ترجمه مقاله کاهش فلیکر ولتاژ مبتنی بر ANN با UPFC و الگوریتم SRF

کاهش فلیکر ولتاژ مبتنی بر ANN (شبکه‌های عصبی مصنوعی) با UPFC و با استفاده از الگوریتم SRF

ANN Based Voltage Flicker Mitigation with UPFC Using SRF Algorithm

 

فلیکر ولتاژ، پدیدۀ آزاردهنده نوسان شدت نور، که حاصل تغییر سریع در بارهای صنعتی و خانگی مثل عملکرد دوره‌ای کوره قوسی است، باعث یک نگرانی برای بهره برداران و مشتریان حومه شده است. جریان کوره قوسی شبه پریودیک و دارای فرکانسی حدود 10 Hz است که باعث فلیکر قابل لمس (قابل درک) می‌شود. ادوات FACTS مثل SVCها، STATCOM، UPFC و تجهیزات خاص برقی مثل DSTATCOM با کنترل سریع توان راکتیو قادر به حل مسائل فلیکر ولتاژ بوده‌اند. اما؛ کنترل توان اکتیو در کنار کنترل توان راکتیو باعث حل بهتر و موثرتر مساله فلیکر ولتاژ می‌شود. در این مقاله، کاهش فلیکر ولتاژ به کمک UPFC توسط نرم افزار MATLAB تحلیل می‌شود. الگوریتم کنترلی مبتنی بر ANN، فلیکر را به خوبی کنترل می‌کند. این الگوریتم کنترلی مبتنی است بر روش قاب مرجع سنکرون (SRF). این الگوریتم توان‌های اکتیو و راکتیو را به‌طور همزمان کنترل می‌کند. وقتی مبدل سری UPFC فلیکر ولتاژ را اصلاح می‌کند، مبدل شنت ذخیره انرژی لینک dc را تدارک می‌بیند. برای حفظ ولتاژ لینک dc از یک مدار خودشارژکننده استفاده شده است. عملکرد دینامیکی به کمک این الگوریتم بررسی می‌شود.

 

 

سفارش ترجمه تخصصی مهندسی برق

 

 

 

کلیدواژه‌ها: فلیکر ولتاژ، الگوریتم قاب مرجع سنکرون، شبکه عصبی مصنوعی، کنترلر یکپارچه عبور توان.

1. مقدمه

کیفیت توان عبارتی است که برای توصیف میزان نزدیکی و مشابهت توان الکتریکی تحویلی به مشتری مطابق استانداردهای عملکردی تجهیزات مشتری به کار می‌رود. لذا، کیفیت توان ضرورتا یک معیار سمت مشتری است با اینکه توسط عملکرد شبکه‌های توزیع و انتقال تحت تاثیر قرار می‌گیرد. روش‌های متعددی وجود دارد که در آن تغذیه الکتریکی می‌تواند از مقادیر مشخص آن تخطی کند. این میزان تخطی‌ها دارای محدوده‌ای از تغییران گذرا و کوتاه مدت تا اعوجاج‌های بلندمدت شکل موج است. قطع و وصل‌های دائمی منبع عموما به عنوان یکی از مسائل قابلیت اطمینان شبکه در نظر گرفته می‌شود تا اینکه بخواهد یک موضوع مربوط به کیقیت توان باشد. اهمیت روزافزون کیفیت توان به علت افزایش کاربرد تجهیزات باری حساس مثل کنترلرهای مبتنی بر کامپیوتر و مبدل‌های الکترونیک قدرت می‌باشد [گروه کاری UIE، 1992]. علاوه بر این، مشتریان از عواقب تجاری اغتشاشات رخ داده روی سیستم قدرت به خوبی آگاه هستند. فلیکر ولتاژ توسط بارهایی ایجاد می‌شود که تغییرات سریع و پیوسته‌ای را در جریان بار از خود نشان می‌دهند. کوره‌های قوسی از علل اصلی فلیکر ولتاژ هستند [D. O’Kelly et al., 1992]. کوره قوس الکتریکی، عمده عامل فلیکر ولتاژ، بصورت یک راکتانس ثابت و یک مقاومت متغیر عمل می‌کند. سیستم ترانسفورماتور-راکتانس بصورت یک راکتانس مجتمع (lumped)، یک راکتانس کوره (شامل اتصال کابل‌ها و باس‌ها) و یک مقاومت متغیر مدل می‌شود. فلیکر ولتاژ به صورت مدولاسیون شکل موج 60 Hz، مشابه سیگنال رادیویی با مدولاسیون دامنه، ظاهر می شود. فلیکر ولتاژ بصورت درصد و با تقسیم کردن مقدار RMS موج مدوله بر مقدار RMS موج اصلی بیان می‌شود. در سیستم‌های روشنایی، مقادیر فلیکر ولتاژ به کوچکی 0.5% توسط چشم انسان قابل درک است. مقادیر فلیکر 3% مطلقا آزاردهنده است. فلیکر در شکل 1 نشان داده شده است که بیانگر تغییر دوره‌ای در پیک‌های ولتاژ است. پدیده فلیکر ولتاژ توسط نوسان ولتاژ در سیستم قدرت و به علت بارهای متغیر با زمان ایجاد می‌شود. این پدیده روی سیستم‌های کنترلی تاثیر دارد؛ باعث کاهش طول عمر و نیز تنزل عملکرد تجهیزات الکترونیکی، التهابی، فلوئورسنت و CTR می‌شود. همچنین دیده شده است که نوسانات ولتاژ منجر به تغییرات کوچک سرعت موتورهای الکتریکی شده و در نتیجه کیفیت نهایی محصولات دچار تغییرات می‌شود. IEC 61000-3-3 محدودیت‌های ولتاژ را برای تجهیزات متصل به سیستم‌های LV (ولتاژ پایین) تعیین و تشریح می‌کند. لذا کاهش فلیکر ولتاژ بسیار مهم می‌شود. مطالعات تغییرات و اصلاح ولتاژ برای تجهیزاتی مثل کوره‌های قوسی، ذوب‌کننده‌های الکتریکی، موتورها، ژنراتورها و توربین‌های بادی را می‌توان در [M.M.Marcos et al., 2002] یافت. کاهش فلیکر ولتاژ به کنترل توان راکتیو بستگی دارد.

ادوات FACTS به تدریج برای اصلاح فلیکر ولتاژ معرفی شده‌اند. جبرانساز استاتیکی Var (SVC) پرکاربردترین تجهیزی است که برای جبرانسازی کوره‌های قوسی به کار گرفته شده است. مزیت اصلی این تجهیز آن است که توان راکتیو تامین‌شده توسط SVC، تولید فولاد را افزایش می‌دهد. با این حال، به علت عملکرد با تغییر در فرکانس پایه، SVC مرسوم دارای معایبی مثل زمان پاسخ نسبتا طولاتی و احتمال تنها اصلاح جریان راکتیو بار با فرکانس پایه است. این موضوع احتمال کاهش فلیکر توسط SVC را محدود می‌کند. علاوه بر این، SVC باعث ایجاد هارمونیک می شود، و لذا باید آن را با یک بانک خازنی پسیو ترکیب کرد. تجهیزات کاهش فلیکر را می‌توان بصورت سری با کوره قوسی قرار داد. مزایای اصلی جبرانسازهای سری نسبت به جبرانسازهای موازی این است که باعث می‌شوند شکل موج ولتاژ خروجی سینوسی باقی بماند و ولتاژهای سه فاز را متعادل می‌کنند. با این وجود، جبرانسازهای سری به علت معایب ذاتی مدارهای سری، در کاربردهای صنعتی محبوبیت چندانی ندارند؛ مثلا اینکه باید جریان بارهای بسیار بالایی را تحمل کنند، که در مقایسه با فیلترهای توان اکتیو موازی، باعث می‌شود مقادیر جریان نامی آنها افزایش یابد. در نتیجه، برای کاربردهای توان بالا جبرانسازهای ترکیبی مناسب هستند. کنترلر یکپارچه عبور توان (UPFC) به طور گسترده برای کاهش فلیکر ولتاژ به کار رفته است. UPFC با توانایی جبرانسازی اکتیو سری، با تغییرات مقاومت جرقه مخالفت کرده و بر فلیکر ولتاژ منبع غلبه می‌کند.

استراتژی کنترلی اتخاذ شده برای کاهش فلیتر یک نقش کلیدی در کاهش موثر فلیکر ایفا می‌کند. الگوریتم‌های کنترلی مختلفی برای کاهش فلیکر معرفی شده است. تجهیزات SVC کاهش فلیکر قابل قبولی دارند، اما به علت الگوریتم‌های کنترلی پیچیده، دارای مشکلاتی مثل تزریق مقادیر زیاد جریان هارمونیکی به سیستم بوده و باعث خیزهایی در شکل موج ولتاژ می‌شود. در  [R.Mienski…] تکنیک جدیدی مبتنی بر الگوریتم کنترلی نوین معرفی شده است که اغتشاش ولتاژ را از بین می‌برد تا بر فلیکر ولتاژ غلبه کند. این تکنیک برای اصلاح فلیکر ولتاژ از STATCOM استفاده می‌کند تا بر مسائل فوق‌الذکر مربوط به دیگر تکنیک‌ها غلبه کند. مفهوم مولفه‌های توان راکتیو لحظه‌ای در سیستم کنترلی به کار می‌رود. UPFC با توانایی اصلاح اکتیو سری در برابر تغییرات مقاومت جرقه مخالفت کرده و بر فلیکر ولتاژ در منبع غلبه می‌کند. طراحی و استراتژی کنترلی UPFC مبتنی بر محاسبه توان لحظه‌ای در [Sedraoui.K ..] تشریح شده است. این الگوریتم برای تبدیل سیستم سه فاز از قاب مرجع ساکن به مولفه‌های توالی چرخشی مستقیم، عمود و صفر، از تبدیلات پارک استفاده می‌کند. از آنجا که مولفه اصلی فرکانس به مقادیر DC تبدیل می‌شود تحلیل آن آسان خواهد شد. مولفه‌های اکتیو و راکتیو سیستم به ترتیب توسط مولفه‌های مستقیم و عمود بیان می‌شوند. می‌توان از این الگوریتم برای کاهش فلیکر ولتاژ استفاده کرد. محاسبه بصورت لحظه‌ای است اما در فلیترکردن مقادیر DC منجر به تاخیرهای زمانی می‌شود. حضور این حلقه‌های انتگرالی توام با تاخیرهای زمانی است، که بستگی به پاسخ فرکانسی انتگرال‌های مخصوص پیشرو و پسرو دارد. به منظور غلبه بر این معایب، در این مقاله الگوریتم کنترلی کبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) برای کاهش فلیکر ولتاژ ارائه شده است. ساختار شبکه عصبی تغذیه پیشرو و انتشار رو به عقب به کار گرفته شده است. الگوریتم SRF نیز برای تولید داده‌های آموزش به کار می‌رود. الگوریتم انتشار به عقب برای آموزش شبکه عصبی مصنوعی استفاده می‌شود. علاوه بر این، برای حذف ولتاژ باس DC از تکنیک خودشارژ اصلاح شده استفاده می‌شود که از کنترلر PI بهره نمی‌برد.

2. ساختار کنترلی UPFC

از نقطه‌نظر مفهومی، UPFC یک منبع ولتاژ سنکرون تعمیم‌داده شده (SVS) است، بیان شده در با فرکانس پایه، با فازور ولتاژ V_dq با دامنه (0≤V_pq≤V_pqmax) و زاویه ρ (0≤ρ≤2π)، بصورت سری با خط انتقال، همانطور که برای سیستم دو ماشین ساده شکل 2 نشان داده شده است. در این عملکرد نامحدود که تنظیم ولتاژ و زاویه را در بر می‌گیرد، SVS بطور کلی هر دو توان اکتیو و راکتیو را با سیستم انتقال مبادله می‌کند. از آنجا که یک SVS قادر به تولید تنها توان راکتیو مبادله‌شده است، باید به کمک یک منبع توان مناسب و یاsink ،  توان حقیقی را به آن اعمال و یا از آن جذب کرد. در چیدمان UPFC، توان حقیقی مبادله شده توسط یکی از باس‌ها (مثلا باس انتها)، تامین می‌شود، همانطور که در شکل 2 دیده می‌شود.

دیاگرام اصلی UPFC در شکل 3 نشان داده شده است. در پیاده‌سازی عملی کنونی،UPFC شامل دو مبدل منبع ولتاژ است، که در شکل 3 تشریح شده است. این مبدل‌های پشت به پشت از یک لینک dc مشترک که توسط یک خازن ذخیره‌ای dc تامین می‌شود، عمل می‌کنند. لذا UPFC دارای دو مبدل منبع ولتاژ پشت به پشت است که از طریق یک باس dc مشترک متصل‌اند. مبدل-1 را مبدل شنت و مبدل-2 را مبدل سری نامند.

این چیدمان به عنوان یک مبدل توان ac به ac ایده‌آل عمل می‌کند که در آن توان حقیقی می‌توان به راحتی در هر دو جهت بین ترمینال‌های ac دو مبدل جریان داشته باشد و هر مبدل می‌توان بطور مستقل توان راکتیو را در ترمینال ac خروجی خود تولید (یا حذب) کند. مبدل-2 با تزریق ولتاژ V_pq با دامنه |V_pq| و زاویه فاز ρ کنترل‌پذیر بصورت سری با خط و از طریق ترانسفورماتور تعبیه‌شده، عملکرد اصلی UPFC را بدست می‌دهد. جریان خط انتقال از این منبع ولتاژ عبور می‌کند و منجر به تبادل توان راکتیو و حقیقی بین آن و سیستم ac آن می‌شود. توان راکتیو مبادله شده در ترمینال ac (یعنی در ترمینال ترانسفورماتور تعبیه‌شده سری) بصورت داخلی توسط مبدل تولید می‌شود. توان حقیقی مبادله شده در ترمینال ac به توان dc تبدیل می شود، که در لینک dc بصورت یک تقاضای توان حقیقی مثبت و یا منفی ظاهر می‌شود.

عملکرد اساسی مبدل-1 تامین یا جذب تقاضای توان حقیقی مبدل-2 در لینک مشترک dc است تا از مبادله توان حقیقی حاصل از تزریق سری ولتاژ پشتیبانی کند. مبدل-1 نیز توان راکتیو کنترل‌پذیر را در صورتی که مطلوب باشد تولید و یا جذب می‌کند و لذا جبراسنازی راکتیو شنت مستقلی را برای خط فراهم می‌کند. مشخصه عملکردی عالی UPFC به علت توانایی یکتای آن در تزریق  بردار ولتاژ جبرانسازی AC با دامنه و زاویه اختیاری است که بصورت سری با خط تحت فرمان قرار می‌گیرد. UPFC می‌تواند در صورت نیاز باعث تغییر سریع و پیوسته دامنه و/ یا زاویه بردار ولتاژ تزریقی شود. لذا نه تنها قادر به ایجاد یک نقطه کاری در محدوده وسیعی از شرایط ممکن P، Q روی خط است، بلکه دارای توانایی ذاتی برای تغییر سریع از یک نقطه کاری به نقطه‌ای دیگر است.

3. الگوریتم SFR اصلاح‌شده برای کاهش فلیکر

الگوریتم SRM معمولا برای فلیتر هارمونیک به کار می‌رود. این الگوریتم برای تبدیل سیستم سه فاز از قاب مرجع ساکن به مولفه‌های توالی چرخشی مستقیم، عمود و صفر، از تبدیلات park استفاده می‌کند. از آنجا که مولفه اصلی فرکانس به مقادیر DC تبدیل می‌شود تحلیل آن آسان خواهد شد. مولفه‌های اکتیو و راکتیو سیستم به ترتیب توسط مولفه‌های مستقیم و عمود بیان می‌شوند. می‌توان این الگوریتم را اصلاح کرد تا مناسب کاهش فلیکر ولتاژ باشد.

ولتاژهای فاز (V_a, V_b, V_c) در PCC دریافت شده و به عنوان ورودی (V_abc) وارد کنترلر SRF می‌شود. کنترلر به کمک معادله (1) تبدیل سه‌فاز به دوفاز را انجام می‌دهد و چنانچه در ولتاژ وروید هیچ فلیکری موجود نباشد، انتظار می‌رود متغیرهای منتجه V_d و V_q بصورت dc خالص باشند. مولفه‌های نوسانی موجود در V_d و V_q متناظرند با مولفه فلیکر ولتاژ که توسط مبدل سری UPFC تامین می‌شود. به منظور جداسازی مولفه‌های نوسانی V_d و V_q، مولفه‌های dc به کمک فیلتر پایین‌گذر (LPF) جدا می‌شوند و همان‌ها از V_d و V_q استخراج می‌شوند تا مولفه‌های نوسانی V_d^* و V_q^* فراهم شوند.

                             

مولفه‌های نوسانی V_d^* و V_q^* به کمک معادله (2) از دوفاز به سه‌فاز تبدیل می‌شوند. سیگنال منتجه V_abc^* (V_a^*, V_b^*, V_c^*) وارد کنترلر PWM می‌شوند تا پالس‌های آتش برای مبدل‌ سری UPFC تولید شوند.

                            

4. کنترلر مبتنی بر ANN برای کاهش فلیکر

محاسباتی که در الگوریتم SFR انجام می‌شود لحظه‌ای هستند اما موجب تاخیرهای زمانی در فیلتر مقادیر DC می‌شوند. حضور این حلقه‌های انتگرالی توام با تاخیرهای زمانی است، که بستگی به پاسخ فرکانسی انتگرال‌های مخصوص پیشرو و پسرو دارد. به منظور غلبه بر این معایب، در این مقاله الگوریتم کنترلی کبتنی بر شبکه‌های عصبی مصنوعی (ANN) برای کاهش فلیکر ولتاژ ارائه شده است. شبکه‌های عصبی مصنوعی مدل‌های پیشگویی هستند که به گونه‌ای مبتنی بر عمل نرون‌های زیست‌شناختی هستند. شبکه عصبی به کار رفته برای کاهش فلیکر شبکه‌ای کاملا متصل به هم، سه لایه، تغذیه پیشرو و انتشار رو به عقب است. لایه ورودی دارای سه لایه است. ولتاژهای سه فاز (V_a, V_b, V_c) در PCC حس شده و وارد شبکه عصبی مصنوعی می‌شوند. بردار مقادیر متغیر برای لایه داخلی معرفی می‌شوند. لایه ورودی این مقادیر را استاندارد می‌کند تا در محدوده مجاز هر متغیر یعنی -1 تا 1  قرار گیرند. لایه ورودی مقادیر را به هر کدام از نرون‌های لایه پنهان توزیع می‌کند. تنها یک لایه پنهان با سه نرون موجود است. هر مقداری که از هر نرون ورودی به نرونی در لایه پنهان می رسد در یک وزن ضرب می‌شود، و مقادیر وزندار منتجه با هم ترکیب می‌شوند تا یک مقدار ترکیبی را فراهم کنند. مجموع وزندار وارد یک تابع انتقال، σ، می‌شود که دارای یک مقدار خروجی است. خروجی‌های لایه پنهان روی لایه خروجی توزیع می‌شوند. هر مقداری که از هر نرون لایه پنهان  به نرونی در لایه خروجی می رسد در یک وزن ضرب می‌شود، و مقادیر وزندار منتجه با هم ترکیب می‌شوند تا یک مقدار ترکیبی را فراهم کنند. مجموع وزندار وارد یک تابع انتقال، σ، می‌شود که دارای یک مقدار خروجی است. این مقادیر خروجی‌های شبکه هستند. در لایه خروجی سه نرون موجود است که ولتاژهای مرجع (V_a^*, V_b^*, V_c^*) را وارد کنترلر PWM می‌کنند که به نوبه خود پالس‌های آتش را برای UPFC تولید می‌کند.

5. آموزش ANN

هدف از فرایند آموزش یافتن مجموعه ای مقادیر وزنی است که باعث می‌شوند خروجی شبکه عصبی با مقادیر هدف واقعی تا حد امکان مطابقیت داشته باشند. استفاده از مولد فلیکر در MATLAB، فلیکری با دامنه‌های متعدد ایجاد می‌شود و سیگنال‌های مرجع متناظر به کمک کنترلر SRF تولید می‌شوند. این داده‌ها برای آموزش ANN به کار می‌روند. برای همگرایی سریع، از الگوریتم آموزشی انتشار رو به عقب استفاده شده است.

با داشتن یک مجموعه مقادیر وزنی آغازی با انتخاب تصادفی، برای بهینه‌سازی مقادیر وزنی از الگوریتم گرادیان استفاده شده است. اغلب الگوریتم‌های آموزش برای تصحیح مقادیر وزنی خود از این چرخه پیروی می‌کنند:

• یک مجموعه از مقادیر متغیر پیشگو را از طریق شبکه و به کمک مجموعه‌ای از وزن‌های ابتدائی اجرا کنید.
• اختلاف بین مقدار هدف پیش‌بینی‌شده و مقدار هدف واقعی برای این مورد را محاسبه کنید.
• اطلاعات خطا را روی کل مجموعه‌های آموزشی میانگین‌گیری کنید.
• این خطا را مجدد از طریق شبکه منتشر کنید و گرادیان (بردار مشتقات) تغییر در خطا را نسبت به تغییرات مقادیر وزنی محاسبه کنید.
• وزن‌ها را تنظیم کنید تا خطا کاهش یابد. هر چرخه را یک دوره (آغاز، epoch) می‌نامند.

چون اطلاعات خطا از طریق شبکه رو به عقب منتشر می‌شود، این نوع روش آموزشی را انتشار رو به عقب می‌نامند.

 

 

6. مدار خودشارژ برای حفظ ولتاژ dc باس

برای تنظیم ولتاژ خازن لینک dc در یک سطح مطلوب، توان حقیقی باید به کمک مبدل شنت UPFC از سمت تغذیه کشیده شود (دریافت شود) تا خازن را شارژ کند. پیکربندی جریان خودشارژ سه فاز در شکل 7 نشان داده شده است. الگوریتم کنترلی ساده‌ای توسعه یافته است که از کنترلر PI بهره نمی‌برد. برای تنیم ولتاژ خازن dc در یک سطح مطلوب، یک توان حقیقی اضافی باید توسط فیلتر شنت تطبیقی از سمت تغذیه کشیده شود تا دو خازن را شارژ کند. انرژی E ذخیره شده در هر خازن را می‌توان بصورت ذیل بیان کرد:

                                                     

که C مقدار هر خازن و V_dc ولتاژ هر خازن است. اگر سطح مطلوب ولتاژ هر خازن برابر V_dc(ref) باشد، انرژی برای هر خازن برابر می‌شود با

                                                           

اختلاف بین E’ و E بیانگر انرژی اضافی موردنیاز توسط خازن برای دستیابی به سطح ولتاژ مطلوب است. لذا

                                  

از طرف دیگر، انرژی شارژکننده E_ac تحویلی توسط سه فاز سمت تغذیه به اینورتر هر خازن برابر خواهد بود با

                                     

p- توان حقیقی اضافی موردنیاز؛ V_rms – مقدار RMS (موثر) ولتاژ لحظه‌ای تغذیه.

I_de(rms) – مقدار RMS جریان لحظه ای شارژکننده؛ t- زمان شارژ.

Ф -  اختلاف فاز بین ولتاژ تغذیه و جریان شارژ.

در اینجا t را می‌توان بصورت T/2 تعریف کرد چون فرایند شارژ تنها برای نصف سیکل برای هر خازن اتفاق می‌افتد، جائی که T دوره فرکانس تغذیه است. با استفاده از حلقه قفل فاز (PLL) جریان شارژ با ولتاژ تغذیه همفاز می‌شود. لذا، ضریب توان cosФ=1. همچنین مقدار RMS را می‌توان برحسب مقادیر بیشینه بیان کرد. به این ترتیب

                                       

                                               

با چشم‌پوشی از تلفات کلیدزنی در اینورتر و با توجه به قانون تبدیل انرژی معادلات زیر را خواهیم داشت:

                                 

                               

برای تنظیم ولتاژ خازن لینک dc در سطح مطلوب، یک توان حقیقی اضافی باید توسط IDVR از سمت تغذیه کشیده شود تا دو خازن را شارژ کند. پیکربندی جریان خودشارژ سه فاز در شکل 7 نشان داده شده است. PLL خود را با ولتاژ فاز a سنکرون کرده و سه شکل موج سینوسی که با هم زاویه 120 درجه می‌سازند را خارج می سازد. با ضرب کردن این شکل موج‌ها با جریان I_dc که توسط الگوریتم کنترلی محاسبه می‌شود، جریان i_dc سه فاز حاصل می‌شود. لذا، جریان‌های تزریقی سه فاز را می‌توان بصورت ذیل محاسبه کرد:

                                     

I_dc^* که بیانگر خروجی بلوک خودشارژ شکل 4 است را می‌توان اینگونه بیان کرد I_dc^* = [i_inj,a, i_inj,b, i_inj,c] که I_dc در معادله (10)  بیان شده است. علامت منفی نشان می‌دهد که جریان شارژ i_dc  وارد UPFC می‌شود. برای کنترل کلیدزنی کنترلر شنت UPFC از کنترلر PWM استفاده شده است.

7. مطالعات شبیه‌سازی

تاسیسات کوره قوسی اغلب شامل یک کوره قوسی بزرگ به کار رفته برای ذوب اوراق و یک کوره ملاقه‌ای کوچکتر برای پالایش فولاد است. کوره قوسی بزرگ بخش عمده مسائل فلیکر را شکل می‌دهد. معمولا این تاسیسات شامل برخی تجهیزات جبرانسازی است تا اغتشاشات خط حاصل از عملکرد کوره را کاهش دهد. اغتشاشات کوره قوسی از طریق نقطه اتصال مشترک (PCC) به دیگر کاربران انرژی الکتریکی انتقال داده می‌شود. نوسانات ولتاژی که موجب فلیکر می‌شوند از طریق PCC با میرایی خیلی کم در کل شبکه پخش می شوند. نمایش ساده‌شده‌ای از سیستم با نترلر UPFC در شکل 4 نشان داده شده است. دو ترانسفورماتور، T₁ و T₂، در سیستم قرار گرفته‌‌اند و دیاگرام خطی ساده‌شده در شکل 8 نشان داده شده است. T₁  (S_N1 = 130 MVA, X_T1 = 11%) ترانسفورماتوری است که توان باس کوره قوسی را فراهم می‌کند. ولتاژ نامی باس بین T₁ و T₂ برابر 31.5 KV است. T₂ (S_N2 = 100 MVA, X_T2 = 8%) ترانسفورماتور کوره قوسی است. سیستم به‌گونه‌ای ساده شده است که مدل آن شامل تنها کوره قوسی بزرگتر است. در بالای شکل 8، شبکه‌ای با یک توان اتصال کوتاه نامی 3600 MVA نشان داده شده است. مدل کوره قوسی در شکل 9 نشان داده شده است. مطالعات شبیه‌سازی روی سیستم با کنترلر اصلاح‌شده SRF و کنترلر مبتنی بر ANN انجام شد. نتایج حاصل از دو مورد یکسان بوده و در شکل 11 نشان داده شده است. مقدار rms ولاژ در PCC قبل از نصب UPFC در شکل 10 نشان داده شده است.

فلیکر ولتاژ بدون UPFC حدود 9% است (ΔV/V). وقتی UPFC به PCC متصل شده باشد، فلیکر کاهش یافته و برابر 0.3% می‌شود که در محدوده آستانه IEEE قرار می‌گیرد.

8. نتیجه‌گیری

ساختار کنترلی اساسی و کنترل عملکرد UPFC بحث شد. کنترلر SRF به کار رفته برای فیلترکردن هارمونیک، اصلاح شد تا به کمک UPFC فلیکر را کاهش دهد. محاسبات الگوریتم SRF بصورت لحظه‌ای هستند اما موجب تاخیرهای زمانی در فیلترکردن مقادیر DC می‌شوند. حضور این حلقه‌های انتگرالگیر موجب تاخیرهای زمانی می‌شود، که بستگی به پاسخ فرکانسی انتگرالگیرهای پیشرو و پسرو خاصی دارند. به منظور غلبه بر این معایب، الگوریتم کنترلی مبتنی بر ANN برای کاهش فلیکر ولتاژ در این مقاله ارائه شد. از آنجا که کنترل‌ها شامل هیچ پارامتر وابسته به شرایط شبکه نیستند، عملکرد چنین کنترلری نسبت به ساختار شبکه، محل خطا و بارگذاری سیستم قوی و مستحکم است. ساختار کنترلی مرکززدایی شده و نیازی به هماهنگی با سایر تجهیزات جبرانسازی ندارد. ساختار الگوریتم ارائه شده به راحتی قابل درک بوده و خیلی ساده پیاده‌سازی شده و از نقطه‌نظر مهندسی جذاب است. این مدل در MATLAB/SIMULINK اجرا شده و عملکرد کنترلر ارزیابی د. شبیه سازی عددی نشان دهنده کارائی کنترلر در جبرانسازی و اصلاح فلیکر ولتاژ است. 

 

ترجمه شکل‌ها

شکل 1. تشریح فلیکر ولتاژ

شکل 2. نمایش مفهومی UPFC

شکل 3. مدل دو مبدل UPFC

شکل 4. UPFC برای کاهش فلیکر

شکل 5. کنترلر SRF اصلاح‌شده برای کاهش فلیکر

شکل 6. کنترلر مبتنی بر ANN برای کاهش فلیکر

شکل 7. مدار خودشارژ سه‌فاز

شکل 8. نصب کوره قوسی معمولی

شکل 9. مدل کوره قوسی

شکل 10. مقدار RMS ولتاژ در PCC بدون حضور UPFC

شکل 11. مقدار RMS ولتاژ در PCC با حضور UPFC