کنترل مستقیم توان یکسوساز AFE بر پایه شار مجازی و محدودسازی نوسان‌های توان در شرایط عدم تعادل شبکه

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق - دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

روش کنترل مستقیم توان با استفاده از کنترل پیش‌بین مدل‌مبنا (MPDPC)، یکی از موثرترین روش‌ها در میان روش‌های متفاوت کنترل یکسوسازهای AFE می‌باشد. این روش بهترین حالت کلیدزنی را بر اساس محاسبات ساده‌ای از رفتار مبدل، با در نظر گرفتن تمامی حالات کلیدزنی ممکن انتخاب می‌کند. در شرایط تعادل شبکه، روش MPDPC کارایی مناسبی را همراه با جریان ورودی سینوسی و ضریب توان واحد ارائه می‌دهد.
در شرایط عدم تعادل و هارمونیکی شبکه، جریان ورودی یکسوسازی که توسط روش MPDPC کنترل می‌شود، دارای هارمونیک خواهد بود. در این شرایط، دست‌یابی به جریان ورودی مطلوب و ضریب توان واحد امری دشوار می‌باشد. در این مقاله یک روش جدید که ترکیبی از شار مجازی و MPDPC به همراه محدودسازی نوسان توان اکتیو و راکتیو می‌باشد ارائه شده است. این روش برای محدودسازی نوسان توان اکتیو و راکتیو از یک راه‌کار جدید بر پایه شار مجازی استفاده می‌کند. به‌علاوه یک روش جدید برای پیش‌بینی جریان بر پایه شار مجازی نیز در این مقاله ارائه شده است. روش پیشنهادی از مزایای روش کنترلی شار مجازی و روش کنترلیMPDPC به‌طور هم‌زمان بهره‌مند می‌باشد. از مزایای این روش می‌توان به کنترل یکسوساز AFE با جریان‌های ورودی سه‌فاز سینوسی، عملکرد در ضریب توان واحد، پایداری در درصدهای بالای عدم تعادل و هارمونیک شبکه و محاسبات ساده در شرایط عدم‌تعادل و هارمونیک شبکه اشاره کرد. برخلاف روش‌های رایج، این روش نیازی به جداسازی مؤلفه‌های مثبت و منفی که دارای محاسبات بسیار دشوار است، ندارد. نتایج شبیه‌سازی و آزمایشگاهی به‌منظور اثبات کارایی روش پیشنهادی، ارائه شده‌اند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

AFE Rectifier Control Based on Virtual Flux Direct Power Control and Power Ripple Elimination Under Unbalanced Network Condition

نویسندگان [English]

  • M. H. Saeedinia
  • M. Mehraganfar
  • S. A. Davari
Faculty of Electrical Engineering, Shahid Rajaee Teacher Training University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Among different active front end (AFE) rectifier control methods, model predictive direct power control (MPDPC) is one of the appropriate and effective one. This method chooses best switching state based on simple calculation of converter behavior due to consideration of all possible switching states. MPDPC present good performance in balanced network condition and can control AFE rectifier with sinusoidal input currents and unity power factor.
However, in the network unbalanced condition, the MPDPC shows harmonics and disturbance in the current waveform. It's almost impossible to achieve unity power factor and sinusoidal input current waveform of AFE rectifier in the unbalanced and harmonized supply condition. A new method which is the combination of the virtual flux and MPDPC with active power ripple elimination is proposed in this paper. This method uses new approach to eliminate the active power pulsation based on calculated virtual flux. Furthermore, a new current prediction method based on the virtual flux technique is proposed.  This method has the advantages of VF and MPDPC techniques at the same time. Control of AFE rectifier with sinusoidal input currents, unity power factor, high robustness in high percentage of unbalance, simple calculation under unbalanced and harmonized condition of the network are some advantages of the proposed method. Unlike the conventional methods, there is no need for the positive and negative sequences extraction which is a complex calculation. Simulation and experimental results are presented to confirm the effectiveness of the proposed method.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Predictive control
  • Unbalanced condition
  • Three phase AFE rectifier

مراجع

[1]       داود قنبری، نوید رضا ابجدی، غلامرضا عرب مارکده، جعفر سلطانی، «کنترل مستقیم شار و گشتاور یک موتور القایی شش فاز نامتقارن»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 41، شماره 2،  پاییز 1390.
[2]       احسان رنجبر، محمد کریم‌الدینی، مهدی اسدی، « کنترل مستقیم توان‌های اکتیو و راکتیو در نیروگاه‌های بادی مجهز به DFIG با استفاده از کنترل مد لغزشی مقاوم»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، پاییز 1396. 
[3]       S. Kouro, P. Cortés, R. Vargas, U. Ammann, and J. Rodriguez, “Model predictive control—A simple and powerful method to control power converters,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 6, pp. 1826–1838,Jun. 2009.
[4]      M. Mehreganfar and S. A. Davari, “Sensorless predictive control method of three-phase AFE rectifier with MRAS observer for robust control,” 2017 IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), Pilsen, Czech Republic, pp. 107-112, 2017.
[5]      A. Kumar and G. Srungavarapu, “A Novel Voltage Sensorless DPC Approach of AFE Rectifier Based on Virtual Flux and Dynamic DC Link Reference Design,” India Conference (INDICON), pp. 1-6, Feb. 2017.
[6]      P. Antoniewicz, “Predictive Control of Three Phase AC/DC Converters,” Ph.D Thesis, Faculty of Electrical Engineering, Poland, Warsaw. 2009.
[7]      Y. S. Suh and Y.R.Go, “A Comparative Study on Control Algorithm for Active Front-end Rectifier of Large Motor Drives under Unbalance Input,” IEEE ECCE, pp. 1553-1561, Sep. 2009.
[8]      F.Xue, M.Cheng, J. Zhang, K. Zhou, “Investigation of control scheme for PWM VSR under three-phase voltage unbalance conditions,” IEEE 2010 Power Electronics for Distributed Generation Systems international Conf. pp. 835-840, Jun. 2010.
[9]      Z. Zhou, C. Xia, X. Gu, Q. Geng and W. Chen,  “Model Predictive Control of Three-Phase Voltage Source Rectifiers under Unbalanced Grid Voltage Conditions,” Power Electronics, Machines and Drives (PEMD). pp.1-6 , Jun.2014.
[10]      M. Malinowski, M. P. Kazmierkowski, S. Hansen, F. Blaabjerg, and G. D. Marques, “Virtual-flux-based direct power control of three-phase PWM rectifiers”, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 37, no. 4, pp. 1019–1027, Jul.–Aug. 2001.
[11]      M. H. Saeedinia and S. A. Davari, "Virtual flux model predictive direct power control (VF-MPDPC) of afe rectifier with new current prediction method and negative sequence elimination," 2017 IEEE International Symposium on Predictive Control of Electrical Drives and Power Electronics (PRECEDE), Pilsen, Czech Republic, pp. 113-118, 2017.
[12]      Y. Zhang and C. Qu, “Model predictive direct power control of PWM rectifiers under unbalanced network conditions,”  IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 62, no. 7, pp. 4011-4022, 2015.
[13]      Z. Zheng and Z. Zhen-hua, “Research of Direct Power Control for PWM Rectifier under Unbalanced Grid Voltage,” Proceedings of the 25th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), pp. 3607–3612, 2013.
[14]      J. Jin, S. Hu, C. Gan and Z. Ling, “Finite States Model Predictive Control for Fault Tolerant Operation of Three-Phase Bidirectional AC/DC Converter Under Unbalanced Grid Voltages,” IEEE Trans. Ind. Electron.,  vol. PP, Mar.2017.
[15]      Y. Zhang, Y. Peng, and C. Qu, “Model predictive control and direct power control for PWM rectifiers with active power ripple minimization,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 52, no. 6, pp. 4909–4918, Nov./Dec. 2016.
 
 
 
 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار