت ها باشند. همچنین با افزایش آگاهی عمومی در مورد مسائل زیست محیطی، یافتن جایگزین مناسب برای سوختهای فسیلی اهمیت بیشتری پیدا کرد. مطالعات انجام شده نشان می دهد که انرژیهای تجدیدپذیر شامل انرژی خورشید، باد، آب، زمین گرمایی و غیره و که از نظر زیست محیطی تمیز بوده، میتوانند جایگزین مناسبی برای سوختهای فسیلی باشند. بدین ترتیب عواملی مانند تجدیدساختار صنعت برق، نیاز به افزایش ظرفیت سیستم و پیشرفت تکنولوژی به طور همزمان، پایه و اساس معرفی تکنولوژیهای تولید پراکنده میباشند.
فصل دوم
کنترل توان اکتیو و راکتیو شبکه در سیستم تولید پراکنده (DG)
2-1- مقدمه