پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار

word
147
2 MB
32265
1392
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۴,۷۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc.»

    گرایش: قدرت

    چکیده

    فیلتر اکتیو سری برای جدا سازی هارمونیک و تنظیم ولتاژ بار، در بار های غیر‌خطی نوع منبع ولتاژ هارمونیکی تکفاز و سه‌فاز طراحی شده است. یک روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار تحت عنوان روش مقدار مطلق پیشنهاد شده است که به الگوریتم کنترلی فیلتر اکتیو سری اعمال می‌گردد. سیستم‌های جبران سازی شده فیلتر اکتیو سری را می‌توان با استفاده از مدل‌های ساده شده نشان داد، به طوری که بهره‌ کنترل‌کننده‌ها به راحتی تخمین زده شوند. عملکرد جداساز هارمونیک و تنظیم ولتاژ بار سیستم‌های جبرانسازی شده فیلتر اکتیو تکفاز kW 2.5 و سه‌فاز kW 10 توسط نرم‌افزار MATLAB شبیه‌سازی شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که کارایی روش مقدار مطلق برای عملکرد جداساز هارمونیک و تنظیم ولتاژ بار نسبت به روش فیلترینگ پایین / بالا گذر معمولی برتری دارد.

    واژگان کلیدی:

    استخراج هارمونیک، روش مقدار مطلق، فیلتر اکتیو سری، هارمونیک ولتاژ، ولتاژ sag.

    مقدمه

    کیفیت توان الکتریکی در سیستم قدرت با توجه به کیفیت شکل موج ولتاژ ارائه شده توسط منبع و جریان کشیده شده توسط بار تعیین می‌گردد. هنگامی که یک منبع ولتاژ با فرکانس خاص به بار اعمال می‌شود اگر جریان بار سینوسی، هم فاز و هم فرکانس با منبع باشد آنگاه ضریب قدرت کامل می‌شود؛ با این حال، در عمل هیچکدام از منابع ولتاژ و یا بارها دارای ضریب توان کامل نیستند.

    مشکلات کیفیت توان باعث اختلال در ولتاژ،جریان و یا فرکانس می‌شوند که باعث اختلال و خرابی تجهیزات مشترکان می‌گردد.این اختلالات را می‌توان به دو دسته اختلال مربوط به منبع و بار طبقه بندی کرد. از اختلالات مربوط به منبع می‌توان وقفه، ولتاژ sag(کاهش ولتاژ)، ولتاژ swell(افزایش ولتاژ)، نامتعادلی ولتاژ و نوسانات ولتاژ [1]را نام برد. اختلالات مربوط به بار، جریان هارمونیکی بار و جریان راکتیو بار می‌باشد [1],[2],[3].

    مشترکان و شرکت برق  بایستی دو طرف مشکلات مربوط به کیفیت توان را کاهش دهند یا به عبارت دیگر کیفیت توان را افزایش دهند.شرکت برق بایستی طرح‌های بهتری برای عملکرد و حفاظت سیستم در برابر مشکلات مربوط به منبع بکار ببرد. به موازات آن شرکت برق بایستی مشترکان را مجبور به استفاده از وسایلی مانند جبران کننده‌های توان راکتیو و فیلتر برای بهبود کیفیت توان کند‌. علاوه بر این مشترکان بایستی از تجهیزات اضافی مانند ژنراتورها و تنظیم کننده‌های ولتاژ برای حفاظت بارهای خود در برابر  مشکلات احتمالی که ممکن است در سیستم قدرت رخ دهد؛نیز استفاده کنند.در نتیجه مشترکان بایستی توان راکتیو و هارمونیک تولیدی خودشان را جبران کرده و بارهای خود را از مشکلات مربوط به سیستم محافظت کنند.مشتریان بایستی بالاترین سطح آگاهی از کیفیت توان را داشته باشند زیرا ممکن است هر دو مشکل مربوط به کیفیت توان برای آنها اتفاق بیفتد.به عنوان مثال بارهای که از یکسو کننده‌های تریستوری یا دیودی استفاده می‌کنند مانند درایورهای تنظیم کننده سرعت (ASDs) ،منبع تغذیه اضطراری (UPSs) و مبدل‌های الکترونیکی مقدار قابل توجهی جریان هارمونیکی می‌کشند،به طوری که باعث اعوجاج شکل موج ولتاژ در نقطه اتصال مشترک (PCC)[2] می‌شود.همانطور که در شکل 1-1 می‌بینید منظور از PCC نقطه‌ای است که در آن بارهای دیگری از همان مشترک یا مشترک دیگر به منبع متصل می‌شوند.اگر مشترکی که هارمونیک ایجاد کرده دارای یک بار حساس به اعوجاج ولتاژ باشد بیشترین تاثیر بر روی همان مشترک می‌باشد.دیگر بارهای حساس به هارمونیک که به همان PCC متصل شده‌اند نیز تحت تاثیر این مشکل کیفیت توان قرار می‌گیرند.در نتیجه مشترکان بایستی سطح کیفیت توان مورد نیاز و شرایط تحمیل شده توسط سیستم را تعیین کنند و سپس یک راه حل قابل قبول برای برآورده کردن نیازهای خود درخواست دهند.

    به منظور طبقه بندی و ارزیابی مشکلات کیفیت توان،بایستی برخی از معیارهای کیفیت توان در نظر گرفته شوند.در استاندارد IEEE1159 تغییرات ولتاژ منبع و در استاندارد IEEE519 کنترل هارمونیک توصیه شده آمده است که به ترتیب مربوط به مشکلات کیفیت توان منبع و بار می‌باشند.برای توان راکتیو،محدودیت‌های مقامات محلی در نظر گرفته شده است.در جدول 1-1 طبقه بندی تغییرات اندازه ولتاژ با توجه به مدت زمان اختلال براساس استاندارد IEEE519 آمده است.از این جدول می‌توان دید که انحراف بزرگتر از 0.1 پریونیت در ولتاژ مشکل ساز در نظر گرفته شده است و طبقه بندی بر اساس ولتاژ sag و ولتاژ swell می‌باشد

     

    Abstract

     Series Active Filters (SAF) are designed for harmonic isolation and load voltage regulation of single-phase and three-phase voltage harmonic source type nonlinear loads. The novel Absolute Value Method (AVM) for load voltage harmonic extraction is proposed and applied in the control algorithm of SAF. The SAF compensated systems are represented by simplified linear models such that SAF controller gains can be easily determined. Harmonic isolation and load voltage regulation performances of 2.5 kW single-phase and 10 kW three-phase SAF compensated systems are evaluated by MATLAB simulations. Via simulations it is shown that AVM yields superior harmonic isolation and load voltage regulation performance compared to the conventional low/high pass filtering method.

     

    Keywords:

    absolute value method, harmonic extraction, Series active filter, voltage harmonics, voltage sag

  • فهرست و منابع پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار

    فهرست:

    چکیده

    فصل اول: مقدمه و معرفی

    1-1- مقدمه............................................................................................................................................................. 2

    1-2- فیلتر اکتیو سری.......................................................................................................................................... 9

    1-3- محدوده پایان نامه....................................................................................................................................... 11

    فصل دوم: فیلتر اکتیو سری

    2-1- مقدمه............................................................................................................................................................. 15

    2-2- تئوری فیلتر اکتیو سری.............................................................................................................................. 16

    2-2-1- جداسازی هارمونیک............................................................................................................................... 17

    2-2-2- تنظیم ولتاژ بار........................................................................................................................................ 19

    2-3- مدار قدرت فیلتر اکتیو سری.................................................................................................................... 20

    2-3-1 اینورتر منبع ولتاژ....................................................................................................................................... 20

    2-3-2- ترانسفورماتور تزریق سری................................................................................................................... 23

    2-3-2-1- نسبت دور.............................................................................................................................................. 25

    2-3-2-2- شار پیوندی مورد نیاز......................................................................................................................... 27

    2-3-2-3- طراحی ترانسفورماتور تزریق سری............................................................................................... 28

    2-3-3- فیلتر ریپل سویچینگ........................................................................................................................... 29

    ادامه فهرست مطالب

    عنوان                                                                                                      صفحه

    2-4- کنترل فیلتر اکتیو سری............................................................................................................................ 32

    2-4-1- کنترل‌کننده جداساز هارمونیک........................................................................................................ 32

    2-4-2- کنترل‌کننده مؤلفه اصلی................................................................................................................... 34

    2-4-2-1- تبدیل محورها...................................................................................................................................... 34

    2-4-2-2- کنترل‌کننده فیدبک.......................................................................................................................... 36

    2-4-2-3- کنترل‌کننده پیشخورد..................................................................................................................... 42

    2-4-3- کنترل‌کننده میرایی رزونانس.............................................................................................................. 43

    2-4-4- مدولاتور عرض پالس............................................................................................................................... 44

    2-4-5- حلقه قفل شده در فاز.......................................................................................................................... 44

    2-4-6- استخراج کننده هارمونیک / مؤلفه اصلی................................................................................... 46

    2-4-6-1- روش CM ............................................................................................................................................... 47

    2-4-6-1-1- استخراج جریان هارمونیک جریان خط................................................................................... 48

    2-4-6-1-2- استخراج هارمونیک و مؤلفه اصلی ولتاژ بار...................................................................... 50

    2-4-6-2- روش AVM ............................................................................................................................................ 51

    2-4-6-2-1- SPAVM......................................................................................................... 52

    2-4-6-2-2- TPAVM......................................................................................................... 55

    2-5- خلاصه............................................................................................................................................................. 58

    ادامه فهرست مطالب

    عنوان                                                                                                      صفحه

    فصل سوم: مدل‌های ساده‌شده سیستم فیلتر اکتیو سری

    3-1- مقدمه............................................................................................................................................................. 60

    3-2- مدل‌های ساده شده.................................................................................................................................... 60

    3-2-1- مدل فرکانس بالا..................................................................................................................................... 60

    3-2-2- مدل فرکانس پایین................................................................................................................................. 63

    3-3- SPSAF ........................................................................................................................................................... 66

    3-3-1- مدل فرکانس بالا..................................................................................................................................... 66

    3-3-2- مدل فرکانس پایین................................................................................................................................. 70

    3-3-2-1- SPSAF-CM......................................................................................................................................... 71

    3-3-2-2- SPSAF-AVM...................................................................................................................................... 76

    3-4- TPSAF............................................................................................................................................................ 79

    3-4-1- مدل فرکانس بالا..................................................................................................................................... 79

    3-4-2- مدل فرکانس پایین................................................................................................................................. 82

    3-4-2-1- TPSAF-CM......................................................................................................................................... 83

    3-4-2-2- TPSAF-AVM...................................................................................................................................... 87

    3-5- خلاصه............................................................................................................................................................. 91

     

    ادامه فهرست مطالب

    عنوان                                                                                                      صفحه

    فصل چهارم: تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم SPSAF2.5kW و TPSAF10Kw با استفاده

     از نرم‌افزار MATLAB

    4-1- مقدمه............................................................................................................................................................. 93

    4-2- SPSAF..................................................................................................................... 93

    4-2-1- مدل شبیه سازی سیستم جبران شده SPSAF.......................................................................... 93

    4-2-2- شبیه سازی سیستم جبران سازی شده SPSAF-CM.............................................................. 94

    4-2-2-1- جداساز هارمونیک............................................................................................................................. 96

    4-2-2-2- تنظیم ولتاژ بار.................................................................................................................................... 98

    4-2-3- شبیه سازی سیستم جبران شده SPSAF-AVM....................................................................... 102

    4-2-3-1- جداساز هارمونیک............................................................................................................................. 103

    4-2-3-2- تنظیم ولتاژ بار.................................................................................................................................... 104

    4-2-4- مقایسه عملکرد.................................................................................................................................... 108

    4-3 TPSAF.............................................................................................................................................................. 110

    4-3-1- مدل شبیه سازی سیستم TPSAF................................................................................................. 110

    4-3-2- شبیه سازی سیستم TPSAF-CM................................................................................................. 111

    4-3-2-1- جداساز هارمونیک............................................................................................................................. 113

    4-3-2-2- تنظیم ولتاژ بار.................................................................................................................................... 115

    ادامه فهرست مطالب

    عنوان                                                                                                      صفحه

    4-3-3- شبیه سازی TPSAF-AVM................................................................................................................. 125

    4-3-3-1- جداساز هارمونیک............................................................................................................................. 125

    4-3-3-2- تنظیم ولتاژ بار.................................................................................................................................... 127

    4-3-4- مقایسه عملکرد.................................................................................................................................... 137

    4-4- خلاصه............................................................................................................................................................. 139

    فصل پنجم: نتیجه گیری

    5-1- جمع بندی....................................................................................................................................................... 141

    5-2- نتیجه گیری................................................................................................................................................... 142

    5-3- کارهای آینده.................................................................................................................................................. 143

    منابع و مأخذ

     

    منبع:

    .  IEEE Std. 1159. (1992).  IEEE recommended practice for monitoring electric power quality.

     

    2. IEEE Std. 519. (1992).  IEEE recommended practices and requirements for harmonic control in electric power systems.

     

    3.  R. C. Dugan, M. F. McGranaghan. (2002). Electrical power systems quality. 2nd Edition, McGraw-Hill.

     

    4. T. C., Enerji Piyasası Düzenleme Kurulu (EPDK). (2004). Elektrik iletimi arz güvenilirligi ve kalitesi yönetmeligi. Resmi Gazete, Sayı: 25639.

     

     5. Özkaya Hasan. (2007). Parallel active filter design, control, and implementation. M.Sc. Thesis, Middle East Technical University, Ankara.

     

    6. F. Z. Peng. (2001). Application issues of active power filters. IEEE Industry Application Magazine, pp. 21-30.

     

     7. H. Akagi. (2005). Active harmonic filters. Proceedings of the IEEE, Vol. 93, Issue 12, pp. 2128-2141.

     

    8. B. Singh, K. Al-Haddad, A. Chandra. (1999). A review of active filters for power quality improvement. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.46, No. 5, pp. 960-971.

     

    9. A. King, W. Knight. (2003). Uninterruptible power supplies and standby power systems. McGraw-Hill, 1st Edition.

     

    10.  J. G. Nielsen, F. Blaabjerg. (2005).  A detailed comparison of system topologies for dynamic voltage restorers. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 41, No. 5, pp. 1272-1280.

    11. H. Fujita, H. Akagi. (1998).  The unified power quality conditioner: The integration of series- and shunt-active filters.  IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 13, No. 2, pp. 315-322.

     

    12. A.D. le Roux, H. T. Mouton, and H. Akagi. (2003). Digital control of an integrated series active filter and diode rectifier with voltage regulation. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 39, No. 6, pp. 1814- 1820.

     

    13. O.S. Sentürk, A.M. Hava. (2007). Tek-faz seri etkin süzgeç ile yük harmonic gerilimi yalıtımı ve sebeke gerilimi Çökmesi Düzeltimi. EVK 2007, II. Enerji Verimliligi ve Kalitesi Sempozyumu, sayfa 52-56.

     

    14. O.S. Sentürk, A.M. Hava. (2007). Yüksek Harmonik Yalıtım Basarımlı Tek-Faz Seri Etkin Süzgeç. Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisligi 12. Ulusal Kongresi.

     

    15. F. Z. Peng, H. Akagi, A. Nabae. (1990). A new approach to harmonic compensation in power systems – a combined system of shunt passive and series active filters. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 26, No. 6, pp. 983-990.

     

    16. S. Bhattacharya. (2003). High power active filter systems. Ph. D. Dissertation, University of Wisconsin-Madison.

     

     17. N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins. (2003). Power electronics converters, applications, and design. 3rd Edition, Wiley-Hill.

     

    18. Z. Pan, F. Z. Peng, S. Wang. (2005). Power factor correction using a series active filter. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 20, No. 1, pp. 148- 153.

     

    19.  J. Perez, V. Cardenas, V. Pazos, and S. Ramirez. (2002). Voltage harmonic cancellation in single-phase systems using a series active filter with a loworder controller. Power Electronics Congress CIEP, pp. 270-274.

     

    20. T. McLyman. (2004). Transformer and inductor design handbook. 3rd Edition, Marcel Dekker.

     

    21. C. Meyer, R. W. De Doncker, Y. W. Li, F. Blaabjerg. (2006). Experimental verification of an optimized control strategy for a medium-voltage DVR. IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 2091-2097.

     

    22. T. Jimichi, H. Fujita, H. Akagi. (2007). A practical approach to eliminating DC magnetic flux from the series transformer of a dynamic voltage restorer. Power Conversion Conference, pp. 1673-1679.

     

    23. T. Tanaka, K. Wada, H. Akagi. (1996). A control scheme for suppressing voltage oscillation on the AC side of a series active filter. ICHQP, pp.153-158.

     

    24. A. M. Hava, T. A. Lipo, W. L. Erdman. (1995). Utility interface issues for line connected PWM voltage source converters: a comparative study. Applied Power Electronics Conference, Vol. 1, pp. 125-132.

     

    25.  M. Saitou, N. Matsui, T. Shimizu. (2003).  A control strategy of single-phase active filter using a novel d-q transformation. Industry Applications Conference, Vol. 2, pp. 1222-1227.

     

    26. M. Gonzalez, V. Cardenas, F. Pazos. (2004). DQ transformation development for single-phase systems to compensate harmonic distortion and reactive power. Power Electronics Congress CIEP, pp. 177-182.

     

    27.  S. Srianthumrong, H. Fujita, H. Akagi. (2003). A DC model for transient analysis of a series active filter integrated with a double-series diode rectifier. IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 39, No. 3, pp. 864-872.

     

    28. V. Kaura, V. Blasko. (1997). Operation of a phase locked loop under distorted utility conditions.  IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 33, No. 1, pp. 58-63.

     

    29. M.S. Silva, B. M. Lopes, B. J. C. Filho, R. P. Campana, and W.C. Boaventura. (2004). Performance evaluation of PLL algorithms for single-phase grid-connected systems. Industry Applications Conference IAS, Vol. 4, pp.2259-2263.

     

    30. S. Srianthumrong, H. Fujita, H. Akagi. (2002).  Stability analysis of a series active filter integrated with a double-series diode rectifier. IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 17, No. 1, pp. 117-124.

     

    31. W. Leonhard. (1985). Control of electrical drives.  Springer-Verlag.

     

    32. E. Kocaoglan. (1997). Lecture notes on linear control systems.

     

    33. K. Ogata. (2002). Modern control engineering. 4th Edition, Prentice -Hall.

     

    34. A. R. Bergen. (1986).  Power systems analysis. 1st Edition, Prentice -Hall.

     

    35.  D.C. Jiles, D.L. Atherton. (1983).  Ferromagnetic hysteresis.  IEEE Transactions on Magnetics, Vol. MAG-19, No. 5, pp. 2183-2185



تحقیق در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, مقاله در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, پروپوزال در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, تز دکترا در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, پروژه درباره پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, گزارش سمینار در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار, رساله دکترا در مورد پایان نامه طراحی و کنترل فیلتر اکتیو سری با روش جدید برای استخراج هارمونیک ولتاژ بار

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس