کنترل به‌ساز یک‌پارچه کیفیت توان مبتنی بر کنترل رزونانسی با فیلتر LCL خروجی و میراسازی فعال

نویسندگان

1 دانشگاه علم و صنعت ایران - تهران

2 قطب علمی اتوماسیون و بهره‌برداری سیستم‌های قدرت - دانشگاه علم و صنعت ایران - تهران

چکیده

در این مقاله، طرح کنترلی در دستگاه مختصات سنکرون برای ساختار دوگان به‌ساز یک‌پارچه کیفیت توان با استفاده از کنترل تناسبی-رزونانسی ارائه شده‌است. در ساختار دوگان کنترل، فیلتر فعال سری به‌صورت یک منبع جریان سینوسی و فیلتر فعال موازی به‌صورت یک منبع ولتاژ سینوسی کنترل می‌شود. تمرکز اصلی این مقاله بر طراحی بهینه فیلترهای غیرفعال خروجی مبدل‌ها بوده که کاهش اندازه و هزینه کل سیستم را به دنبال دارد. همچنین به‌کارگیری یک فیلتر LCL در خروجی فیلتر فعال سری، علاوه بر تضعیف هارمونیکی بهتر با کاهش اندوکتانس سری سیستم، موجب بهبود دینامیک سیستم شده‌است. برای تأمین پایداری موردنیاز سیستم و کاهش تلفات، با حذف مقاومت فیلترهای غیرفعال خروجی و فیدبک جریان خازن به سیستم کنترل، میراسازی نوسانات در هر دو فیلتر به‌صورت فعال پیاده‌سازی شده‌است. مطابق نتایج به‌دست‌آمده به‌ساز یک‌پارچه کیفیت توان با طرح کنترل پیشنهادی نامتعادلی، هارمونیک‌ها و فروافتادگی ولتاژ و همچنین جبران‌سازی جریان هارمونیکی بار غیرخطی را با سرعت و دقت مناسب انجام داده‌است. نتایج شبیه‌سازی به‌دست‌آمده در محیط MATLAB مؤید عملکرد مؤثر این ساختار تخت شرایط متفاوت است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Resonant Control of a LCL-based Unified Power Quality Conditioner with Active Damping Scheme

نویسندگان [English]

  • M. Ahmadiyan 1
  • A. R. Jalilian 2
1 Electrical Engineering Department, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Electrical Engineering, Centre of Excellence for Power System Automation and Operation , Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this paper, a synchronous reference frame control scheme is presented to control a Dual unified power quality conditioner (UPQC) using Proportional-Resonant Controllers.in Dual control strategy, the series active filter is controlled as a sinusoidal Current source and shunt active filter is controlled as a sinusoidal voltage source. The main focus of this paper is to present the optimal design procedure of output passive filters of the converters. This results in decrease of cost and bulkiness of the overall system. On the other hand, by using a LCL filer at the Series active filter output, better attenuation of high order harmonics as well as increased dynamic is achieved. In order to accede system required stability and reduce the system losses, the oscillations in both active filters are actively damped. In this case, the series damping resistors are eliminated and the capacitor current is used as feedback to the control system. The UPQC with the proposed scheme not only is capable of reducing unbalances, harmonics and voltage sag in grid voltage, but also compensates the harmonic currents of nonlinear load. Simulations in MATLAB software environment demonstrates the effective performance of the system under different conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Active power filter
  • unified power quality conditioner
  • dual unified power quality conditioner
  • active damping
  • LCL filter

مراجع

[1] B. Singh, K. Al-Haddad, and A. Chandra, “A review of active filters for power quality improvement,” IEEE transactions on industrial electronics, vol. 46, no.5, pp. 960-971, 1999.
[2] داود رضایی، اسکندر قلی‌پور، رحمت‌اله هوشمند، «استفاده بهینه از ظرفیت به‌ساز یک‌پارچه کیفیت توان به‌منظور جبران‌سازی هم‌زمان توان راکتیو بار و اعوجاجات ولتاژ »، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 45، شماره 3، 1394.
[3] M. Brenna, R. Faranda, and E. Tironi, “A new proposal for power quality and custom power improvement: OPEN UPQC,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 24, no. 4, pp. 2107-2116, 2009.
[4] S. B. Karanki, N. Geddada, M. K. Mishra, and B. K. Kumar, “A modified three-phase four-wire UPQC topology with reduced DC-link voltage rating,” IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 60, no. 9,  pp. 3555-3556, 2013.
[5] M. Kesler and E. Ozdemir, “Synchronous-reference-frame-based control method for UPQC under unbalanced and distorted load conditions,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 58, no. 9, pp. 3967-3975, 2011.
[6] V. Khadkikar, “Enhancing electric power quality using UPQC: a comprehensive overview,” IEEE transactions on Power Electronics, vol. 27, no. 5, pp. 2284-2297, 2012.
[7] M. Forghani and S. Afsharnia, “Online wavelet transform-based control strategy for UPQC control system,” IEEE transactions on power delivery, vol. 22, no. 1, pp. 481-491, 2007.
[8] V. Khadkikar and A. Chandra, “A new control philosophy for a unified power quality conditioner (UPQC) to coordinate load-reactive power demand between shunt and series inverters,” IEEE Transactions on power delivery, vol. 23, no. 4, pp. 2522-2534, 2008.
[9] V. Khadkikar and A. Chandra, “UPQC-S: A novel concept of simultaneous voltage sag/swell and load reactive power compensations utilizing series inverter of UPQC,” IEEE transactions on power electronics, vol. 26,  no. 9, pp. 2414-2425, 2011.
[10] S. Moran, “A line voltage regulator/conditioner for harmonic sensitive load isolation,” Industry Applications Society Annual Meeting, Conference Record of the 1989 IEEE, pp. 947-951, 1989.
[11] M. Aredes and R. M. Fernandes, “A dual topology of unified power quality conditioner: The iUPQC,” Power Electronics and Applications, pp. 1-10, 2009.
[12] B. W. França, L. F. da Silva, M. A. Aredes, and M. Aredes, “An improved iupqc controller to provide additional grid voltage regulation as a statcom,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 3,  pp. 1345-1352, 2015.
[13] B. W. Franca and M. Aredes, “Comparisons between the UPQC and its dual topology (iUPQC) in dynamic response and steady-state,” in IECON 2011-37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, pp. 1232-1237, 2011.
[14] R. J. M. dos Santos, J. C. da Cunha, and M. Mezaroba, “A simplified control technique for a dual unified power quality conditioner,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 11, pp. 5851-5860, 2014.
[15] R. A. Modesto, S. A. O. da Silva, A. A. de Oliveira, and V. D. Bacon, “A Versatile Unified Power Quality Conditioner Applied to Three-Phase Four-Wire Distribution Systems Using a Dual Control Strategy,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 31, no. 8, pp. 5503-5514, 2016.
[16] M. B. Saïd-Romdhane, M. Naouar, I. S. Belkhodja, and E. Monmasson, “Simple and systematic LCL filter design for three-phase grid-connected power converters,” Mathematics and Computers in Simulation, pp.181-193, 2015.
[17] C. Bao, X. Ruan, X. Wang, W. Li, D. Pan, and K. Weng, “Step-by-step controller design for LCL type grid-connected inverter with capacitor current feedback active damping,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 3, pp. 1239-1253, 2014.
[18] سید حسین طباطبایی،علیرضا جلیلیان، «کنترل بازیاب دینامیکی ولتاژ مبتنی بر فیلتر شکافی تطبیقی و میراسازی فعال به‌منظور بهبود کیفیت توان»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، جلد 44، شماره 2، 1392.
[19] M. Liserre, F. Blaabjerg, and S. Hansen, “Design and control of an LCL filter based three phase active rectifier,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 41, no. 5, pp. 1281-1291, 2005.
[20] S. Jayalath and M. Hanif, “Generalized LCL-Filter Design Algorithm for Grid-connected Voltage Source Inverter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 3, 2016.
[21] Y. Tang, P. C. Loh, P. Wang, F. H. Choo, F. Gao, and F. Blaabjerg, “Generalized design of high performance shunt active power filter with output LCL filter,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 3, pp. 1443-1452, 2012.
[22] L. N. Arruda and S. M. Silva, “PLL structures for utility connected systems, ” in Industry Applications Conference, pp. 2655-2660, 2001.
[23] P. Rodriguez, J. Pou, J. Bergas, J. I. Candela, R. P. Burgos, and D. Boroyevich, “Decoupled double synchronous reference frame PLL for power converters control,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 2, pp. 584-592, 2007.
[24] M. Ciobotaru, R. Teodorescu, and F. Blaabjerg, “A new single-phase PLL structure based on second order generalized integrator, ” in Power Electronics Specialists Conference, pp. 1-6, 2006.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار