Power quality improvement using DSTATCOM with affine projection algorithm
Creators
- 1. Thapar Institute of Engineering & Technology
- 2. Indian Institute of Technology Delhi
Description
IET Generation, Transmission & DistributionVolume 12, Issue 13 p. 3261-3269 Research ArticleFree Access Power quality improvement using DSTATCOM with affine projection algorithm Manoj Badoni, Corresponding Author Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Electrical and Instrumentation Engineering Department, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala, IndiaSearch for more papers by this authorAlka Singh, Alka Singh Electrical Engineering Department, Delhi Technological University, Delhi, IndiaSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Electrical Engineering Department, Indian Institute of Technology Delhi, Delhi, IndiaSearch for more papers by this author Manoj Badoni, Corresponding Author Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Electrical and Instrumentation Engineering Department, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala, IndiaSearch for more papers by this authorAlka Singh, Alka Singh Electrical Engineering Department, Delhi Technological University, Delhi, IndiaSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Electrical Engineering Department, Indian Institute of Technology Delhi, Delhi, IndiaSearch for more papers by this author First published: 24 May 2018 https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2017.0841Citations: 9AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract A distribution static compensator (DSTATCOM) is implemented at distribution level for overcoming several power quality problems commonly encountered today. Some of these problems considered here deal with issues of harmonics, unbalancing of loads, meeting reactive power demand of the load for improving power factor to unity and regulating the voltage. A new technique is proposed based on affine projection control algorithm and its design and implementation on a shunt compensator are discussed. The proposed control approach estimates the fundamental weight values of load currents. These weights are utilised to compute the magnitude and phase of reference grid currents and consequently gating pulses for three-phase voltage source converter (VSC). The control approach is based on the convergence of the weighted values and is independent of the property of the input signal. This control approach has characteristic of updating weights on the basis of multiple, delayed input signal vectors. Fast convergence of active and reactive weighted values is added advantage of the proposed control approach with the above-mentioned characteristics. A working prototype of the DSTATCOM is implemented using three-phase VSC and digital signal processor (DSP) (dSPACE 1104). The affine projection control approach is developed in MATLAB/SIMULINK and verified on a prototype using DSP. 1 Introduction Non-linear loads based on solid state devices are used in domestic as well as industrial loads. Solid state devices are commonly used in electric arc furnace, paper and pulp industry, steel and rolling mills, manufacturing semiconductor plants. The penetration of large number of non-linear loads causes proliferation of undesired harmonics in the distribution system. These cause increased heating in equipment and conductors leading to higher losses in distribution system. Other common power quality problems manifested in distribution systems are load unbalancing, imbalance of reactive power that needs to be addressed. These problems disturb round the clock operations and processes in several industries and affect operations in manufacturing industry, semiconductor processing plants, pharmaceutical industry and banking sector. The duration of such power quality problems may cause interruptions ranging from a few minutes to several hours and are detrimental to the system [1]. Several standards have been recommended based on the advances in power electronics technology to maintain stringent power quality standards beyond a certain specified minimum level [2]. Several solutions to these problems exist and can be broadly sub classified in the form of passive filters, custom power devices and hybrid filters [3]. Passive filters are efficient and have less initial cost, but drawbacks of being bulky in size, having higher space requirements and their detuning with time and risk of resonance with the load or the system impedance, make them unattractive option [4]. A complete family of customised solutions, now exists and their availability in shunt, series and hybrid configurations has opened new vistas with desired features. Shunt, series and hybrid compensation in the form of distribution static compensator (DSTATCOM), dynamic voltage restorers and unified power quality compensator, respectively, have attracted power engineers worldwide [5]. Out of these three basic devices, DSTATCOM has received widespread attention for mitigating current related power quality problems for a variety of loads ranging from combination of linear as well as non-linear loads to unbalanced loads [6]. A low-cost implementation of DSTATCOM has become realisable today due to rapid advancements in power semiconductor devices and digital signal processor (DSP) and their falling prices. Performance of the shunt compensator is highly dependent on the type of control approach used for particular application of the shunt compensator [7]. Several control algorithms based on time domain or frequency domain have been suggested by researchers in the past. Some immensely popular and effective control algorithms, which exist in time domain are developed in the form of synchronous reference theory (SRFT) [8], instantaneous reactive power theory (IRPT) [9], unified ADALINEs [10], adaptive Volterra second-order filter [11] and Lyapunov-function [12] etc. Panigrahi et al. [13] have focused on development of a linear quadratic Gaussian servo controller with faster reference estimation scheme for shunt active power filter. Xie et al. [14] have presented a new controller based on multirate fractional-order repetitive control for three-phase shunt filter for enhancing its performance. Singh and Solanki [15] have discussed comparative performance of three different methods, namely IRP theory, SRF theory and adaline based to derive reference currents. Recent control approaches based on adaptive repetitive control [16], predictive current control [17], Wiener filter [18], Gauss–Newton-based controller [19], and improved equal current approach [20] have also been developed by several researchers. The adaptive control approach can adjust its parameters according to variations in the system dynamics following a disturbance [21]. Based on adaptive control, several control techniques such as adaptive recursive inverse [22], a modified multi-frequency passivity-based control for shunt filter [23], neural network-based adaptive control approach [24], frequency-adaptive fractional-order repetitive control [25], combined least mean square (LMS)-based techniques such as LMS-least mean fourth [26], affine projection-like algorithm [27], and eco state network-based control techniques [28] have been reported. A control algorithm based on affine projection is developed in this paper for estimating the fundamental grid currents from distorted and unbalanced load currents. The purpose of extracting fundamental grid components is to ensure that only the real power load requirement is met from the grid and the DSTATCOM supplies the oscillating real power along with connected load's reactive power requirement. The proposed system is used for suppression of harmonics, excessive reactive power control and balancing of load in two modes, namely improvement of power factor in addition to regulation of point of common connection (PCC) voltage. The affine projection control approach is found more suitable than LMS control approach in the applications where the input signal is highly correlated [29]. LMS algorithm exhibits the problem of slow convergence, which tends to deteriorate significantly depending on the property of the input signal. The affine projection algorithm is developed to ameliorate the problems commonly faced with LMS algorithm or its variants. Additional advantages of the proposed algorithm are the coefficient vector approach and fast convergence speed irrespective of input signal characteristics. This algorithm has benefits of fast computing and updating weights under dynamics due to multiple input vectors. In contrast, the LMS algorithm updates weights on the basis of a single input vector only [30]. Hence, the proposed algorithm is designed as an effective controller for achieving shunt compensation. 2 System configuration and control algorithm The system comprises AC mains (three phase) with internal impedance, which is feeding linear/non-linear load. Three-phase VSC-based DSTATCOM is coupled at PCC with the AC mains as shown in Fig. 1. The ripple current in the compensating current is reduced by designing and inserting tuned value of interfacing inductor (Lf) at the output of VSC. The high-frequency switching noise in the PCC voltage during operation of VSC is eliminated by using passive Rf −Cf filters. A three-phase non-linear load is modelled comprising a diode bridge rectifier with R–L series branch. Specifications of developed real-time shunt compensator are given in the Appendix. Fig. 1Open in figure viewerPowerPoint Schematic diagram shunt compensator using affine projection control Fig. 2 shows the controller design using affine projection-based current control technique. The proposed approach extracts weights of load real and load reactive power constituents. Inputs to the control approach are sensed PCC voltages (vsa and vsb), grid currents (isa and isb), load currents (ila, ilb and ilc) and DC bus voltage (Vdc) to generate reference grid currents (isa*, isb* and isc*). Mathematical formulation of the proposed control approach is divided into three parts. The first and the second parts present the theoretical concepts of affine-based control algorithm as applied to calculate adaptive weights and the third part presents the computation of reference currents (for grid) and gating pulses for converter switching. The complete design of the control approach is given as follows. Fig. 2Open in figure viewerPowerPoint Block diagram of affine projection controller for shunt compensator 2.1 Computation of active reference grid current components A phase locked loop (PLL) less technique based on templates generation is used for synchronisation. The unit in phase templates (upa, upb and upc) are in phase with the three-phase PCC voltages (vsa, vsb and vsc) derived as (1) where Vt is the peak amplitude of PCC voltage, which is computed as (2) Vectors x (n) and d (n) denote the input regressor vector and desired input vectors, given as x (n) = [x (n), x (n − 1), …, x (n − k + 1)]T and d (n) = [d (n), d (n − 1),…, d (n − k + 1)], where k is the projection order. Therefore the error in the input vector and estimated input vector is given as (3) where w (n) is weight vector estimated from the affine projection algorithm and load current (il) is considered as desired input. The weight updation equation for affine projection algorithm with regularisation at n th sampling time is formulated as in [29, 30] (4) where x (n) is input vector, δ is the regularisation parameter, µ is the step size, I is identity matrix and e (n) is error in the computed and desired quantities of load current in any phase. Input vector x (n) comprises basically unit vectors (inphase unit vectors), then fundamental active component weighted values (wpa, wpb and wpc) corresponding to the load currents (ila, ilb and ilc) are given in (5)–(7) as follows: (5) (6) (7) The per phase equivalent fundamental active weighted value is calculated from (5) to (7) as follows: (8) Next, the switching losses are estimated by using a proportional-integral (PI) regulator over the voltage of DC bus of the VSC. The output weighted loss component (wpd) is calculated as (9) where constants Kpd (proportional) and Kid (integral) are the tuned PI gains, actual and reference DC bus values are (Vdc, Vdc*). The addition of per phase equivalent weighted value (wmp) and loss component, weighted value (wpd) gives reference weighted value as (10) Active constituents of reference grid currents are obtained using the reference weighted value and unit in phase templates as (11) 2.2 Computation of reactive reference grid current components The unit quadrature vectors (u qa, u qb and u qc) that are the reactive components of grid voltages computed from the unit in phase vectors (u pa, u pb and u pc) as follows: (12) (13) (14) Input vectors x (n) for this case are unit quadrature vectors (u qa, u qb and u qc). The fundamental reactive components weighted values are computed from affine projection algorithm given as (15) (16) (17) The per phase equivalent weighted value (w mq) of fundamental reactive component is computed using (15)–(17) as (18) The magnitude of AC bus voltage (at PCC) is determined using (2), and then compared with reference AC bus voltage. This comparison generates an error signal (vte) that is used to control the voltage at PCC by using a, second PI controller. The weighted value for AC bus PI controller is computed as (19) where constants Kpq and Kiq are represented as proportional and integral gains of PI used for adjusting AC bus voltage at the set value. The fundamental reactive reference weighted value (wrq) is obtained by subtracting the mean weighted value (wmq) and output of second PI controller weight (wt) given as (20) Thus, the reactive reference grid current components are obtained by using (20) and unit quadrature vectors calculated in (15)–(17) as (21) 2.3 Computation of references and gating pulses to VSC Reference grid currents (isa*, isb* and isc*) are obtained by the respective sum of active and reactive reference currents for each phase as given in (11) and (21) as (22) The currents errors between the respective reference (isa*, isb* and isc*) and sensed grid currents (isa, isb and isc) are computed in (22) and subsequently amplified through PI current regulator. The amplified errors are given to pulse width modulated (PWM) controller, which generates six switching pulses for three-phase DSTATCOM used for compensation. 3 Experimental results and discussion A prototype of shunt compensator is designed and developed in the laboratory using VSC, DSP-dSPACE 1104 R&D controller, Hall-Effect current and voltage sensors (LEM LA-25 and LEM LV-25) with suitable buffer circuitry and interfacing inductors. Due to rating constraints in the laboratory, this system is operated at AC mains of voltage level 110 V (L-L), 50 Hz. Test results for harmonics reduction and load balancing are presented in PFC and in VR modes. 3.1 Characteristic of affine projection-based control approach Fig. 3 shows the intermediate signals with affine projection control approach of the shunt compensator. Fig. 3a illustrates the wave shapes of sensed PCC voltage (vsa) along with PCC voltage after passing through filter (vsaf), unit in phase vector for the same phase (upa) and load current (ila). Fig. 3b shows the magnitude of fundamental active component weight of load current (wap), which is related to phase 'a', average active power weight (wmp), DC bus PI output (wpd) and reference weight (wrp) corresponding to active power. Fig. 3c shows the magnitude of the fundamental reactive power component of (ila) which is denoted as waq, average active power weight (wmq), PI controller (for voltage regulation) output (wt) and reference reactive weight (wrq). These results are shown for different loading conditions including the case of severe load unbalancing at the time of one phase load disconnected. Fig. 3d depicts the reference grid currents (isa*, isb* and isc*) along with the phase 'a' sensed grid currents (isa). It is clear that the average weighted value converges in steady-state condition as well as in unbalanced load conditions. The weighted value converges within a few cycles under dynamic load changes. These results show the satisfactory performance of the affine control approach for achieving load compensation using a shunt compensator. Fig. 3Open in figure viewerPowerPoint Experimental behaviour of shunt compensator with affine projection-based controller (a) vsa, vsaf, upa, ila, (b) wap, wmp, wpd, wrp, (c) waq, wmq, wt, wrq, (d) isa, isa*, isb*, isc* 3.2 Response of DSTATCOM in power factor correction mode Fig. 4 shows response of DSTATCOM using affine projection-based control approach in steady-state condition. Figs. 4a and b show the waveforms of grid (isa) and load (ila) current (all phase 'a') w.r.t. phase 'a' of PCC voltage (vsa). Figs. 4c and d show the harmonic spectra and percentage of distortion in grid current (isa) and load current (ila) to be 3.6 and 21.7%, separately. It is inferred from harmonic spectra that THD of 21.7% is acquired in grid current without shunt compensation and it gets considerably reduced to 3.6% level with the compensator action thereby adhering to limits specified by international standards. The application of affine projection based control for DSTATCOM control is justified. Fig. 4Open in figure viewerPowerPoint Steady-state behaviour of DSTATCOM under non-linear load (a), (b) isa, ila along with vsa, (c), (d) Harmonic spectra of isa and ila PFC mode. 3.3 Dynamic response of compensator Fig. 5 shows the dynamic behaviour of compensator with affine projection control approach. Figs. 5a–c show the results of grid, load and compensator currents (is ; ila, ilb and ilc ; ica, icb and icc) along with the PCC voltage (vsa f). These waveforms illustrate that the grid currents (is) are completely balanced as well as in-phase with voltages at PCC and sinusoidal under different loading conditions including one phase load removal. Fig. 5d illustrates the wave shapes for DC bus voltage (Vdc), grid current (isc), load current (ilc) and DSTATCOM current (icc, all phase 'c'). These waveforms illustrate that the voltage at DC bus reaches its set value (200 V) using the PI controller action. A small overshoot occurs in it at transient condition when the load is unbalanced. Fig. 5Open in figure viewerPowerPoint Dynamic behaviour of DSTATCOM using affine projection control (a) vsa f, grid currents, (b) vsa f, load currents, (c) vsa f, DSTATCOM currents, (d) Vdc, isc, ilc and icc in PFC mode 3.4 Steady-state response of compensator in VR mode Fig. 6 shows steady-state behaviour of a compensator in VR mode using affine projection based control approach. Figs. 6a and b show shapes of the waves illustrated graphically such as grid current (isa) and load current (ila) with PCC voltage (vsa) (all phase 'a'). Figs. 6c and d show the magnitude of harmonics of different orders as a percentage of fundamental for grid current, load current and PCC voltage. The distortion index for these is obtained to be 4.2 and 20.4%, respectively, as shown in this figure. An improved THD is achieved in grid current after compensation and meets the limit specified in an IEEE-519 standard. Figs. 7a–c show reactive powers in grid (Qs), load (Ql) and compensator (QC). It is observed from this result that the reactive power in grid and load are 0.11 and 0.12 kVAR, respectively. The leading reactive power in grid side indicates PCC voltage regulation. Fig. 6Open in figure viewerPowerPoint Steady-state behaviour of DSTATCOM in VR mode (a), (b) isa, ila along with vsa, (c), (d) Harmonic spectra of isa and ila Fig. 7Open in figure viewerPowerPoint Steady-state behaviour of DSTATCOM (a) Qs, (b) Ql, (c) QC in VR mode 3.5 Performance of compensator in VR mode Fig. 8 shows performance of the compensator in VR mode with affine projection control approach. Fig. 8a presents waveforms of regulated DC bus voltage (Vdc), regulated amplitude of PCC voltage (Vt) along with phase 'a' of grid current (isa) and load current (ila). The grid currents are balanced and sinusoidal as observed here. Fig. 8b illustrates wave shapes of DC bus voltage (Vdc), PCC voltage amplitude (Vt), phase 'a' of grid current (isa) and phase 'a' of load current (ila). It is concluded from these results that the magnitude of PCC voltage magnitude (Vt) is improved from 85 to 89 V, due to action of PI controller at AC bus. Fig. 8Open in figure viewerPowerPoint Dynamic behaviour of DSTATCOM in VR mode 4 Comparative performance of affine projection controller with SRFT and IRPT controllers An improved performance of proposed affine projection-based control algorithm is presented by comparing it with SRFT and IRPT-based control algorithms [8, 9]. These control algorithms are compared based on various parameters such as speed of convergence, harmonic compensation and sampling time taken by real system. Fig. 9a shows the convergence of active power component of load current using affine projection, SRFT- and IRPT-based control algorithms in steady-state loading conditions. These results show that the convergence of active component is achieved within one cycle with affine projection-based control algorithm, within six cycles with SRFT-based control algorithm and within five cycles with IRPT-based control algorithm. Fig. 9b shows convergence of active power component of load current using affine projection based control algorithm, SRFT-based control algorithm and IRPT-based control algorithm at dynamic load condition (when a phase of load is disconnected). This shows fast convergence of active component achieved within one cycle using affine projection-based control algorithm and within more than five cycles along with large oscillations with SRFT- and IRPT-based control algorithms. Fig. 9Open in figure viewerPowerPoint Convergence of active power component with affine projection, SRFT- and IRPT-based controller during (a) Steady state, (b) Dynamic load conditions Figs. 10a–d show harmonic spectra of grid current (isa) using affine projection based control algorithm, SRFT-based control algorithm, IRPT-based control algorithm and load current (all phase 'a'). This shows grid current distortions as 1.67% THD is achieved with affine projection-based control algorithm, 3.21% THD with SRFT-based control algorithm and 3.71% THD with IRPT-based control algorithm when there is 28.13% THD in the load current. These results demonstrate an improved performance of affine projection over SRFT- and IRPT-based control algorithms mainly in terms of transient performance and harmonics compensation. Comparative performance of affine projection control with SRFT- and IRPT-based control algorithms is summarised in Table 1. Fig. 10Open in figure viewerPowerPoint Harmonic spectra of grid current, isa using (a) Affine projection, (b) SRFT, (c) IRPT, (d) Harmonic spectrum of load current, ila Table 1. Comparative performance of affine projection, SRFT and IRPT control techniques Operations Affine projection SRFT IRPT type adaptive filter Parks transformation Clarks transformation convergence faster slower slower convergence of active component steady-state condition converge within one cycle (t = 0.02 s) converge within six cycles (t = 0.12 s) converge within five cycles (t = 0.1 s) dynamic condition converge within a cycle convergence takes more than five cycles large oscillations and convergence takes more than five cycles harmonic compensation grid current, iga 30.53 A, THD 1.67% 30.85 A, THD 3.21% 30.46 A, THD 3.71% load current, ila 30.75 A, THD 28.13% 30.75 A, THD 28.13% 30.75 A, THD 28.13% sample time, Ts 50 µs 70 µs 65 µs 5 Conclusions The implementation of three-phase DSTATCOM at distribution level has been presented here with the proposed affine projection-based control algorithm. The shunt compensator has been tested for alleviating numerous power quality problems of harmonics suppression, injection or supply of reactive power locally and to maintain load balancing during two operating modes namely PFC and VR. A closed loop control approach has been designed and developed for estimating reference grid currents, which are utilised for generating gating pulses for three-phase VSC. This algorithm has several noteworthy characteristics such as good convergence speed, which is independent of the distortions present in the input signal. As a result, the weights are updated very fast as the algorithm is based on weighted values from multiple, delayed input signal vectors. Due to these characteristics, the proposed control approach offers advantages such as fast convergence and is applicable for distorted non-linear load current. The experimental implementation of the control approach is based on few mathematical operations. The computation burden on the DSP using the proposed control approach is low and comparable to that of the conventional algorithms. Extensive load variations, i.e. both normal and abnormal operations, depict satisfactory performance of the shunt compensator with experimental analysis. Experimental results present THD of 3.6 and 4.2% in grid current after compensator action in PFC and VR modes, respectively. Grid currents have become balanced and free from distortions with several load conditions, which include steady state and load unbalancing. Additionally, the PCC voltage has been regulated to 89 V (set reference value), due to action of the control approach in VR mode. Moreover, affine projection-based control algorithm has been compared with SRFT-based control algorithm and IRPT-based control algorithm in terms of speed of convergence, harmonics compensation and sampling time. Test results clearly indicate better performance has been achieved using proposed affine projection-based control algorithm and it is effective for load compensation. 6 Acknowledgment The authors would like to thank the Department of Science and Technology (DST), Government of India, for the Sponsored Project (grant no. EMR/2016/001874). Appendix 8 AC line voltage 110 V, 50 Hz; Lf = 2.5 mH; DC bus capacitor of VSC Cdc = 1650 μF; voltage at DC bus Vdc = 200 V; 3-Ø rectifier (uncontrolled) with R = 18–60 Ω and L = 100 mH; sampling time Ts = 55 µs, cutoff frequency LPF at DC bus = 10 Hz, cutoff frequency LPF at AC bus = 12 Hz. 7 References 1Singh, B., Chandra, A., Haddad, K.Al: ' Power quality: problems and mitigation techniques' ( John Wiley and Sons, UK, 2015) 2Bollen, M.A.: ' Understanding power quality problems: voltage sags and interruptions' ( IEEE Press, Piscataway, USA, 2000) 3Ghosh, A., Ledwich, G.: ' Power quality enhancement using custom power devices' ( Springer International Edition, Delhi, 2009) 4Busarello, T.D.C., Pomilio, J.A., Simões, M.G.: 'Passive filter aided by shunt compensators based on the conservative power theory', IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52, (4), pp. 3340– 3347 5Akagi, H., Watanabe, E.H., Aredes, M.: ' Instantaneous power theory and applications to power conditioning' ( John Wiley & Sons, New Jersey, USA, 2007) 6Myneni, H., Siva Kumar, G., Sreenivasarao, D.: 'Dynamic DC voltage regulation of split-capacitor DSTATCOM for power quality improvement', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (17), pp. 4373– 4383 7Jou, H.L.: 'Performance comparison of the three-phase active-power-filter algorithms', IEE Proc. Gener. Trans. Distrib., 1995, 142, (6), pp. 646– 652 8Gonzalez-Espin, F., Figueres, E., Garcera, G.: 'An adaptive synchronous-reference-frame phase-locked loop for power quality improvement in a polluted utility grid', IEEE Trans. Ind. Electron., 2012, 59, (6), pp. 2718– 2731 9Herrera, R.S., Salmerón, P., Kim, H.: 'Instantaneous reactive power theory applied to active power filter compensation: different approaches, assessment, and experimental results', IEEE Trans. Ind. Electron., 2008, 55, (1), pp. 184– 196 10Qasim, M., Kanjiya, P., Khadkikar, V.: 'Optimal current harmonic extractor based on unified ADALINEs for shunt active power filters', IEEE Trans. Power Electron., 2014, 29, (12), pp. 6383– 6393 11Ahmad, M.T., Kumar, N., Singh, B.: 'AVSF-based control algorithm of DSTATCOM for distribution system', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (13), pp. 3389– 3396 12Sefa, I., Ozdemir, S., Komurcugil, H. et al.: 'Comparative study on Lyapunov-function-based control schemes for single-phase grid-connected voltage-source inverter with LCL filter', IET Renew. Power Gener., 2017, 11, (11), pp. 1473– 1482 13Panigrahi, R., Subudhi, B., Panda, P.C.: 'A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement', IEEE Trans. Power Electron., 2016, 31, (4), pp. 2860– 2869 14Xie, C., Zhao, X., Savaghebi, M. et al.: 'Multirate fractional-order repetitive control of shunt active power filter suitable for microgrid applications', IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., 2017, 5, (2), pp. 809– 819 15Singh, B., Solanki, J.: 'A comparison of control algorithms for DSTATCOM', IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, 56, (7), pp. 2738– 2745 16Zhao, Q., Ye, Y., Xu, G. et al.: 'Improved repetitive control scheme for grid-connected inverter with frequency adaptation', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 883– 890 17Venkatraman, K., Selvan, M.P., Moorthi, S.: 'Predictive current control of distribution static compensator for load compensation in distribution system', IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (10), pp. 2410– 2423 18Badoni, M., Singh, A., Singh, B.: 'Comparative performance of wiener filter and adaptive least mean square-based control for power quality improvement', IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (5), pp. 3028– 3037 19Chittora, P., Singh, A., Singh, M.: 'Gauss–newton-based fast and simple recursive algorithm for compensation using shunt active power filter', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (6), pp. 1521– 1530 20Gawande, S.P., Ramteke, M.R., Pande, N.: 'Improved equal current approach for reference current generation in shunt applications under unbalanced and distorted source and load conditions', IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (4), pp. 995– 1005 21Tey, L.H., So, P.L., Chu, Y.C.: 'Improvement of power quality using adaptive shunt active filter', IEEE Trans. Power Deliv., 2005, 20, (2), pp. 1558– 1568 22Badoni, M., Singh, A., Singh, B.: 'Adaptive recursive inverse based control algorithm for shunt active power filter', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 1053– 1064 23Mu, X., Wang, J., Wu, W. et al.: 'A modified multi-frequency passivity-based control for shunt active power filter with model-parameter-adaptive capability', IEEE Trans. Ind. Electron., 2018, 65, (1), pp. 760– 769 24Jayachandran, J., Sachithanandam, R.M.: 'Neural network-based control algorithm for DSTATCOM under nonideal source voltage and varying load conditions', Can. J. Electr. Comput. Eng., 2015, 38, (4), pp. 307– 317 25Zou, Z.X., Zhou, K., Wang, Z. et al.: 'Frequency-adaptive fractional-order repetitive control of shunt active power filters', IEEE Trans. Ind. Electron., 2015, 62, (3), pp. 1659– 1668 26Srinivas, M., Hussain, I., Singh, B.: 'Combined LMS–LMF-based control algorithm of DSTATCOM for power quality enhancement in distribution system', IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (7), pp. 4160– 4168 27Pathak, G., Singh, B., Panigrahi, B.K.: 'Control of wind-diesel microgrid using affine projection-like algorithm', IEEE Trans. Ind. Inf., 2016, 12, (2), pp. 524– 531 28Badoni, M., Singh, B., Singh, A.: 'Implementation of echo-state network-based control for power quality improvement', IEEE Trans. Ind. Electron., 2017, 64, (7), pp. 5576– 5584 29Arablouei, R., Doğançay, K.: 'Affine projection algorithm with selective projections', Signal Process., 2012, 92, (9), pp. 2253– 2263 30Song, J., Park, P.: 'An optimal variable step-size affine projection algorithm for the modified filtered-x active noise control', Signal Process., 2015, 114, pp. 100– 111 Citing Literature Volume12, Issue13July 2018Pages 3261-3269 FiguresReferencesRelatedInformation
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
IET Generation, Transmission & Distribution Volume 12, Issue 13 p. 3261-3269 مقالة بحثية الوصول المجاني تحسين جودة الطاقة باستخدام DSTATCOM مع خوارزمية إسقاط أفيني مانوج بادوني، المؤلف المراسل مانوج بادوني manojbadoni23@gmail.com قسم الهندسة الكهربائية والأجهزة، معهد ثابار للهندسة والتكنولوجيا، باتيالا، الهند البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف ألكا سينغ، قسم الهندسة الكهربائية ألكا سينغ، جامعة دلهي التكنولوجية، دلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف بهيم سينغ، قسم الهندسة الكهربائية بهيم سينغ، المعهد الهندي للتكنولوجيا دلهي، دلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف مانوج بادوني، المؤلف المراسل مانوج بادوني manojbadoni23@gmail.com الكهربائية و قسم هندسة الأجهزة، معهد ثابار للهندسة والتكنولوجيا، باتيالا، الهندالبحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلفألكا سينغ، قسم الهندسة الكهربائية ألكا سينغ، جامعة دلهي التكنولوجية، دلهي، الهندالبحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلفبهيم سينغ، قسم الهندسة الكهربائية بهيم سينغ، المعهد الهندي للتكنولوجيا دلهي، دلهي، الهندالبحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف نشرت لأول مرة: 24 مايو 2018 https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2017.0841Citations:9AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationإضافة إلى المفضلةتتبع الاقتباس شارك امنح الوصولشارك الوصولالوصول إلى النص الكاملشارك الوصول إلى النص الكامليرجى مراجعة شروط وأحكام الاستخدام ومربع الاختيار أدناه لمشاركة النص الكامل للمقالة. لقد قرأت وقبلت شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بمكتبة وايلي أونلاين. يمكنك استخدام الرابط أدناه لمشاركة النص الكامل لهذه المقالة مع أصدقائك وزملائك. اعرف المزيد. انسخ عنوان URL شارك رابطًاشارك على FacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract يتم تنفيذ معوض التوزيع الثابت (DSTATCOM) على مستوى التوزيع للتغلب على العديد من مشكلات جودة الطاقة الشائعة اليوم. بعض هذه المشاكل التي تم النظر فيها هنا تتعامل مع قضايا التوافقيات، وعدم توازن الأحمال، وتلبية الطلب على الطاقة التفاعلية للحمل لتحسين عامل القدرة على الوحدة وتنظيم الجهد. يتم اقتراح تقنية جديدة بناءً على خوارزمية التحكم في إسقاط التقارب ويتم مناقشة تصميمها وتنفيذها على معوض التحويلة. يقدر نهج التحكم المقترح قيم الوزن الأساسية لتيارات الحمل. تُستخدم هذه الأوزان لحساب حجم ومرحلة تيارات الشبكة المرجعية وبالتالي نبضات التسوير لمحول مصدر الجهد ثلاثي الأطوار (VSC). يعتمد نهج التحكم على تقارب القيم المرجحة وهو مستقل عن خاصية إشارة الدخل. يتميز نهج التحكم هذا بتحديث الأوزان على أساس متجهات إشارة الدخل المتعددة والمتأخرة. يضيف التقارب السريع للقيم المرجحة النشطة والتفاعلية ميزة لنهج التحكم المقترح مع الخصائص المذكورة أعلاه. يتم تنفيذ نموذج أولي عامل من DSTATCOM باستخدام VSC ثلاثي المراحل ومعالج الإشارات الرقمية (DSP) (dSPACE 1104). تم تطوير نهج التحكم في الإسقاط المتصل في MATLAB/SIMULINK والتحقق منه على نموذج أولي باستخدام DSP. 1 مقدمة تستخدم الأحمال غير الخطية القائمة على الأجهزة ذات الحالة الصلبة في الأحمال المنزلية والصناعية. تُستخدم أجهزة الحالة الصلبة بشكل شائع في أفران القوس الكهربائي، وصناعة الورق واللب، ومصانع الصلب والدرفلة، وتصنيع مصانع أشباه الموصلات. يؤدي اختراق عدد كبير من الأحمال غير الخطية إلى انتشار التوافقيات غير المرغوب فيها في نظام التوزيع. وتؤدي هذه إلى زيادة التسخين في المعدات والموصلات مما يؤدي إلى خسائر أكبر في نظام التوزيع. تتمثل مشاكل جودة الطاقة الشائعة الأخرى التي تتجلى في أنظمة التوزيع في عدم توازن الحمل، وعدم توازن الطاقة التفاعلية التي يجب معالجتها. تزعج هذه المشاكل العمليات والعمليات على مدار الساعة في العديد من الصناعات وتؤثر على العمليات في الصناعة التحويلية ومصانع معالجة أشباه الموصلات وصناعة الأدوية والقطاع المصرفي. قد تتسبب مدة مشاكل جودة الطاقة هذه في حدوث انقطاعات تتراوح من بضع دقائق إلى عدة ساعات وتضر بالنظام [1]. تمت التوصية بالعديد من المعايير بناءً على التقدم في تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة للحفاظ على معايير صارمة لجودة الطاقة تتجاوز مستوى أدنى معين [2]. توجد العديد من الحلول لهذه المشاكل ويمكن تصنيفها على نطاق واسع في شكل مرشحات سلبية وأجهزة طاقة مخصصة ومرشحات هجينة [3]. المرشحات السلبية فعالة وذات تكلفة أولية أقل، ولكن عيوب كونها ضخمة الحجم، ومتطلبات مساحة أعلى وتفكيكها مع مرور الوقت وخطر الصدى مع الحمل أو معاوقة النظام، تجعلها خيارًا غير جذاب [4]. توجد الآن مجموعة كاملة من الحلول المخصصة، وقد فتح توفرها في تكوينات التحويلة والسلسلة والهجين آفاقًا جديدة مع الميزات المطلوبة. اجتذب تعويض التحويلة والسلسلة والهجين في شكل معوض توزيع ثابت (DSTATCOM)، ومرممات الجهد الديناميكي ومعوض جودة الطاقة الموحد، على التوالي، مهندسي الطاقة في جميع أنحاء العالم [5]. من بين هذه الأجهزة الأساسية الثلاثة، حظيت DSTATCOM باهتمام واسع النطاق للتخفيف من مشاكل جودة الطاقة الحالية لمجموعة متنوعة من الأحمال التي تتراوح من مزيج من الأحمال الخطية وغير الخطية إلى الأحمال غير المتوازنة [6]. أصبح تنفيذ DSTATCOM منخفض التكلفة قابلاً للتحقيق اليوم بسبب التقدم السريع في أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية ومعالج الإشارات الرقمية (DSP) وانخفاض أسعارها. يعتمد أداء معادل التحويلة بشكل كبير على نوع طريقة التحكم المستخدمة لتطبيق معين لمعادل التحويلة [7]. اقترح الباحثون في الماضي العديد من خوارزميات التحكم بناءً على المجال الزمني أو مجال التردد. يتم تطوير بعض خوارزميات التحكم الشائعة والفعالة بشكل كبير، والتي توجد في المجال الزمني في شكل نظرية مرجعية متزامنة (SRFT) [8]، ونظرية القدرة التفاعلية اللحظية (IRPT) [9]، وأدالين موحدة [10]، ومرشح فولتيرا التكيفي من الدرجة الثانية [11] ووظيفة ليابونوف [12] وما إلى ذلك. ركز بانيغراهي وآخرون [13] على تطوير وحدة تحكم مؤازرة غاوسية تربيعية خطية مع مخطط تقدير مرجعي أسرع لمرشح الطاقة النشط للتحويلة. قدم شيه وآخرون [14] وحدة تحكم جديدة تعتمد على التحكم المتكرر متعدد الترتيب الكسري لمرشح التحويلة ثلاثي الأطوار لتعزيز أدائه. ناقش سينغ وسولانكي [15] الأداء المقارن لثلاث طرق مختلفة، وهي نظرية IRP ونظرية SRF والأدالين القائمة على اشتقاق التيارات المرجعية. كما قام العديد من الباحثين بتطوير مناهج التحكم الحديثة القائمة على التحكم المتكرر التكيفي [16]، والتحكم في التيار التنبئي [17]، ومرشح وينر [18]، ووحدة التحكم القائمة على غاوس- نيوتن [19]، ونهج التيار المتساوي المحسن [20]. يمكن لنهج التحكم التكيفي ضبط معالمه وفقًا للاختلافات في ديناميكيات النظام بعد حدوث اضطراب [21]. استنادًا إلى التحكم التكيفي، تم الإبلاغ عن العديد من تقنيات التحكم مثل المعاكس التكيفي التكراري [22]، والتحكم المعدل القائم على السلبية متعددة الترددات لمرشح التحويلة [23]، ونهج التحكم التكيفي القائم على الشبكة العصبية [24]، والتحكم المتكرر بالترتيب الكسري التكيفي للتردد [25]، والتقنيات القائمة على المربع الأقل (LMS) مثل LMS - أقل متوسط رابع [26]، والخوارزمية الشبيهة بالإسقاط [27]، وتقنيات التحكم القائمة على شبكة الحالة البيئية [28]. تم تطوير خوارزمية تحكم تعتمد على إسقاط التقارب في هذه الورقة لتقدير تيارات الشبكة الأساسية من تيارات الحمل المشوهة وغير المتوازنة. الغرض من استخراج مكونات الشبكة الأساسية هو ضمان تلبية متطلبات حمل الطاقة الحقيقية فقط من الشبكة وتوفر DSTATCOM الطاقة الحقيقية المتذبذبة جنبًا إلى جنب مع متطلبات الطاقة التفاعلية للحمل المتصل. يستخدم النظام المقترح لقمع التوافقيات والتحكم المفرط في القدرة التفاعلية وموازنة الحمل في وضعين، وهما تحسين عامل القدرة بالإضافة إلى تنظيم جهد نقطة الاتصال المشتركة (PCC). تم العثور على نهج التحكم في الإسقاط المتصل أكثر ملاءمة من نهج التحكم في نظام إدارة التعلم في التطبيقات التي ترتبط فيها إشارة الدخل ارتباطًا وثيقًا [29]. تُظهر خوارزمية نظام إدارة التعلم مشكلة التقارب البطيء، والتي تميل إلى التدهور بشكل كبير اعتمادًا على خاصية إشارة الدخل. تم تطوير خوارزمية الإسقاط الأفيني لتحسين المشاكل التي تواجه عادة خوارزمية نظام إدارة التعلم أو متغيراتها. تتمثل المزايا الإضافية للخوارزمية المقترحة في نهج متجه المعاملات وسرعة التقارب السريع بغض النظر عن خصائص إشارة الدخل. تتمتع هذه الخوارزمية بفوائد الحوسبة السريعة وتحديث الأوزان في ظل الديناميكيات بسبب متجهات الإدخال المتعددة. في المقابل، تقوم خوارزمية نظام إدارة التعلم بتحديث الأوزان على أساس متجه إدخال واحد فقط [30]. وبالتالي، تم تصميم الخوارزمية المقترحة كوحدة تحكم فعالة لتحقيق تعويض التحويلة. 2 تكوين النظام وخوارزمية التحكم يتكون النظام من أنابيب التيار المتردد (ثلاث مراحل) مع معاوقة داخلية، والتي تغذي الحمل الخطي/غير الخطي. يقترن DSTATCOM القائم على VSC ثلاثي الطور في PCC مع التيار الكهربائي للتيار المتردد كما هو موضح في الشكل. 1. يتم تقليل تيار التموج في التيار التعويضي من خلال تصميم وإدخال قيمة موالفة للمحاث البيني (Lf) عند خرج VSC. يتم التخلص من ضوضاء التبديل عالية التردد في جهد التحكم في السرعة أثناء تشغيل نظام التحكم في الرؤية باستخدام مرشحات الترددات اللاسلكية السلبية. يتم نمذجة حمل غير خطي ثلاثي الطور يشتمل على مقوم جسر ديود مع فرع سلسلة RL. ترد مواصفات معوض التحويلة المطور في الوقت الفعلي في الملحق. الشكل 1 مفتوح في عارض الشكل معادل التحويلة التخطيطي PowerPoint باستخدام التحكم في الإسقاط المتصل يوضح الشكل 2 تصميم وحدة التحكم باستخدام تقنية التحكم في التيار القائمة على الإسقاط المتصل. يستخرج النهج المقترح أوزان مكونات الطاقة التفاعلية للحمل الحقيقي والحمل. يتم استشعار مدخلات نهج التحكم بجهد PCC (vsa و vsb)، وتيارات الشبكة (ISA و ISB)، وتيارات الحمل (ila و ilb و ilc) وجهد ناقل التيار المستمر (Vdc) لتوليد تيارات الشبكة المرجعية (ISA* و ISB * و ISC*). تنقسم الصياغة الرياضية لنهج التحكم المقترح إلى ثلاثة أجزاء. يقدم الجزءان الأول والثاني المفاهيم النظرية لخوارزمية التحكم القائمة على التقارب كما هو مطبق لحساب الأوزان التكيفية ويعرض الجزء الثالث حساب التيارات المرجعية (للشبكة) ونبضات التبوير لتحويل المحول. يرد التصميم الكامل لنهج التحكم على النحو التالي. الشكل 2 مفتوح في عارض الشكل مخطط كتلة PowerPoint لجهاز التحكم في الإسقاط المتصل لمعادل التحويلة 2.1 حساب مكونات تيار الشبكة المرجعية النشطة يتم استخدام تقنية الحلقة المقفلة للطور (PLL) الأقل استنادًا إلى توليد القوالب للمزامنة. تكون الوحدة في قوالب الطور (UPA و UPB و UPC) في الطور مع فولتية PCC ثلاثية الطور (VSA و VSB و VSC) المشتقة على النحو التالي (1) حيث Vt هي سعة الذروة لجهد PCC، والتي يتم حسابها على أنها (2) المتجهات x (n) و d (n) تشير إلى ناقلات مرجع الإدخال ومتجهات الإدخال المطلوبة، المعطاة على أنها x (n) = [x (n)، x (n − 1)،...، x (n − k + 1)]T و d (n) = [d (n)، d (n − 1)،...، d (n - k + 1)]، حيث k هو ترتيب الإسقاط. لذلك يتم إعطاء الخطأ في متجه الإدخال ومتجه الإدخال المقدر على النحو التالي (3) حيث w (n) هو متجه الوزن المقدر من خوارزمية الإسقاط التوافقي ويعتبر تيار الحمل (il) بمثابة الإدخال المطلوب. تتم صياغة معادلة تحديث الوزن لخوارزمية إسقاط التقارب مع التنظيم في وقت أخذ العينات كما هو الحال في [29، 30] (4) حيث x (n) هو متجه الإدخال، δ هو معلمة التنظيم، μ هو حجم الخطوة، I هو مصفوفة الهوية و e (n) هو خطأ في الكميات المحسوبة والمطلوبة من تيار الحمل في أي مرحلة. يشتمل متجه الإدخال x (n) بشكل أساسي على متجهات الوحدة (متجهات وحدة الطور)، ثم يتم إعطاء القيم المرجحة للمكون النشط الأساسي (wpa و wpb و wpc) المقابلة لتيارات الحمل (ila و ilb و ilc) في (5)–(7) على النحو التالي: (5) (6) (7) يتم حساب القيمة المرجحة النشطة الأساسية المكافئة لكل مرحلة من (5) إلى (7) على النحو التالي: (8) بعد ذلك، يتم تقدير خسائر التبديل باستخدام منظم تكامل تناسبي (PI) على جهد ناقل التيار المستمر لـ VSC. يتم حساب مكون الخسارة المرجحة للإخراج (wpd) على أنه (9) حيث تكون الثوابت Kpd (متناسبة) و Kid (متكاملة) هي مكاسب PI المضبوطة، وقيم ناقل التيار المستمر الفعلية والمرجعية هي (Vdc، Vdc*). إن إضافة القيمة المرجحة المكافئة لكل مرحلة (wmp) ومكون الخسارة، والقيمة المرجحة (wpd) تعطي قيمة مرجعية مرجحة كـ (10) يتم الحصول على المكونات النشطة لتيارات الشبكة المرجعية باستخدام القيمة المرجعية والوحدة المرجحة في قوالب الطور كـ (11) 2.2 حساب مكونات تيار الشبكة المرجعية التفاعلية متجهات الوحدة التربيعية (u qa و u qb و u qc) وهي المكونات التفاعلية لجهد الشبكة المحسوبة من الوحدة في متجهات الطور (u pa و u pb و u pc) على النحو التالي: (12) (13) (14) متجهات الإدخال x (n) لهذه الحالة هي متجهات الوحدة التربيعية (u qa و u qb و u qc). يتم حساب القيم المرجحة للمكونات التفاعلية الأساسية من خوارزمية الإسقاط الأفيني المعطاة في صورة (15) (16) (17) يتم حساب القيمة المرجحة المكافئة لكل طور (w mq) للمكون التفاعلي الأساسي باستخدام (15)–(17) كـ (18) يتم تحديد حجم جهد ناقل التيار المتردد (عند PCC) باستخدام (2)، ثم مقارنته بجهد ناقل التيار المتردد المرجعي. تولد هذه المقارنة إشارة خطأ (VTE) تستخدم للتحكم في الجهد عند PCC باستخدام وحدة تحكم PI ثانية. يتم احتساب القيمة المرجحة لوحدة تحكم PI لناقل التيار المتردد على أنها (19) حيث يتم تمثيل الثوابت Kpq و Kiq كمكاسب متناسبة ومتكاملة من PI المستخدمة لضبط جهد ناقل التيار المتردد بالقيمة المحددة. يتم الحصول على القيمة المرجعية المرجعية التفاعلية الأساسية (wrq) عن طريق طرح القيمة المرجحة المتوسطة (wmq) وإخراج وزن وحدة التحكم الثانية في PI (بالوزن) المعطاة على أنها (20) وبالتالي، يتم الحصول على مكونات تيار الشبكة المرجعية التفاعلية باستخدام (20) ومتجهات تربيعية للوحدة محسوبة في (15)–(17) على أنها (21) 2.3 يتم الحصول على حساب المراجع ونبضات التحويل إلى تيارات الشبكة المرجعية VSC (ISA* و ISB * و ISC*) من خلال المجموع المعني للتيارات المرجعية النشطة والمتفاعلة لكل مرحلة كما هو موضح في (11) و (21) على أنها (22) يتم حساب أخطاء التيارات بين المرجع المعني (ISA* و ISB * و ISC*) والتيارات الشبكية المستشعرة (ISA و ISB و ISC) في (22) ويتم تضخيمها لاحقًا من خلال منظم تيار PI. يتم إعطاء الأخطاء المضخمة لوحدة التحكم في تعديل عرض النبضة (PWM)، والتي تولد ست نبضات تبديل لـ DSTATCOM ثلاثية الأطوار المستخدمة للتعويض. 3 النتائج التجريبية والمناقشة تم تصميم وتطوير نموذج أولي لمعوض التحويلة في المختبر باستخدام VSC، ووحدة تحكم DSP - space 1104 للبحث والتطوير، ومستشعرات تيار وجهد تأثير هول (LEM LA -25 و LEM LV -25) مع دوائر عازلة مناسبة ومحاثات توصيل. نظرًا لقيود التصنيف في المختبر، يتم تشغيل هذا النظام عند مصدر التيار المتردد لمستوى الجهد 110 فولت (لتر - لتر)، 50 هرتز. يتم عرض نتائج الاختبار للحد من التوافقيات وموازنة الحمل في PFC وفي أوضاع الواقع الافتراضي. 3.1 تُظهر خاصية نهج التحكم القائم على الإسقاط الأفقي الشكل 3 الإشارات الوسيطة مع نهج التحكم في الإسقاط الأفقي لمعادل التحويلة. يوضح الشكل 3 أ الأشكال الموجية لجهد PCC المستشعر (vsa) جنبًا إلى جنب مع جهد PCC بعد المرور عبر الفلتر (vsaf)، والوحدة في متجه الطور لنفس الطور (upa) وتيار الحمل (ila). يوضح الشكل 3 ب حجم وزن المكون النشط الأساسي لتيار الحمل (WAP)، والذي يرتبط بالمرحلة "أ"، ومتوسط وزن الطاقة النشط (WMP)، ومخرج PI لناقل التيار المستمر (WPD) والوزن المرجعي (WRP) المقابل للطاقة النشطة. يوضح الشكل 3 ج حجم مكون القدرة التفاعلية الأساسي لـ (ila) والذي يشار إليه باسم الوقف، ومتوسط وزن الطاقة النشط (wmq)، وخرج وحدة تحكم PI (لتنظيم الجهد) (بالوزن) والوزن التفاعلي المرجعي (wrq). تظهر هذه النتائج لظروف التحميل المختلفة بما في ذلك حالة عدم توازن الحمل الشديد في وقت فصل حمل طور واحد. يصور الشكل 3 د تيارات الشبكة المرجعية (ISA* و ISB * و ISC*) جنبًا إلى جنب مع تيارات الشبكة المستشعرة للطور "أ" (ISA). من الواضح أن متوسط القيمة المرجحة يتقارب في حالة ثابتة وكذلك في ظروف الحمل غير المتوازن. تتقارب القيمة المرجحة في غضون بضع دورات في ظل تغيرات الحمل الديناميكي. تُظهر هذه النتائج الأداء المرضي لنهج التحكم المتصل لتحقيق تعويض الحمل باستخدام معوض التحويلة. الشكل 3 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint السلوك التجريبي لمعوض التحويلة مع وحدة التحكم القائمة على إسقاط التقارب (أ) vsa، vsaf، upa، ila، (ب) WAP، WMP، WPD، WRP، (ج) WAQ، WMQ، WT، WRQ، (د) ISA، ISA*، ISB *، ISC* 3.2 استجابة DSTATCOM في وضع تصحيح معامل القدرة الشكل 4 يوضح استجابة DSTATCOM باستخدام نهج التحكم القائم على إسقاط التقارب في حالة الحالة الثابتة. يوضح الشكلان 4 أ و ب الأشكال الموجية لتيار الشبكة (ISA) والحمل (ILA) (كل الطور 'a ') مع الطور' a 'لجهد PCC (VSA). يوضح الشكلان 4 ج و د الأطياف التوافقية ونسبة التشوه في تيار الشبكة (ISA) وتيار الحمل (ILA) لتكون 3.6 و 21.7 ٪، بشكل منفصل. يُستنتج من الأطياف التوافقية أنه يتم الحصول على دينار تايلاندي بنسبة 21.7 ٪ في تيار الشبكة دون تعويض التحويلة ويتم تخفيضه بشكل كبير إلى مستوى 3.6 ٪ مع عمل المعوض وبالتالي الالتزام بالحدود المحددة من قبل المعايير الدولية. تطبيق التحكم القائم على الإسقاط المتصل للتحكم في DSTATCOM له ما يبرره. الشكل 4 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint سلوك الحالة الثابتة لـ DSTATCOM تحت الحمل غير الخطي (أ) و (ب) ISA وILA جنبًا إلى جنب مع VSA و (ج) و (د) الأطياف التوافقية لوضع ISA وILA PFC. 3.3 تُظهر الاستجابة الديناميكية للمعاوض الشكل 5 السلوك الديناميكي للمعاوض مع نهج التحكم في الإسقاط المتصل. يوضح الشكل 5 أ- ج نتائج تيارات الشبكة والحمل والمعوض (هي ؛ ILA وILB وILC ؛ ICA وICB وICC) جنبًا إلى جنب مع جهد PCC (vsa f). توضح هذه الأشكال الموجية أن تيارات الشبكة متوازنة تمامًا وكذلك في الطور مع الفولتية عند PCC وجيبية في ظل ظروف تحميل مختلفة بما في ذلك إزالة حمل طور واحد. يوضح الشكل 5 د الأشكال الموجية لجهد ناقل التيار المستمر (VDC)، وتيار الشبكة (ISC)، وتيار الحمل (ILC) وتيار DSTATCOM (ICC، جميع الأطوار 'ج '). توضح هذه الأشكال الموجية أن الجهد عند ناقل التيار المستمر يصل إلى قيمته المحددة (200 فولت) باستخدام عمل وحدة التحكم PI. يحدث تجاوز صغير فيه في حالة عابرة عندما يكون الحمل غير متوازن. الشكل 5 مفتوح في عارض الشكلالسلوك الديناميكي لـ DSTATCOM باستخدام التحكم في الإسقاط المتصل (أ) vsa f، تيارات الشبكة، (ب) vsa f، تيارات الحمل، (ج) vsa f، تيارات DSTATCOM، (د) Vdc، isc، ilc و ICC في وضع PFC 3.4 استجابة الحالة الثابتة للمعاوض في وضع VR الشكل 6 يظهر سلوك الحالة الثابتة للمعاوض في وضع VR باستخدام نهج التحكم القائم على الإسقاط المتصل. يوضح الشكلان 6 أ و ب أشكال الموجات الموضحة بيانياً مثل تيار الشبكة (ISA) وتيار الحمل (ILA) بجهد PCC (VSA) (جميع الطور 'a '). يوضح الشكلان 6 ج و د حجم التوافقيات للأوامر المختلفة كنسبة مئوية من الأساسي لتيار الشبكة وتيار الحمل وجهد PCC. يتم الحصول على مؤشر التشويه لهذه لتكون 4.2 و 20.4 ٪، على التوالي، كما هو مبين في هذا الشكل. يتم تحقيق THD محسن في تيار الشبكة بعد التعويض ويستوفي الحد المحدد في معيار IEEE -519. يوضح الشكل 7 أ- ج القوى التفاعلية في الشبكة (Qs) والحمل (Ql) والمعوض (QC). ويلاحظ من هذه النتيجة أن القدرة التفاعلية في الشبكة والحمل هي 0.11 و 0.12 كيلو فولت تيار متردد، على التوالي. تشير القدرة التفاعلية الرائدة في جانب الشبكة إلى تنظيم جهد PCC. الشكل 6 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint سلوك الحالة الثابتة لـ DSTATCOM في وضع الواقع الافتراضي (أ)، (ب) عيسى، إيلا جنبًا إلى جنب مع vsa، (ج)، (د) الأطياف التوافقية لعيسى وإيلا الشكل. 7 افتح في عارض الشكلPowerPoint سلوك الحالة الثابتة لـ DSTATCOM (أ) Qs، (ب) Ql، (ج) مراقبة الجودة في وضع الواقع الافتراضي 3.5 أداء المعوض في وضع الواقع الافتراضي الشكل 8 يوضح أداء المعوض في وضع الواقع الافتراضي مع نهج التحكم في الإسقاط المتصل. يعرض الشكل 8 أ الأشكال الموجية لجهد ناقل التيار المستمر المنظم (Vdc)، والسعة المنظمة لجهد PCC (Vt) جنبًا إلى جنب مع الطور "a" لتيار الشبكة (ISA) وتيار الحمل (ILA). التيارات الشبكية متوازنة وجيبية كما لوحظ هنا. يوضح الشكل 8 ب الأشكال الموجية لجهد ناقل التيار المستمر (Vdc)، وسعة جهد PCC (Vt)، والطور "a" لتيار الشبكة (ISA) والطور "a" لتيار الحمل (ILA). يُستنتج من هذه النتائج أن حجم جهد PCC (فولت) قد تحسن من 85 إلى 89 فولت، بسبب عمل وحدة تحكم PI في ناقل التيار المتردد. الشكل 8 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint السلوك الديناميكي لـ DSTATCOM في وضع الواقع الافتراضي 4 الأداء المقارن لوحدة تحكم الإسقاط المتصل مع وحدات تحكم SRFT و IRPT يتم تقديم أداء محسن لخوارزمية التحكم المقترحة القائمة على الإسقاط المتصل من خلال مقارنتها بخوارزميات التحكم القائمة على SRFT و IRPT [8، 9]. تتم مقارنة خوارزميات التحكم هذه بناءً على معايير مختلفة مثل سرعة التقارب والتعويض التوافقي ووقت أخذ العينات الذي يستغرقه النظام الحقيقي. يوضح الشكل 9 أ تقارب مكون الطاقة النشط لتيار الحمل باستخدام الإسقاط المتصل وخوارزميات التحكم القائمة على SRFT و IRPT في ظروف تحميل ثابتة الحالة. تُظهر هذه النتائج أن تقارب المكون النشط يتحقق خلال دورة واحدة مع خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط، وفي غضون ست دورات مع خوارزمية التحكم القائمة على SRFT وفي غضون خمس دورات مع خوارزمية التحكم القائمة على IRPT. يوضح الشكل 9 ب تقارب مكون الطاقة النشط لتيار الحمل باستخدام خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط المتصل وخوارزمية التحكم القائمة على SRFT وخوارزمية التحكم القائمة على IRPT في حالة الحمل الديناميكي (عند فصل مرحلة من الحمل). يُظهر هذا التقارب السريع للمكون النشط الذي تم تحقيقه خلال دورة واحدة باستخدام خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط وضمن أكثر من خمس دورات جنبًا إلى جنب مع التذبذبات الكبيرة مع خوارزميات التحكم القائمة على SRFT و IRPT. الشكل 9 مفتوح في عارض الشكلتظهر تقارب PowerPoint لمكون الطاقة النشط مع الإسقاط المتصل، ووحدة التحكم القائمة على SRFT و IRPT خلال (أ) الحالة الثابتة، (ب) ظروف الحمل الديناميكية الأشكال 10 أ- د الأطياف التوافقية لتيار الشبكة (ISA) باستخدام خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط المتصل، وخوارزمية التحكم القائمة على SRFT، وخوارزمية التحكم القائمة على IRPT وتيار الحمل (جميع المراحل "أ "). يُظهر هذا تشوهات تيار الشبكة حيث يتم تحقيق 1.67 ٪ ثد مع خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط الأفيني، و 3.21 ٪ ثد مع خوارزمية التحكم القائمة على SRFT و 3.71 ٪ ثد مع خوارزمية التحكم القائمة على IRPT عندما يكون هناك 28.13 ٪ ثد في تيار الحمل. تُظهر هذه النتائج تحسنًا في أداء إسقاط التقارب على خوارزميات التحكم المستندة إلى SRFT و IRPT بشكل أساسي من حيث الأداء المؤقت وتعويض التوافقيات. يتم تلخيص الأداء المقارن للتحكم في الإسقاط المتصل مع خوارزميات التحكم المستندة إلى SRFT و IRPT في الجدول 1. الشكل 10 مفتوح في عارض الشكل الأطياف التوافقية PowerPoint لتيار الشبكة، ISA باستخدام (أ) إسقاط Affine، (ب) SRFT، (ج) IRPT، (د) الطيف التوافقي لتيار الحمل، ILA الجدول 1. الأداء المقارن لإسقاط التقارب وتقنيات التحكم في SRFT و IRPT تتقارب العمليات والإسقاط SRFT نوع IRPT المرشح التكيفي تحويل الحدائق يتقارب تحول كلاركس بشكل أسرع أبطأ من تقارب حالة الحالة الثابتة للمكون النشط خلال دورة واحدة (t = 0.02 s) تتقارب خلال ست دورات (t = 0.12 s) تتقارب الحالة الديناميكية خلال خمس دورات (t = 0.1 s) تتقارب الحالة الديناميكية خلال دورة تقارب تستغرق أكثر من خمس دورات تذبذبات كبيرة ويستغرق التقارب أكثر من خمس دورات تيار شبكة التعويض التوافقي، iga 30.53 A، THD 1.67 ٪ 30.85 A، THD 3.21 ٪ 30.46 A، THD 3.71 ٪ تيار الحمل، ILA 30.75 A، THD 28.13 ٪ 30.75 A، THD 28.13 ٪ 30.75 A، THD 28.13 ٪ وقت العينة، Ts 50 μs 70 μs 65 μs 5 استنتاجات تم تقديم تنفيذ توزيع DSOMTA على مستوى المرحلة الثالثة هنا مع خوارزمية التحكم القائمة على المشروع. تم اختبار معوض التحويلة للتخفيف من العديد من مشاكل جودة الطاقة لقمع التوافقيات أو الحقن أو توفير الطاقة التفاعلية محليًا وللحفاظ على توازن الحمل خلال وضعي التشغيل وهما PFC و VR. تم تصميم وتطوير نهج التحكم في الحلقة المغلقة لتقدير تيارات الشبكة المرجعية، والتي تستخدم لتوليد نبضات التسوير لـ VSC ثلاثي الأطوار. تحتوي هذه الخوارزمية على العديد من الخصائص الجديرة بالملاحظة مثل سرعة التقارب الجيدة، والتي تكون مستقلة عن التشوهات الموجودة في إشارة الدخل. ونتيجة لذلك، يتم تحديث الأوزان بسرعة كبيرة حيث تعتمد الخوارزمية على القيم المرجحة من متجهات إشارة الدخل المتعددة والمتأخرة. نظرًا لهذه الخصائص، يوفر نهج التحكم المقترح مزايا مثل التقارب السريع وينطبق على تيار الحمل غير الخطي المشوه. يعتمد التنفيذ التجريبي لنهج التحكم على عدد قليل من العمليات الرياضية. عبء الحساب على مزود خدمة التوصيل باستخدام نهج التحكم المقترح منخفض وقابل للمقارنة مع الخوارزميات التقليدية. توضح الاختلافات الواسعة في الحمل، أي العمليات العادية وغير الطبيعية، الأداء المرضي لمعوض التحويلة مع التحليل التجريبي. تقدم النتائج التجريبية درجة الحرارة الكلية 3.6 و 4.2 ٪ في تيار الشبكة بعد عمل المعوض في وضعي PFC و VR، على التوالي. أصبحت تيارات الشبكة متوازنة وخالية من التشوهات مع العديد من ظروف الحمل، والتي تشمل حالة ثابتة وعدم توازن الحمل. بالإضافة إلى ذلك، تم تنظيم جهد PCC إلى 89 فولت (القيمة المرجعية المحددة)، بسبب عمل نهج التحكم في وضع الواقع الافتراضي. علاوة على ذلك، تمت مقارنة خوارزمية التحكم القائمة على الإسقاط مع خوارزمية التحكم القائمة على SRFT وخوارزمية التحكم القائمة على IRPT من حيث سرعة التقارب وتعويض التوافقيات ووقت أخذ العينات. تشير نتائج الاختبار بوضوح إلى تحقيق أداء أفضل باستخدام خوارزمية التحكم المقترحة القائمة على الإسقاط وهي فعالة لتعويض الحمل. 6 شكر وتقدير يود المؤلفون أن يشكروا وزارة العلوم والتكنولوجيا، حكومة الهند، على المشروع الذي ترعاه (رقم المنحة EMR/2016/001874). الملحق 8 جهد خط التيار المتردد 110 فولت، 50 هرتز ؛ Lf = 2.5 مللي هرتز ؛ مكثف ناقل التيار المستمر لـ VSC Cdc = 1650 ميكرو فهرنهايت ؛ الجهد عند ناقل التيار المستمر Vdc = 200 فولت ؛ 3 - Ø المعدل (غير المنضبط) مع R = 18–60 Ω و L = 100 مللي هرتز ؛ وقت أخذ العينات Ts = 55 ميكرو ثانية، تردد القطع LPF عند ناقل التيار المستمر = 10 هرتز، تردد القطع LPF عند ناقل التيار المتردد = 12 هرتز. 7 المراجع 1Singh، B.، Chandra، A.، Haddad، K.Al: "جودة الطاقة: المشاكل وتقنيات التخفيف" ( John Wiley and Sons، UK، 2015) 2Bollen، MA: " فهم مشاكل جودة الطاقة: ترهل الجهد والانقطاعات" ( IEEE Press، Piscataway، USA، 2000) 3Ghosh، A.، Ledwich، G.: "تعزيز جودة الطاقة باستخدام أجهزة الطاقة المخصصة" ( Springer International Edition، Delhi، 2009) 4Busarello، TDC، Pomilio، JA، Simões، MG: "المرشح السلبي بمساعدة معوضات التحويلة بناءً على نظرية الطاقة المحافظة"، IEEE Trans. Ind. Appl.، 2016، 52، (4)، pp. 3340 - 3347 5Akagi، H.، Watanabe، E.H.، Aredes، M.: "نظرية الطاقة الفورية وتطبيقاتها على تكييف الطاقة" ( John Wiley & Sons، New Jersey، USA، 2007) 6Myneni، H.، Siva Kumar، G.، Sreenivasarao، D.: "تنظيم جهد التيار المستمر الديناميكي لـ DSTATCOM للمكثف المنفصل لتحسين جودة الطاقة"، IET Gener. Trans. Distrib.، 2017، 11، (17)، pp. 4373 - 4383 7Jou، H.L.: "مقارنة أداء خوارزميات مرشح الطاقة النشطة ثلاثية المراحل"، IEE Proc. Gener. Trans. Distrib.، 1995، 142، (6)، pp. 646 - 652 8Gonzalez - Espin، F.، Figueres، E.، Garcera، G.: "حلقة مقفلة بإطار متزامن تكيفي لتحسين جودة الطاقة في شبكة مرافق ملوثة"، IEEE Trans. Ind. Electron.، 2012، 59، (6)، pp. 2718 - 2731 9Herrera، R.S.، Salmerón، P.، Kim، H.: "نظرية القدرة التفاعلية الفورية المطبقة على تعويض مرشح الطاقة النشط: المناهج المختلفة والتقييم والنتائج التجريبية"، IEEE Trans. إند. إلكترون، 2008، 55، (1)، ص 184 - 196 10 قاسم، م.، كانجيا، ب.، خادكيكار، ف.: "المستخرج التوافقي الحالي الأمثل على أساس أدالين موحد لمرشحات الطاقة النشطة التحويلة"، IEEE Trans. Power Electron., 2014, 29, (12), pp. 6383 - 6393 11Ahmad, M.T., Kumar, N., Singh, B.: 'خوارزمية التحكم القائمة على AVSF لـ DSTATCOM لنظام التوزيع', IET Gener. Trans. Distrib.، 2017، 11، (13)، pp. 3389 - 3396 12Sefa، I.، Ozdemir، S.، Komurcugil، H. وآخرون.: "دراسة مقارنة حول مخططات التحكم القائمة على وظيفة Lyapunov لمحول مصدر الجهد المتصل بالشبكة أحادي الطور مع مرشح LCL"، IET Renew. مولد الطاقة، 2017، 11، (11)، ص 1473 - 1482 13 بانيغراهي، ر.، سوبودي، ب.، باندا، بي سي: "استراتيجية قوية للتحكم في مؤازرة LQG لمرشح الطاقة النشط على التحويلة لتعزيز جودة الطاقة"، IEEE Trans. باور إلكترون، 2016، 31، (4)، ص 2860 - 2869 14Xie، C.، تشاو، X.، سافاغيبي، M. وآخرون.: "التحكم المتكرر متعدد الترتيب الكسري لمرشح الطاقة النشط للتحويلة المناسب لتطبيقات الشبكة الصغيرة"، IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron.، 2017، 5، (2)، pp. 809 - 819 15Singh، B.، Solanki، J.: "مقارنة بين خوارزميات التحكم لـ DSTATCOM"، IEEE Trans. إند. إلكترون.، 2009، 56، (7)، ص 2738 - 2745 16Zhao، Q.، Ye، Y.، Xu، G. وآخرون.: "تحسين مخطط التحكم المتكرر للعاكس المتصل بالشبكة مع تكييف التردد"، IET Power Electron.، 2016، 9، (5)، pp. 883 - 890 17Venkatraman، K.، Selvan، MP، Moorthi، S.: "التحكم الحالي التنبؤي في معوض التوزيع الثابت لتعويض الحمل في نظام التوزيع"، IET Gener. التوزيع، 2016، 10، (10)، ص 2410 - 2423 18 بادوني، م.، سينغ، أ.، سينغ، ب.: "الأداء المقارن لمرشح القضيب والتحكم التكيفي الأقل متوسطًا على أساس مربع لتحسين جودة الطاقة"، IEEE Trans. Ind. Electron.، 2016، 63، (5)، pp. 3028 - 3037 19Chittora، P.، Singh، A.، Singh، M.: "خوارزمية تكرارية سريعة وبسيطة قائمة على غاوس- نيوتن للتعويض باستخدام فلتر الطاقة النشط للتحويلة"، IET Gener. Trans. Distrib.، 2017، 11، (6)، pp. 1521 - 1530 20 Gawande، SP، Ramteke، MR، Pande، N.: "تحسين نهج التيار المتساوي لتوليد التيار المرجعي في تطبيقات التحويلة في ظل ظروف المصدر والحمل غير المتوازنة والمشوهة"، IET Gener. Trans. Distrib.، 2016، 10، (4)، pp. 995 - 1005 21 Tey، L.H.، So، PL، Chu، Y.C.: "تحسين جودة الطاقة باستخدام مرشح التحويلة التكيفي النشط"، IEEE Trans. ديليف باور، 2005، 20، (2)، ص 1558 - 1568 22 بادوني، م.، سينغ، أ.، سينغ، ب.: "خوارزمية التحكم العكسية العكسية القائمة على التحويلة لمرشح الطاقة النشط"، إيت باور إلكترون، 2016، 9، (5)، ص 1053 - 1064 23Mu، X.، وانغ، ج.، وو، دبليو وآخرون.: "تحكم معدّل قائم على السلبية متعددة الترددات لمرشح الطاقة النشط على التحويلة مع القدرة على التكيف مع معلمات النموذج"، IEEE Trans. Ind. Electron.، 2018، 65، (1)، pp. 760 - 769 24 Jayachandran، J.، Sachithanandam، RM: "خوارزمية التحكم القائمة على الشبكة العصبية لـ DSTATCOM تحت جهد مصدر غير مثالي وظروف تحميل مختلفة"، CAN. J. Electr. Comput. Eng., 2015, 38, (4), pp. 307 - 317 25 Zou, Z.X., Zhou, K., Wang, Z. et al.: "التحكم المتكرر بالتردد التكيفي الجزئي لمرشحات الطاقة النشطة على التحويلة"، IEEE Trans. إند. إلكترون، 2015، 62، (3)، ص. 1659 - 1668 26 سرينيفاس، م.، حسين، آي.، سينغ، ب.: "خوارزمية التحكم المدمجة القائمة على LMS - LMF لـ DSTATCOM لتعزيز جودة الطاقة في نظام التوزيع"، IEEE Trans. Ind. Electron.، 2016، 63، (7)، pp. 4160 - 4168 27Pathak، G.، Singh، B.، Panigrahi، BK: "التحكم في الشبكة الدقيقة لطاقة الرياح والديزل باستخدام خوارزمية تشبه الإسقاط"، IEEE Trans. Ind. Inf.، 2016، 12، (2)، pp. 524 - 531 28 بادوني، م.، سينغ، ب.، سينغ، أ.: "تنفيذ التحكم القائم على شبكة حالة الصدى لتحسين جودة الطاقة"، IEEE Trans. Ind. Electron.، 2017، 64، (7)، pp. 5576 - 5584 29 Arablouei، R.، Doğançay، K.: "خوارزمية إسقاط Affine مع إسقاطات انتقائية"، Signal Process.، 2012، 92، (9)، pp. 2253 - 2263 30Song، J.، Park، P.: "خوارزمية إسقاط Affine متغيرة الحجم مثالية للتحكم في الضوضاء النشطة المصفاة"، Signal Process.، 2015، 114، pp. 100 - 111 نقلاً عن الأدبيات Volume12، Issue13July 2018Pages 3261-3269 FiguresReferencesRelatedInformationTranslated Description (French)
IET Generation, Transmission & DistributionVolume 12, Issue 13 p. 3261-3269 Research ArticleFree Access Power quality improvement using DSTATCOM with affine projection algorithm Manoj Badoni, Corresponding Author Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Electrical and Instrumentation Engineering Department, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala, IndiaSearch for more papers by this authorAlka Singh, Alka Singh Electrical Engineering Department, Delhi Technological University, Delhi, IndiaSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Electrical Engineering Department, Indian Institute of Technology Delhi, Delhi, IndiaSearch for more papers by this author Manoj Badoni, Corresponding Author Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Electrical and Département d'ingénierie de l'instrumentation, Institut Thapar d'ingénierie et de technologie, Patiala, IndeRecherche pour plus d'articles par cet auteurAlka Singh, Département d'ingénierie électrique Alka Singh, Université technologique de Delhi, Delhi, IndeRecherche pour plus d'articles par cet auteurBhim Singh, Département d'ingénierie électrique Bhim Singh, Institut indien de technologie Delhi, Delhi, IndeRecherche pour plus d'articles par cet auteur Première publication : 24 mai 2018 https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2017.0841Citations : 9AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAjouter aux favorisTrack citation ShareShare accessShare full-text accessShare full-text accessVeuillez consulter nos Conditions générales d'utilisation et cocher la case ci-dessous pour partager version texte intégral de l'article.J' ai lu et j'accepte les conditions d'utilisation de la bibliothèque en ligne WileyLien partageableUtilisez le lien ci-dessous pour partager une version texte intégral de cet article avec vos amis et collègues. En savoir plus.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinkedInRedditWechat Abstract Un compensateur statique de distribution (DSTATCOM) est mis en œuvre au niveau de la distribution pour surmonter plusieurs problèmes de qualité de l'alimentation couramment rencontrés aujourd'hui. Certains de ces problèmes considérés ici traitent des problèmes d'harmoniques, de déséquilibre des charges, de réponse à la demande de puissance réactive de la charge pour améliorer le facteur de puissance à l'unité et réguler la tension. Une nouvelle technique est proposée basée sur un algorithme de commande de projection affine et sa conception et sa mise en œuvre sur un compensateur de shunt sont discutées. L'approche de contrôle proposée estime les valeurs de poids fondamentales des courants de charge. Ces poids sont utilisés pour calculer l'amplitude et la phase des courants de grille de référence et, par conséquent, les impulsions de déclenchement pour le convertisseur de source de tension triphasé (VSC). L'approche de contrôle est basée sur la convergence des valeurs pondérées et est indépendante de la propriété du signal d'entrée. Cette approche de contrôle a pour caractéristique de mettre à jour les pondérations sur la base de multiples vecteurs de signaux d'entrée retardés. La convergence rapide des valeurs pondérées actives et réactives est un avantage supplémentaire de l'approche de contrôle proposée avec les caractéristiques susmentionnées. Un prototype fonctionnel du DSTATCOM est mis en œuvre à l'aide d'un VSC triphasé et d'un processeur de signal numérique (DSP) (dSPACE 1104). L'approche de contrôle de projection affine est développée en MATLAB/SIMULINK et vérifiée sur un prototype à l'aide de DSP. 1 Introduction Les charges non linéaires basées sur des dispositifs à semi-conducteurs sont utilisées dans les charges domestiques et industrielles. Les dispositifs à semi-conducteurs sont couramment utilisés dans les fours à arc électrique, l'industrie du papier et de la pâte à papier, les aciéries et les laminoirs, la fabrication d'usines de semi-conducteurs. La pénétration d'un grand nombre de charges non linéaires provoque la prolifération d'harmoniques indésirables dans le système de distribution. Celles-ci entraînent une augmentation de l'échauffement des équipements et des conducteurs entraînant des pertes plus élevées dans le système de distribution. D'autres problèmes courants de qualité de l'énergie qui se manifestent dans les systèmes de distribution sont le déséquilibre de la charge, le déséquilibre de la puissance réactive qui doit être résolu. Ces problèmes perturbent les opérations et les processus 24 heures sur 24 dans plusieurs industries et affectent les opérations dans l'industrie manufacturière, les usines de traitement des semi-conducteurs, l'industrie pharmaceutique et le secteur bancaire. La durée de tels problèmes de qualité de l'alimentation peut provoquer des interruptions allant de quelques minutes à plusieurs heures et sont préjudiciables au système [1]. Plusieurs normes ont été recommandées en fonction des progrès de la technologie de l'électronique de puissance pour maintenir des normes strictes de qualité de l'alimentation au-delà d'un certain niveau minimum spécifié [2]. Plusieurs solutions à ces problèmes existent et peuvent être largement sous-classées sous la forme de filtres passifs, de dispositifs d'alimentation personnalisés et de filtres hybrides [3]. Les filtres passifs sont efficaces et ont un coût initial moindre, mais les inconvénients d'être encombrants en taille, d'avoir des exigences d'espace plus élevées et leur désaccord avec le temps et le risque de résonance avec la charge ou l'impédance du système, les rendent peu attrayants [4]. Une famille complète de solutions personnalisées existe maintenant et leur disponibilité dans des configurations shunt, série et hybride a ouvert de nouvelles perspectives avec les fonctionnalités souhaitées. Les compensations shunt, série et hybride sous forme de compensateurs statiques de distribution (DSTATCOM), de restaurateurs de tension dynamiques et de compensateurs de qualité de puissance unifiés, respectivement, ont attiré des ingénieurs de puissance du monde entier [5]. Sur ces trois dispositifs de base, DSTATCOM a reçu une attention généralisée pour atténuer les problèmes de qualité de l'alimentation liés au courant pour une variété de charges allant de la combinaison de charges linéaires et non linéaires aux charges déséquilibrées [6]. Une mise en œuvre à faible coût de DSTATCOM est devenue réalisable aujourd'hui en raison des progrès rapides des dispositifs à semi-conducteurs de puissance et du processeur de signal numérique (DSP) et de leur baisse des prix. Les performances du compensateur de shunt dépendent fortement du type d'approche de contrôle utilisé pour une application particulière du compensateur de shunt [7]. Plusieurs algorithmes de contrôle basés sur le domaine temporel ou le domaine fréquentiel ont été suggérés par les chercheurs dans le passé. Certains algorithmes de contrôle extrêmement populaires et efficaces, qui existent dans le domaine temporel, sont développés sous la forme de la théorie des références synchrones (SRFT) [8], de la théorie de la puissance réactive instantanée (IRPT) [9], des ADALINE unifiées [10], du filtre de second ordre adaptatif de Volterra [11] et de la fonction de Lyapunov [12], etc. Panigrahi et al. [13] se sont concentrés sur le développement d'un servocommande gaussien quadratique linéaire avec un schéma d'estimation de référence plus rapide pour le filtre de puissance actif shunt. Xie et al. [14] ont présenté un nouveau contrôleur basé sur un contrôle répétitif d'ordre fractionnaire à débits multiples pour un filtre de dérivation triphasé afin d'améliorer ses performances. Singh et Solanki [15] ont discuté de la performance comparative de trois méthodes différentes, à savoir la théorie IRP, la théorie SRF et l'adaline basée sur le calcul des courants de référence. Plusieurs chercheurs ont également développé des approches de contrôle récentes basées sur le contrôle répétitif adaptatif [16], le contrôle prédictif du courant [17], le filtre de Wiener [18], le contrôleur basé sur Gauss-Newton [19] et l'approche améliorée du courant égal [20]. L'approche de contrôle adaptatif peut ajuster ses paramètres en fonction des variations de la dynamique du système suite à une perturbation [21]. Sur la base d'un contrôle adaptatif, plusieurs techniques de contrôle telles que l'inverse récursif adaptatif [22], un contrôle basé sur la passivité multifréquence modifié pour le filtre de dérivation [23], une approche de contrôle adaptatif basée sur un réseau neuronal [24], un contrôle répétitif d'ordre fractionnaire adaptatif en fréquence [25], des techniques combinées basées sur les moindres carrés moyens (LMS) telles que le quatrième moyen le plus faible LMS [26], un algorithme de type projection affine [27] et des techniques de contrôle basées sur un réseau d'état écologique [28] ont été rapportées. Un algorithme de contrôle basé sur la projection affine est développé dans cet article pour estimer les courants de grille fondamentaux à partir des courants de charge déformés et déséquilibrés. Le but de l'extraction des composants fondamentaux du réseau est de s'assurer que seule l'exigence de charge de puissance réelle est satisfaite à partir du réseau et le DSTATCOM fournit la puissance réelle oscillante ainsi que l'exigence de puissance réactive de la charge connectée. Le système proposé est utilisé pour la suppression des harmoniques, le contrôle de la puissance réactive excessive et l'équilibrage de la charge dans deux modes, à savoir l'amélioration du facteur de puissance en plus de la régulation de la tension du point de connexion commun (PCC). L'approche de commande de projection affine est plus appropriée que l'approche de commande LMS dans les applications où le signal d'entrée est fortement corrélé [29]. L'algorithme LMS présente le problème de la convergence lente, qui tend à se détériorer de manière significative en fonction de la propriété du signal d'entrée. L'algorithme de projection affine est développé pour améliorer les problèmes couramment rencontrés avec l'algorithme LMS ou ses variantes. Les avantages supplémentaires de l'algorithme proposé sont l'approche par vecteur de coefficient et la vitesse de convergence rapide indépendamment des caractéristiques du signal d'entrée. Cet algorithme présente des avantages de calcul rapide et de mise à jour des pondérations sous dynamique en raison de multiples vecteurs d'entrée. En revanche, l'algorithme LMS ne met à jour les pondérations que sur la base d'un seul vecteur d'entrée [30]. Par conséquent, l'algorithme proposé est conçu comme un contrôleur efficace pour obtenir une compensation de shunt. 2 Configuration du système et algorithme de contrôle Le système comprend un secteur CA (triphasé) avec impédance interne, qui alimente une charge linéaire/non linéaire. Le DSTATCOM triphasé basé sur VSC est couplé au PCC avec le secteur CA comme le montre la Fig. 1. Le courant d'ondulation dans le courant de compensation est réduit en concevant et en insérant la valeur accordée de l'inductance d'interfaçage (Lf) à la sortie du VSC. Le bruit de commutation haute fréquence dans la tension PCC pendant le fonctionnement du VSC est éliminé en utilisant des filtres Rf-Cf passifs. Une charge non linéaire triphasée est modélisée comprenant un redresseur à pont de diodes avec branche série R-L. Les spécifications du compensateur de shunt en temps réel développé sont données en annexe. Fig. 1Ouvrir dans la visionneuse de figureCompensateur de shunt de diagramme PowerPoint à l'aide du contrôle de projection affine La Fig. 2 montre la conception du contrôleur à l'aide de la technique de contrôle de courant basée sur la projection affine. L'approche proposée extrait les poids des constituants de puissance réactive de charge réelle et de charge. Les entrées de l'approche de contrôle sont les tensions PCC détectées (vsa et vsb), les courants de réseau (isa et isb), les courants de charge (ila, ilb et ilc) et la tension de bus CC (Vdc) pour générer des courants de réseau de référence (isa*, isb* et isc*). La formulation mathématique de l'approche de contrôle proposée est divisée en trois parties. La première et la deuxième partie présentent les concepts théoriques de l'algorithme de commande à base affine tels qu'ils sont appliqués pour calculer les poids adaptatifs et la troisième partie présente le calcul des courants de référence (pour la grille) et des impulsions de déclenchement pour la commutation du convertisseur. La conception complète de l'approche de contrôle est donnée comme suit. Fig. 2Ouvrir dans la figure viewerPowerPoint Schéma synoptique du contrôleur de projection affine pour le compensateur de shunt 2.1 Calcul des composants de courant de la grille de référence active Une technique de boucle à verrouillage de phase (PLL) moins basée sur la génération de modèles est utilisée pour la synchronisation. L'unité dans les modèles de phase (upa, upb et upc) est en phase avec les tensions PCC triphasées (vsa, vsb et vsc) dérivées comme (1) où Vt est l'amplitude de crête de la tension PCC, qui est calculée comme (2) Les vecteurs x (n) et d (n) désignent le vecteur régresseur d'entrée et les vecteurs d'entrée souhaités, donnés comme x (n) = [x (n), x (n − 1), …, x (n − k + 1)]T et d (n) = [d (n), d (n − 1),…, d (n − k + 1)], où k est l'ordre de projection. Par conséquent, l'erreur dans le vecteur d'entrée et le vecteur d'entrée estimé est donnée par (3) où w (n) est le vecteur de poids estimé à partir de l'algorithme de projection affine et le courant de charge (il) est considéré comme une entrée souhaitée. L'équation de mise à jour du poids pour l'algorithme de projection affine avec régularisation au n ième temps d'échantillonnage est formulée comme dans [29, 30] (4) où x (n) est le vecteur d'entrée, δ est le paramètre de régularisation, µ est la taille du pas, I est la matrice d'identité et e (n) est l'erreur dans les quantités calculées et souhaitées de courant de charge dans n'importe quelle phase. Le vecteur d'entrée x (n) comprend essentiellement des vecteurs unitaires (vecteurs unitaires en phase), puis les valeurs pondérées des composantes actives fondamentales (wpa, wpb et wpc) correspondant aux courants de charge (ila, ilb et ilc) sont données dans (5) – (7) comme suit : (5) (6) (7) La valeur pondérée active fondamentale équivalente par phase est calculée de (5) à (7) comme suit : (8) Ensuite, les pertes de commutation sont estimées en utilisant un régulateur proportionnel-intégral (PI) sur la tension du bus CC du VSC. La composante de perte pondérée de sortie (wpd) est calculée comme (9) où les constantes Kpd (proportionnelle) et Kid (intégrale) sont les gains PI accordés, les valeurs réelles et de référence du bus CC sont (Vdc, Vdc*). L'addition de la valeur pondérée équivalente par phase (wmp) et de la valeur pondérée par composante de perte (wpd) donne une valeur pondérée de référence comme (10) Les constituants actifs des courants de grille de référence sont obtenus en utilisant la valeur pondérée de référence et les modèles d'unité en phase comme (11) 2.2 Calcul des composantes de courant de grille de référence réactives Les vecteurs de quadrature unitaires (u qa, u qb et u qc) qui sont les composantes réactives des tensions de grille calculées à partir de l'unité dans les vecteurs de phase (u pa, u pb et u pc) comme suit : (12) (13) (14) Les vecteurs d'entrée x (n) pour ce cas sont des vecteurs de quadrature unitaires (u qa, u qb et u qc). Les valeurs pondérées des composantes réactives fondamentales sont calculées à partir de l'algorithme de projection affine donné comme (15) (16) (17). La valeur pondérée équivalente par phase (w mq) de la composante réactive fondamentale est calculée en utilisant (15)–(17) comme (18). L'amplitude de la tension de bus CA (au PCC) est déterminée en utilisant (2), puis comparée à la tension de bus CA de référence. Cette comparaison génère un signal d'erreur (VTE) qui est utilisé pour contrôler la tension au PCC à l'aide d'un second contrôleur PI. La valeur pondérée pour le contrôleur PI de bus CA est calculée comme (19) où les constantes Kpq et Kiq sont représentées comme des gains proportionnels et intégraux de PI utilisés pour ajuster la tension de bus CA à la valeur définie. La valeur pondérée de référence réactive fondamentale (wrq) est obtenue en soustrayant la valeur pondérée moyenne (wmq) et la sortie du deuxième poids de contrôleur PI (wt) donnés comme (20) Ainsi, les composantes de courant de grille de référence réactive sont obtenues en utilisant (20) et des vecteurs de quadrature unitaires calculés en (15)–(17) comme (21) 2.3 Calcul des références et des impulsions de déclenchement en VSC Les courants de grille de référence (isa*, isb* et isc*) sont obtenus par la somme respective des courants de référence actifs et réactifs pour chaque phase comme indiqué en (11) et (21) comme (22) Les erreurs de courants entre les courants de référence respectifs (isa*, isb* et isc*) et les courants de grille détectés (isa, isb et isc) sont calculés en (22) et ensuite amplifiés à travers le régulateur de courant PI. Les erreurs amplifiées sont données au contrôleur à modulation de largeur d'impulsion (PWM), qui génère six impulsions de commutation pour DSTATCOM triphasé utilisé pour la compensation. 3 Résultats expérimentaux et discussion Un prototype de compensateur de shunt est conçu et développé en laboratoire à l'aide d'un contrôleur VSC, DSP-dSPACE 1104 R&D, de capteurs de courant et de tension à effet Hall (LEM LA-25 et LEM LV-25) avec un circuit tampon approprié et des inductances d'interface. En raison des contraintes de tarification en laboratoire, ce système fonctionne sur secteur alternatif de niveau de tension 110 V (L-L), 50 Hz. Les résultats des tests de réduction des harmoniques et d'équilibrage de charge sont présentés en PFC et en modes VR. 3.1 Caractéristique de l'approche de contrôle basée sur la projection affine La figure 3 montre les signaux intermédiaires avec l'approche de contrôle de projection affine du compensateur de shunt. La figure 3a illustre les formes d'onde de la tension PCC détectée (vsa) ainsi que la tension PCC après passage à travers le filtre (vsaf), l'unité en vecteur de phase pour la même phase (upa) et le courant de charge (ila). La figure 3b montre l'amplitude du poids du composant actif fondamental du courant de charge (wap), qui est lié à la phase « a », au poids de puissance active moyen (wmp), à la sortie PI du bus CC (wpd) et au poids de référence (wrp) correspondant à la puissance active. La figure 3c montre l'amplitude de la composante de puissance réactive fondamentale de (ila) qui est désignée par waq, le poids de puissance active moyen (wmq), la sortie du contrôleur PI (pour la régulation de tension) (wt) et le poids réactif de référence (wrq). Ces résultats sont présentés pour différentes conditions de charge, y compris le cas d'un déséquilibre de charge grave au moment de la déconnexion d'une charge de phase. La figure 3d représente les courants de grille de référence (isa*, isb* et isc*) ainsi que les courants de grille détectés de phase « a » (isa). Il est clair que la valeur moyenne pondérée converge en régime permanent ainsi que dans des conditions de charge déséquilibrée. La valeur pondérée converge en quelques cycles sous des changements de charge dynamiques. Ces résultats montrent la performance satisfaisante de l'approche de contrôle affine pour atteindre la compensation de charge à l'aide d'un compensateur de shunt. Fig. 3Open in figure viewerPowerPoint Comportement expérimental du compensateur de shunt avec contrôleur basé sur la projection affine (a) vsa, vsaf, upa, ila, (b) wap, wmp, wpd, wrp, (c) waq, wmq, wt, wrq, (d) isa, isa *, isb *, isc* 3.2 Réponse de DSTATCOM en mode de correction du facteur de puissance La Fig. 4 montre la réponse de DSTATCOM en utilisant l'approche de contrôle basée sur la projection affine dans des conditions d'état stable. Les Figures 4a et b montrent les formes d'onde du courant de grille (isa) et de charge (ila) (toutes les phases 'a') avec la phase 'a' de la tension PCC (vsa). Les figures 4c et d montrent que les spectres harmoniques et le pourcentage de distorsion du courant de grille (isa) et du courant de charge (ila) sont de 3,6 et 21,7 %, séparément. Il est déduit des spectres harmoniques que le THD de 21,7% est acquis en courant de grille sans compensation de shunt et qu'il est considérablement réduit à 3,6% avec l'action du compensateur, respectant ainsi les limites spécifiées par les normes internationales. L'application du contrôle basé sur la projection affine pour le contrôle DSTATCOM est justifiée. Fig. 4Ouvrir dans le visualiseur de figurePowerPoint Comportement à l'état stable de DSTATCOM sous une charge non linéaire (a), (b) isa, ila avec vsa, (c), (d) Spectres harmoniques des modes isa et ila PFC. 3.3 Réponse dynamique du compensateur La figure 5 montre le comportement dynamique du compensateur avec une approche de contrôle de projection affine. Les Figures 5a–c montrent les résultats des courants du réseau, de la charge et du compensateur (is ; ila, ilb et ilc ; ica, icb et icc) ainsi que la tension PCC (vsa f). Ces formes d'onde illustrent que les courants du réseau (is) sont complètement équilibrés ainsi qu'en phase avec des tensions au PCC et sinusoïdales dans différentes conditions de charge, y compris l'élimination d'une charge de phase. La figure 5d illustre les formes d'onde pour la tension de bus CC (Vdc), le courant de réseau (isc), le courant de charge (ilc) et le courant DSTATCOM (icc, toutes les phases 'c'). Ces formes d'onde illustrent que la tension au niveau du bus CC atteint sa valeur de consigne (200 V) en utilisant l'action du contrôleur PI. Un petit dépassement se produit en condition transitoire lorsque la charge est déséquilibrée. Fig. 5Open in figure viewerPowerPoint Dynamic behavior of DSTATCOM using affine projection control (a) vsa f, grid current, (b) vsa f, load current, (c) vsa f, DSTATCOM current, (d) Vdc, isc, ilc and icc in PFC mode 3.4 Steady-state response of compensator in VR mode Fig. 6 shows steady-state behaviour of a compensator in VR mode using affine projection based control approach. Les Figures 6a et b montrent les formes des ondes illustrées graphiquement telles que le courant de réseau (isa) et le courant de charge (ila) avec la tension PCC (vsa) (toutes les phases 'a'). Les figures 6c et d montrent l'amplitude des harmoniques de différents ordres en pourcentage du fondamental pour le courant de réseau, le courant de charge et la tension PCC. L'indice de distorsion pour ceux-ci est obtenu à 4,2 et 20,4%, respectivement, comme le montre cette figure. Un THD amélioré est obtenu en courant de réseau après compensation et répond à la limite spécifiée dans une norme IEEE-519. Les Fig. 7a–c montrent les puissances réactives dans la grille (Qs), la charge (Ql) et le compensateur (QC). On observe à partir de ce résultat que la puissance réactive dans le réseau et la charge sont de 0,11 et 0,12 kVAR, respectivement. La puissance réactive principale du côté du réseau indique la régulation de la tension PCC. Fig. 6Open in figure viewerPowerPoint Steady-state behaviour of DSTATCOM in VR mode (a), (b) isa, ila along with vsa, (c), (d) Harmonic spectra of isa and ila Fig. 7Open in figure viewerPowerPoint Steady-state behaviour of DSTATCOM (a) Qs, (b) Ql, (c) QC in VR mode 3.5 Performance of compensator in VR mode Fig. 8 shows performance of the compensator in VR mode with affine projection control approach. La figure 8a présente les formes d'onde de la tension de bus CC régulée (Vdc), de l'amplitude régulée de la tension PCC (Vt) ainsi que la phase 'a' du courant de réseau (isa) et du courant de charge (ila). Les courants du réseau sont équilibrés et sinusoïdaux comme observé ici. La figure 8b illustre les formes d'onde de la tension de bus CC (Vdc), de l'amplitude de tension PCC (Vt), de la phase 'a' du courant de réseau (isa) et de la phase 'a' du courant de charge (ila). Il est conclu de ces résultats que l'amplitude de l'amplitude de la tension PCC (Vt) est améliorée de 85 à 89 V, en raison de l'action du contrôleur PI sur le bus AC. Fig. 8Open in figure viewerPowerPoint Comportement dynamique de DSTATCOM en mode VR 4 Performance comparative du contrôleur de projection affine avec les contrôleurs SRFT et IRPT Une performance améliorée de l'algorithme de contrôle basé sur la projection affine proposé est présentée en le comparant avec les algorithmes de contrôle basés sur SRFT et IRPT [8, 9]. Ces algorithmes de contrôle sont comparés en fonction de divers paramètres tels que la vitesse de convergence, la compensation harmonique et le temps d'échantillonnage pris par le système réel. La figure 9a montre la convergence de la composante de puissance active du courant de charge à l'aide d'algorithmes de contrôle basés sur la projection affine, SRFT et IRPT dans des conditions de charge en régime permanent. Ces résultats montrent que la convergence du composant actif est obtenue en un cycle avec un algorithme de contrôle basé sur la projection affine, en six cycles avec un algorithme de contrôle basé sur SRFT et en cinq cycles avec un algorithme de contrôle basé sur IRPT. La figure 9b montre la convergence de la composante de puissance active du courant de charge à l'aide d'un algorithme de commande basé sur une projection affine, d'un algorithme de commande basé sur SRFT et d'un algorithme de commande basé sur IRPT dans des conditions de charge dynamique (lorsqu'une phase de charge est déconnectée). Cela montre une convergence rapide du composant actif obtenue en un cycle à l'aide d'un algorithme de contrôle basé sur la projection affine et en plus de cinq cycles avec de grandes oscillations avec des algorithmes de contrôle basés sur SRFT et IRPT. Fig. 9Open in figure viewerPowerPoint Convergence of active power component with affine projection, SRFT- and IRPT-based controller during (a) Steady state, (b) Dynamic load conditions Figs. 10a–d show harmonic spectres of grid current (isa) using affine projection-based control algorithm, SRFT-based control algorithm, IRPT-based control algorithm and load current (all phase 'a'). Cela montre des distorsions de courant de grille comme 1,67% THD est atteint avec un algorithme de contrôle basé sur la projection affine, 3,21% THD avec un algorithme de contrôle basé sur SRFT et 3,71% THD avec un algorithme de contrôle basé sur IRPT quand il y a 28,13% THD dans le courant de charge. Ces résultats démontrent une performance améliorée de la projection affine sur les algorithmes de contrôle basés sur SRFT et IRPT principalement en termes de performance transitoire et de compensation des harmoniques. La performance comparative du contrôle par projection affine avec les algorithmes de contrôle basés sur SRFT et IRPT est résumée dans le tableau 1. Fig. 10Open in figure viewerPowerPoint Spectres harmoniques du courant de grille, ISA en utilisant (a) la projection affine, (b) SRFT, (c) IRPT, (d) Spectre harmonique du courant de charge, ila Tableau 1. Performances comparatives des techniques de contrôle par projection affine, SRFT et IRPT Opérations Projection affine Filtre adaptatif de type SRFT IRPT Transformation de Parks Convergence de transformation de Clarks convergence plus rapide plus lente convergence plus lente des composantes actives en régime permanent convergent en un cycle (t = 0,02 s) convergent en six cycles (t = 0,12 s) convergent en cinq cycles (t = 0,1 s) condition dynamique convergent en un cycle convergence prend plus de cinq cycles grandes oscillations et convergence prend plus de cinq cycles courant de grille de compensation harmonique, iga 30,53 A, THD 1,67 % 30,85 A, THD 3,21 % 30,46 A, THD 3,71 % courant de charge, ila 30,75 A, THD 28,13 % 30,75 A, THD 28,13 % 30,75 A, THD 28,13 % temps d'échantillonnage, Ts 50 µs 70 µs 65 µs 5 Conclusions La mise en œuvre de DSTATCOM triphasé au niveau de la distribution a été présentée ici avec l'algorithme de contrôle basé sur la projection affine proposé. Le compensateur de shunt a été testé pour atténuer de nombreux problèmes de qualité de puissance de suppression d'harmoniques, d'injection ou d'alimentation de puissance réactive localement et pour maintenir l'équilibrage de charge pendant deux modes de fonctionnement à savoir PFC et VR. Une approche de contrôle en boucle fermée a été conçue et développée pour estimer les courants du réseau de référence, qui sont utilisés pour générer des impulsions de déclenchement pour VSC triphasé. Cet algorithme présente plusieurs caractéristiques remarquables telles qu'une bonne vitesse de convergence, qui est indépendante des distorsions présentes dans le signal d'entrée. En conséquence, les pondérations sont mises à jour très rapidement car l'algorithme est basé sur des valeurs pondérées provenant de multiples vecteurs de signaux d'entrée retardés. En raison de ces caractéristiques, l'approche de commande proposée offre des avantages tels qu'une convergence rapide et est applicable pour un courant de charge non linéaire déformé. La mise en œuvre expérimentale de l'approche de contrôle repose sur peu d'opérations mathématiques. La charge de calcul sur le DSP en utilisant l'approche de contrôle proposée est faible et comparable à celle des algorithmes conventionnels. Les variations de charge étendues, c'est-à-dire les opérations normales et anormales, illustrent les performances satisfaisantes du compensateur de shunt avec une analyse expérimentale. Les résultats expérimentaux présentent des THD de 3,6 et 4,2 % dans le courant du réseau après l'action du compensateur en modes PFC et VR, respectivement. Les courants du réseau sont devenus équilibrés et exempts de distorsions avec plusieurs conditions de charge, notamment l'état stable et le déséquilibre de la charge. De plus, la tension PCC a été régulée à 89 V (valeur de référence définie), en raison de l'action de l'approche de contrôle en mode VR. De plus, l'algorithme de contrôle basé sur la projection affine a été comparé à l'algorithme de contrôle basé sur SRFT et à l'algorithme de contrôle basé sur IRPT en termes de vitesse de convergence, de compensation des harmoniques et de temps d'échantillonnage. Les résultats des tests indiquent clairement que de meilleures performances ont été obtenues à l'aide de l'algorithme de contrôle basé sur la projection affine proposé et qu'il est efficace pour la compensation de charge. 6 Remerciements Les auteurs tiennent à remercier le ministère de la Science et de la Technologie (DST), gouvernement de l'Inde, pour le projet parrainé (subvention n ° EMR/2016/001874). Annexe 8 Tension de ligne CA 110 V, 50 Hz ; Lf = 2,5 mH ; condensateur de bus CC de VSC Cdc = 1650 μF ; tension au bus CC Vdc = 200 V ; redresseur 3-Ø (non contrôlé) avec R = 18–60 Ω et L = 100 mH ; temps d'échantillonnage Ts = 55 µs, fréquence de coupure LPF au bus CC = 10 Hz, fréquence de coupure LPF au bus CA = 12 Hz. 7 Références 1Singh, B., Chandra, A., Haddad, K.Al : ' Power quality : problems and mitigation techniques' ( John Wiley and Sons, UK, 2015) 2Bollen, M.A. : ' Understanding power quality problems : voltage sags and interruptions' ( IEEE Press, Piscataway, USA, 2000) 3Ghosh, A., Ledwich, G. : ' Power quality enhancement using custom power devices' ( Springer International Edition, Delhi, 2009) 4Busarello, T.D.C., Pomilio, J.A., Simões, M.G. : 'Passive filter aided by shunt compensators based on the conservative power theory', IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52, (4), pp. 3340- 3347 5Akagi, H., Watanabe, E.H., Aredes, M. : ' Instantaneous power theory and applications to power conditioning' ( John Wiley & Sons, New Jersey, USA, 2007) 6Myneni, H., Siva Kumar, G., Sreenivasarao, D. : 'Dynamic DC voltage regulation of split-capitor DSTATCOM for power quality improvement', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (17), pp. 4373– 4383 7Jou, H.L. : « Performance comparison of the three-phase active-power-filter algorithms », IEE Proc. Gener. Trans. Distrib., 1995, 142, (6), pp. 646– 652 8Gonzalez-Espin, F., Figueres, E., Garcera, G. : « An adaptive synchronous-reference-frame phase-locked loop for power quality improvement in a polluted utility grid », IEEE Trans. Ind. Electron., 2012, 59, (6), pp. 2718– 2731 9Herrera, R.S., Salmerón, P., Kim, H. : « Instantaneous reactive power theory applied to active power filter compensation : different approaches, assessment, and experimental results », IEEE Trans. Ind. Electron., 2008, 55, (1), pp. 184– 196 10Qasim, M., Kanjiya, P., Khadkikar, V. : 'Optimal current harmonic extractor based on unified ADALINEs for shunt active power filters', IEEE Trans. Power Electron., 2014, 29, (12), pp. 6383– 6393 11Ahmad, M.T., Kumar, N., Singh, B. : 'AVSF-based control algorithm of DSTATCOM for distribution system', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (13), pp. 3389- 3396 12Sefa, I., Ozdemir, S., Komurcugil, H. et al.: « Comparative study on Lyapunov-function-based control schemes for single-phase grid-connected voltage-source inverter with LCL filter », IET Renew. Power Gener., 2017, 11, (11), pp. 1473– 1482 13Panigrahi, R., Subudhi, B., Panda, p.c. : « A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement », IEEE Trans. Power Electron., 2016, 31, (4), pp. 2860– 2869 14Xie, C., Zhao, X., Savaghebi, M. et al.: « Multirate fractional-order repetitive control of shunt active power filter suitable for microgrid applications », IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., 2017, 5, (2), pp. 809- 819 15Singh, B., Solanki, J. : 'A comparison of control algorithms for DSTATCOM', IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, 56, (7), pp. 2738- 2745 16Zhao, Q., Ye, Y., Xu, G. et al.: 'Improved repetitive control scheme for grid-connected inverter with frequency adaptation', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 883-890 17Venkatraman, K., Selvan, MP, Moorthi, S. : 'Predictive current control of distribution static compensator for load compensation in distribution system', IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (10), pp. 2410– 2423 18Badoni, M., Singh, A., Singh, B. : 'Comparative performance of wiener filter and adaptive least mean square-based control for power quality improvement', IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (5), pp. 3028– 3037 19Chittora, P., Singh, A., Singh, M. : 'Gauss–newton-based fast and simple recursive algorithm for compensation using shunt active power filter', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (6), pp. 1521– 1530 20Gawande, S.P., Ramteke, M.R., Pande, N. : « Improved equal current approach for reference current generation in shunt applications under unbalanced and distorted source and load conditions », IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (4), pp. 995- 1005 21Tey, L.H., So, P.L., Chu, Y.C. : 'Improvement of power quality using adaptive shunt active filter', IEEE Trans. Power Deliv., 2005, 20, (2), pp. 1558– 1568 22Badoni, M., Singh, A., Singh, B. : 'Adaptive recursive inverse based control algorithm for shunt active power filter', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 1053- 1064 23Mu, X., Wang, J., Wu, W. et al.: 'A modified multi-frequency passivity-based control for shunt active power filter with model-parameter-adaptive capability', IEEE Trans. Ind. Electron., 2018, 65, (1), pp. 760– 769 24Jayachandran, J., Sachithanandam, R.M. : « Neural network-based control algorithm for DSTATCOM under nonideal source voltage and varying load conditions », Can. J. Electr. Comput. Eng., 2015, 38, (4), pp. 307– 317 25Zou, Z.X., Zhou, K., Wang, Z. et al.: 'Frequency-adaptive fractional-order repetitive control of shunt active power filters', IEEE Trans. Ind. Electron., 2015, 62, (3), pp. 1659– 1668 26Srinivas, M., Hussain, I., Singh, B. : « Combined LMS–LMF-based control algorithm of DSTATCOM for power quality enhancement in distribution system », IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (7), pp. 4160-4168 27Pathak, G., Singh, B., Panigrahi, B.K. : « Control of wind-diesel microgrid using affine projection-like algorithm », IEEE Trans. Ind. Inf., 2016, 12, (2), pp. 524– 531 28Badoni, M., Singh, B., Singh, A. : « Implementation of echo-state network-based control for power quality improvement », IEEE Trans. Ind. Electron., 2017, 64, (7), pp. 5576- 5584 29Arablouei, R., Doğançay, K. : 'Affine projection algorithm with selective projections', Signal Process., 2012, 92, (9), pp. 2253- 2263 30Song, J., Park, P. : 'An optimal variable step-size affine projection algorithm for the modified filtered-x active noise control', Signal Process., 2015, 114, pp. 100– 111 Citing Literature Volume12, Issue13July 2018Pages 3261-3269 FiguresReferencesRelatedInformationTranslated Description (Spanish)
IET Generation, Transmission & Distribution Volumen 12, Número 13 pág. 3261-3269 Artículo de investigaciónAcceso gratuito Mejora de la calidad de la energía utilizando DSTATCOM con algoritmo de proyección afín Manoj Badoni, autor correspondiente Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Instrumentación, Instituto Thapar de Ingeniería y Tecnología, Patiala, IndiaBuscar más artículos de este autorAlka Singh, Departamento de Ingeniería Eléctrica de Alka Singh, Universidad Tecnológica de Delhi, Delhi, IndiaBuscar más artículos de este autorBhim Singh, Departamento de Ingeniería Eléctrica de Bhim Singh, Instituto Indio de Tecnología de Delhi, Delhi, IndiaBuscar más artículos de este autor Manoj Badoni, autor correspondiente Manoj Badoni manojbadoni23@gmail.com Electrical y Departamento de Ingeniería de Instrumentación, Thapar Institute of Engineering and Technology, Patiala, IndiaBuscar más artículos de este autorAlka Singh, Alka Singh Electrical Engineering Department, Delhi Technological University, Delhi, IndiaBuscar más artículos de este autorBhim Singh, Bhim Singh Electrical Engineering Department, Indian Institute of Technology Delhi, Delhi, IndiaBuscar más artículos de este autorPrimera publicación: 24 de mayo de 2018 https://doi.org/10.1049/iet-gtd.2017.0841Citations: 9AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Dar accesoShare acceso de texto completoShare acceso de texto completoRevise nuestros Términos y condiciones de uso y marque la casilla a continuación para compartir versión de texto completo del artículo. He leído y acepto los Términos y Condiciones de Uso de la Biblioteca en Línea de WileyEnlace CompartibleUtilice el siguiente enlace para compartir una versión de texto completo de este artículo con sus amigos y colegas. Más información. Copiar URL Compartir un enlaceCompartir en FacebookTwitterLinkedInRedditWechat Resumen Se implementa un compensador estático de distribución (DSTATCOM) a nivel de distribución para superar varios problemas de calidad de energía que se encuentran comúnmente en la actualidad. Algunos de estos problemas considerados aquí se refieren a problemas de armónicos, desequilibrio de cargas, satisfacción de la demanda de potencia reactiva de la carga para mejorar el factor de potencia a la unidad y regular la tensión. Se propone una nueva técnica basada en el algoritmo de control de proyección afín y se discute su diseño e implementación en un compensador de shunt. El enfoque de control propuesto estima los valores de peso fundamentales de las corrientes de carga. Estos pesos se utilizan para calcular la magnitud y la fase de las corrientes de red de referencia y, en consecuencia, los pulsos de activación para el convertidor de fuente de voltaje trifásico (VSC). El enfoque de control se basa en la convergencia de los valores ponderados y es independiente de la propiedad de la señal de entrada. Este enfoque de control tiene la característica de actualizar los pesos sobre la base de múltiples vectores de señal de entrada retardada. La rápida convergencia de los valores ponderados activos y reactivos es una ventaja adicional del enfoque de control propuesto con las características mencionadas anteriormente. Se implementa un prototipo de trabajo del DSTATCOM utilizando VSC trifásico y procesador de señal digital (DSP) (dSPACE 1104). El enfoque de control de proyección afín se desarrolla en MATLAB/SIMULINK y se verifica en un prototipo utilizando DSP. 1 Introducción Las cargas no lineales basadas en dispositivos de estado sólido se utilizan tanto en cargas domésticas como industriales. Los dispositivos de estado sólido se usan comúnmente en hornos de arco eléctrico, industrias de papel y pulpa, acerías y laminadoras, plantas de fabricación de semiconductores. La penetración de un gran número de cargas no lineales provoca la proliferación de armónicos no deseados en el sistema de distribución. Estos causan un aumento del calentamiento en los equipos y conductores, lo que conduce a mayores pérdidas en el sistema de distribución. Otros problemas comunes de calidad de la energía que se manifiestan en los sistemas de distribución son el desequilibrio de carga, el desequilibrio de la potencia reactiva que debe abordarse. Estos problemas perturban las operaciones y procesos las 24 horas del día en varias industrias y afectan las operaciones en la industria manufacturera, las plantas de procesamiento de semiconductores, la industria farmacéutica y el sector bancario. La duración de tales problemas de calidad de la energía puede causar interrupciones que van desde unos pocos minutos hasta varias horas y son perjudiciales para el sistema [1]. Se han recomendado varias normas basadas en los avances en la tecnología de la electrónica de potencia para mantener normas estrictas de calidad de la energía más allá de un cierto nivel mínimo especificado [2]. Existen varias soluciones a estos problemas y pueden subclasificarse ampliamente en forma de filtros pasivos, dispositivos de alimentación personalizados y filtros híbridos [3]. Los filtros pasivos son eficientes y tienen menos coste inicial, pero los inconvenientes de ser voluminosos en tamaño, tener mayores requisitos de espacio y su desintonización con el tiempo y el riesgo de resonancia con la carga o la impedancia del sistema, los hacen poco atractivos opción [4]. Ahora existe una familia completa de soluciones personalizadas y su disponibilidad en configuraciones de derivación, serie e híbridas ha abierto nuevas perspectivas con las características deseadas. La compensación en derivación, en serie e híbrida en forma de compensador estático de distribución (DSTATCOM), restauradores de tensión dinámica y compensador de calidad de energía unificado, respectivamente, han atraído a ingenieros de energía de todo el mundo [5]. De estos tres dispositivos básicos, DSTATCOM ha recibido una atención generalizada para mitigar los problemas de calidad de energía relacionados con la corriente para una variedad de cargas que van desde la combinación de cargas lineales y no lineales hasta cargas desequilibradas [6]. Una implementación de bajo coste de DSTATCOM se ha vuelto realizable hoy en día debido a los rápidos avances en los dispositivos semiconductores de potencia y el procesador de señal digital (DSP) y su caída de precios. El rendimiento del compensador de derivación depende en gran medida del tipo de enfoque de control utilizado para la aplicación particular del compensador de derivación [7]. En el pasado, los investigadores han sugerido varios algoritmos de control basados en el dominio del tiempo o el dominio de la frecuencia. Algunos algoritmos de control inmensamente populares y efectivos, que existen en el dominio del tiempo, se desarrollan en forma de teoría de referencia síncrona (SRFT) [8], teoría de potencia reactiva instantánea (IRPT) [9], ADALINES unificados [10], filtro adaptativo de segundo orden de Volterra [11] y función de Lyapunov [12], etc. Panigrahi et al. [13] se han centrado en el desarrollo de un servocontrolador Gaussiano cuadrático lineal con un esquema de estimación de referencia más rápido para el filtro de potencia activa de derivación. Xie et al. [14] han presentado un nuevo controlador basado en el control repetitivo de orden fraccional multirate para el filtro de derivación trifásico para mejorar su rendimiento. Singh y Solanki [15] han discutido el rendimiento comparativo de tres métodos diferentes, a saber, la teoría IRP, la teoría SRF y la adalina basada en derivar corrientes de referencia. Varios investigadores también han desarrollado enfoques de control recientes basados en el control adaptativo repetitivo [16], el control predictivo de corriente [17], el filtro de Wiener [18], el controlador basado en Gauss-Newton [19] y el enfoque mejorado de corriente igual [20]. El enfoque de control adaptativo puede ajustar sus parámetros de acuerdo con las variaciones en la dinámica del sistema después de una perturbación [21]. Basado en el control adaptativo, se han informado varias técnicas de control, como la inversa recursiva adaptativa [22], un control basado en la pasividad multifrecuencia modificado para el filtro de derivación [23], el enfoque de control adaptativo basado en la red neuronal [24], el control repetitivo de orden fraccional adaptativo en frecuencia [25], las técnicas basadas en mínimos cuadrados medios combinados (LMS), como el cuarto medio mínimo LMS [26], el algoritmo de proyección afín [27] y las técnicas de control basadas en la red ecoestatal [28]. En este documento se desarrolla un algoritmo de control basado en la proyección afín para estimar las corrientes fundamentales de la red a partir de corrientes de carga distorsionadas y desequilibradas. El propósito de extraer los componentes fundamentales de la red es garantizar que solo se cumpla el requisito de carga de potencia real de la red y que DSTATCOM suministre la potencia real oscilante junto con el requisito de potencia reactiva de la carga conectada. El sistema propuesto se utiliza para la supresión de armónicos, el control excesivo de la potencia reactiva y el equilibrio de la carga en dos modos, a saber, la mejora del factor de potencia además de la regulación del voltaje del punto de conexión común (PCC). El enfoque de control de proyección afín se encuentra más adecuado que el enfoque de control LMS en las aplicaciones donde la señal de entrada está altamente correlacionada [29]. El algoritmo LMS presenta el problema de la convergencia lenta, que tiende a deteriorarse significativamente dependiendo de la propiedad de la señal de entrada. El algoritmo de proyección afín se desarrolla para mejorar los problemas comúnmente enfrentados con el algoritmo LMS o sus variantes. Las ventajas adicionales del algoritmo propuesto son el enfoque de vector de coeficiente y la velocidad de convergencia rápida, independientemente de las características de la señal de entrada. Este algoritmo tiene los beneficios de un cálculo rápido y la actualización de pesos bajo dinámica debido a múltiples vectores de entrada. Por el contrario, el algoritmo LMS actualiza las ponderaciones sobre la base de un solo vector de entrada [30]. Por lo tanto, el algoritmo propuesto está diseñado como un controlador efectivo para lograr la compensación de la derivación. 2 Algoritmo de configuración y control del sistema El sistema comprende una red de CA (trifásica) con impedancia interna, que alimenta una carga lineal/no lineal. DSTATCOM trifásico basado en VSC está acoplado en PCC con la red de CA como se muestra en la Fig. 1. La corriente de rizado en la corriente de compensación se reduce diseñando e insertando el valor sintonizado del inductor de interfaz (Lf) en la salida del VSC. El ruido de conmutación de alta frecuencia en el voltaje PCC durante el funcionamiento de VSC se elimina mediante el uso de filtros pasivos Rf-Cf. Se modela una carga no lineal trifásica que comprende un rectificador de puente de diodos con rama de la serie R-L. Las especificaciones del compensador de derivación en tiempo real desarrollado se dan en el Apéndice. Fig. 1Abrir en el visor de figurasCompensador de derivación del diagrama esquemático de PowerPoint utilizando el control de proyección afín La Fig. 2 muestra el diseño del controlador utilizando la técnica de control de corriente basada en la proyección afín. El enfoque propuesto extrae los pesos de la carga real y los componentes de la potencia reactiva de carga. Las entradas al enfoque de control son voltajes de PCC detectados (vsa y vsb), corrientes de red (isa e isb), corrientes de carga (ila, ilb e ilc) y voltaje de bus de CC (Vdc) para generar corrientes de red de referencia (isa*,isb * e isc*). La formulación matemática del enfoque de control propuesto se divide en tres partes. La primera y la segunda parte presentan los conceptos teóricos del algoritmo de control basado en afines tal como se aplica para calcular los pesos adaptativos y la tercera parte presenta el cálculo de las corrientes de referencia (para la red) y los pulsos de activación para la conmutación del convertidor. El diseño completo del enfoque de control se presenta a continuación. Fig. 2Abrir en el visor de figurasPowerPoint Diagrama de bloques del controlador de proyección afín para el compensador de derivación 2.1 Cálculo de los componentes activos de la corriente de la red de referencia Para la sincronización se utiliza una técnica sin bucle de bloqueo de fase (PLL) basada en la generación de plantillas. Las unidades en plantillas de fase (upa, upb y upc) están en fase con los voltajes PCC trifásicos (vsa, vsb y vsc) derivados como (1) donde Vt es la amplitud máxima del voltaje PCC, que se calcula como (2) Los vectores x (n) y d (n) denotan el vector regresor de entrada y los vectores de entrada deseados, dados como x (n) = [x (n), x (n − 1), …, x (n − k + 1)]T y d (n) = [d (n), d (n − 1),…, d (n − k + 1)], donde k es el orden de proyección. Por lo tanto, el error en el vector de entrada y el vector de entrada estimado se da como (3) donde w (n) es el vector de peso estimado a partir del algoritmo de proyección afín y la corriente de carga (il) se considera como entrada deseada. La ecuación de actualización de peso para el algoritmo de proyección afín con regularización en el n-ésimo tiempo de muestreo se formula como en [29, 30] (4) donde x (n) es el vector de entrada, δ es el parámetro de regularización, µ es el tamaño del paso, I es la matriz de identidad y e (n) es el error en las cantidades calculadas y deseadas de corriente de carga en cualquier fase. El vector de entrada x (n) comprende básicamente vectores unitarios (vectores unitarios en fase), luego los valores ponderados del componente activo fundamental (wpa, wpb y wpc) correspondientes a las corrientes de carga (ila, ilb e ilc) se dan en (5)–(7) de la siguiente manera: (5) (6) (7) El valor ponderado activo fundamental equivalente por fase se calcula de (5) a (7) de la siguiente manera: (8) A continuación, las pérdidas de conmutación se estiman utilizando un regulador proporcional-integral (PI) sobre el voltaje del bus de CC del VSC. El componente de pérdida ponderada de salida (wpd) se calcula como (9) donde las constantes Kpd (proporcional) y Kid (integral) son las ganancias de PI sintonizadas, los valores de bus de CC reales y de referencia son (Vdc, Vdc*). La adición de valor ponderado equivalente de fase (wmp) y componente de pérdida, valor ponderado (wpd) da un valor ponderado de referencia como (10) Los constituyentes activos de las corrientes de cuadrícula de referencia se obtienen utilizando el valor ponderado de referencia y la unidad en plantillas de fase como (11) 2.2 Cálculo de componentes de corriente de cuadrícula de referencia reactiva Los vectores de cuadratura unitaria (u qa, u qb y u qc) que son los componentes reactivos de los voltajes de cuadrícula calculados a partir de la unidad en vectores de fase (u pa, u pb y u pc) de la siguiente manera: (12) (13) (14) Los vectores de entrada x (n) para este caso son vectores de cuadratura unitaria (u qa, u qb y u qc). Los valores ponderados de los componentes reactivos fundamentales se calculan a partir del algoritmo de proyección afín dado como (15) (16) (17) El valor ponderado equivalente por fase (w mq) del componente reactivo fundamental se calcula utilizando (15)–(17) como (18) La magnitud del voltaje del bus de CA (en PCC) se determina utilizando (2), y luego se compara con el voltaje del bus de CA de referencia. Esta comparación genera una señal de error (vte) que se utiliza para controlar el voltaje en PCC mediante el uso de un segundo controlador PI. El valor ponderado para el controlador PI del bus de CA se calcula como (19), donde las constantes Kpq y Kiq se representan como ganancias proporcionales e integrales de PI utilizadas para ajustar la tensión del bus de CA en el valor establecido. El valor ponderado de referencia reactivo fundamental (wrq) se obtiene restando el valor ponderado medio (wmq) y la salida del segundo peso del controlador PI (wt) dado como (20). Por lo tanto, los componentes de la corriente de cuadrícula de referencia reactiva se obtienen usando (20) y vectores de cuadratura unitaria calculados en (15)–(17) como (21) 2.3 El cálculo de las referencias y los pulsos de compuerta a las corrientes de cuadrícula de referencia VSC (isa*, isb * e isc*) se obtienen mediante la suma respectiva de corrientes de referencia activas y reactivas para cada fase como se indica en (11) y (21) como (22). Los errores de corriente entre la referencia respectiva (isa*, isb * e isc*) y las corrientes de cuadrícula detectadas (isa, isb e isc) se calculan en (22) y posteriormente se amplifican a través del regulador de corriente PI. Los errores amplificados se dan al controlador modulado por ancho de pulso (PWM), que genera seis pulsos de conmutación para DSTATCOM trifásico utilizado para la compensación. 3 Resultados experimentales y discusión Se diseña y desarrolla un prototipo de compensador de derivación en el laboratorio utilizando VSC, controlador de I + D DSP-dSPACE 1104, sensores de corriente y voltaje de efecto Hall (LEM LA-25 y LEM LV-25) con circuitos de amortiguación adecuados e inductores de interfaz. Debido a las restricciones de clasificación en el laboratorio, este sistema funciona con una red de CA de nivel de tensión de 110 V (L-L), 50 Hz. Los resultados de las pruebas de reducción de armónicos y equilibrio de carga se presentan en los modos PFC y VR. 3.1 Característica del enfoque de control basado en proyección afín La Fig. 3 muestra las señales intermedias con el enfoque de control de proyección afín del compensador de derivación. La Fig. 3a ilustra las formas de onda del voltaje PCC detectado (vsa) junto con el voltaje PCC después de pasar a través del filtro (vsaf), la unidad en vector de fase para la misma fase (upa) y la corriente de carga (ila). La Fig. 3b muestra la magnitud del peso del componente activo fundamental de la corriente de carga (wap), que está relacionada con la fase 'a', el peso promedio de la potencia activa (wmp), la salida del PI del bus de CC (wpd) y el peso de referencia (wrp) correspondiente a la potencia activa. La Fig. 3c muestra la magnitud del componente de potencia reactiva fundamental de (ila) que se denota como waq, peso de potencia activa promedio (wmq), salida del controlador PI (para regulación de voltaje) (wt) y peso reactivo de referencia (wrq). Estos resultados se muestran para diferentes condiciones de carga, incluido el caso de desequilibrio de carga severo en el momento de la desconexión de la carga monofásica. La Fig. 3d representa las corrientes de cuadrícula de referencia (isa*, isb* e isc*) junto con las corrientes de cuadrícula detectadas de la fase 'a' (isa). Está claro que el valor ponderado medio converge en condiciones de estado estacionario, así como en condiciones de carga desequilibrada. El valor ponderado converge en unos pocos ciclos bajo cambios dinámicos de carga. Estos resultados muestran el rendimiento satisfactorio del enfoque de control afín para lograr la compensación de carga utilizando un compensador de derivación. Fig. 3Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento experimental del compensador de derivación con controlador basado en proyección afín (a) vsa, vsaf, upa, ila, (b) wap, wmp, wpd, wrp, (c) waq, wmq, wt, wrq, (d) isa, isa *, isb *, isc* 3.2 Respuesta de DSTATCOM en el modo de corrección del factor de potencia La Fig. 4 muestra la respuesta de DSTATCOM utilizando el enfoque de control basado en proyección afín en condiciones de estado estacionario. Las Figs. 4a y b muestran las formas de onda de la red (isa) y la corriente de carga (ila) (todas las fases 'a') con la fase 'a' de la tensión PCC (vsa). Las Figs. 4c y d muestran que los espectros armónicos y el porcentaje de distorsión en la corriente de red (isa) y la corriente de carga (ila) son 3.6 y 21.7%, por separado. Se infiere de los espectros armónicos que se adquiere una ThD del 21,7% en la corriente de red sin compensación de derivación y se reduce considerablemente al nivel del 3,6% con la acción del compensador, adhiriéndose así a los límites especificados por las normas internacionales. Se justifica la aplicación del control basado en proyección afín para el control DSTATCOM. Fig. 4Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento de estado estacionario de DSTATCOM bajo carga no lineal (a), (b) isa, ila junto con vsa, (c), (d) Espectros armónicos del modo isa e ila PFC. 3.3 Respuesta dinámica del compensador La Fig. 5 muestra el comportamiento dinámico del compensador con el enfoque de control de proyección afín. Las Figs. 5a–c muestran los resultados de las corrientes de red, carga y compensador (is ; ila, ilb e ilc ; ica, icb e icc) junto con el voltaje PCC (vsa f). Estas formas de onda ilustran que las corrientes de red (IS) están completamente equilibradas, así como en fase con voltajes en PCC y sinusoidales en diferentes condiciones de carga, incluida la eliminación de carga de una fase. La Fig. 5d ilustra las formas de onda para el voltaje del bus de CC (Vcc), la corriente de red (isc), la corriente de carga (ilc) y la corriente DSTATCOM (icc, todas las fases 'c'). Estas formas de onda ilustran que el voltaje en el bus de CC alcanza su valor establecido (200 V) utilizando la acción del controlador PI. Se produce un pequeño exceso en él en condiciones transitorias cuando la carga está desequilibrada. Fig. 5Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento dinámico de DSTATCOM utilizando el control de proyección afín (a) vsa f, corrientes de cuadrícula, (b) vsa f, corrientes de carga, (c) vsa f, corrientes de DSTATCOM, (d) Vdc, isc, ilc e icc en el modo PFC 3.4 Respuesta de estado estacionario del compensador en el modo VR La Fig. 6 muestra el comportamiento de estado estacionario de un compensador en el modo VR utilizando el enfoque de control basado en proyección afín. Las Figs. 6a y b muestran las formas de las ondas ilustradas gráficamente, como la corriente de red (isa) y la corriente de carga (ila) con voltaje PCC (vsa) (todas las fases 'a'). Las figuras 6c y d muestran la magnitud de los armónicos de diferentes órdenes como porcentaje de los fundamentales para la corriente de red, la corriente de carga y la tensión PCC. El índice de distorsión para estos se obtiene en 4.2 y 20.4%, respectivamente, como se muestra en esta figura. Se logra una ThD mejorada en la corriente de red después de la compensación y cumple con el límite especificado en un estándar IEEE-519. Las figuras 7A-C muestran las potencias reactivas en la red (Qs), la carga (Ql) y el compensador (QC). Se observa a partir de este resultado que la potencia reactiva en red y carga son 0.11 y 0.12 kVAR, respectivamente. La potencia reactiva principal en el lado de la red indica la regulación de voltaje PCC. Fig. 6Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento de estado estacionario de DSTATCOM en modo VR (a), (b) isa, ila junto con vsa, (c), (d) Espectros armónicos de isa e ila Fig. 7Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento de estado estable de DSTATCOM (a) Qs, (b) Ql, (c) QC en modo VR 3.5 Rendimiento del compensador en modo VR La Fig. 8 muestra el rendimiento del compensador en modo VR con enfoque de control de proyección afín. La Fig. 8a presenta formas de onda de voltaje de bus de CC regulado (Vcc), amplitud regulada de voltaje de PCC (Vt) junto con la fase 'a' de la corriente de red (isa) y la corriente de carga (ila). Las corrientes de la red son equilibradas y sinusoidales como se observa aquí. La Fig. 8b ilustra las formas de onda de la tensión del bus de CC (Vcc), la amplitud de la tensión del PCC (Vt), la fase 'a' de la corriente de red (isa) y la fase 'a' de la corriente de carga (ila). De estos resultados se concluye que la magnitud de la magnitud de la tensión PCC (Vt) mejora de 85 a 89 V, debido a la acción del controlador PI en el bus de CA. Fig. 8Abrir en el visor de figurasPowerPoint Comportamiento dinámico de DSTATCOM en modo VR 4 Rendimiento comparativo del controlador de proyección afín con los controladores SRFT e IRPT Se presenta un rendimiento mejorado del algoritmo de control basado en proyección afín propuesto comparándolo con los algoritmos de control basados en SRFT e IRPT [8, 9]. Estos algoritmos de control se comparan en función de diversos parámetros como la velocidad de convergencia, la compensación armónica y el tiempo de muestreo que toma el sistema real. La Fig. 9a muestra la convergencia del componente de potencia activa de la corriente de carga utilizando algoritmos de control basados en proyección afín, SRFT e IRPT en condiciones de carga en estado estacionario. Estos resultados muestran que la convergencia del componente activo se logra dentro de un ciclo con el algoritmo de control basado en proyección afín, dentro de seis ciclos con el algoritmo de control basado en SRFT y dentro de cinco ciclos con el algoritmo de control basado en IRPT. La Fig. 9b muestra la convergencia del componente de potencia activa de la corriente de carga utilizando un algoritmo de control basado en proyección afín, un algoritmo de control basado en SRFT y un algoritmo de control basado en IRPT en una condición de carga dinámica (cuando se desconecta una fase de carga). Esto muestra una rápida convergencia del componente activo lograda dentro de un ciclo utilizando un algoritmo de control basado en proyección afín y dentro de más de cinco ciclos junto con grandes oscilaciones con algoritmos de control basados en SRFT e IRPT. Fig. 9Abrir en el visor de figurasPowerPoint Convergencia del componente de potencia activa con proyección afín, controlador basado en SRFT e IRPT durante (a) estado estacionario, (b) condiciones de carga dinámica Las Figs. 10a–d muestran espectros armónicos de corriente de red (isa) utilizando algoritmo de control basado en proyección afín, algoritmo de control basado en SRFT, algoritmo de control basado en IRPT y corriente de carga (todas las fases 'a'). Esto muestra distorsiones de la corriente de red, ya que se logra una ThD del 1,67% con el algoritmo de control basado en proyección afín, una ThD del 3,21% con el algoritmo de control basado en SRFT y una ThD del 3,71% con el algoritmo de control basado en IRPT cuando hay una ThD del 28,13% en la corriente de carga. Estos resultados demuestran un rendimiento mejorado de la proyección afín sobre los algoritmos de control basados en SRFT e IRPT, principalmente en términos de rendimiento transitorio y compensación de armónicos. El rendimiento comparativo del control de proyección afín con algoritmos de control basados en SRFT e IRPT se resume en la Tabla 1. Fig. 10Abre en el visor de figuras los espectros armónicos de PowerPoint de la corriente de red, isa usando (a) proyección afín, (b) SRFT, (c) IRPT, (d) espectro armónico de la corriente de carga, ila Tabla 1. Rendimiento comparativo de las técnicas de control de proyección afín, SRFT e IRPT Operaciones Proyección afín SRFT Filtro adaptativo tipo IRPT Transformación de parques Convergencia de transformación de Clarks más rápida más lenta Convergencia de estado estacionario de componente activo Convergen dentro de un ciclo (t = 0.02 s) Convergen dentro de seis ciclos (t = 0.12 s) Convergen dentro de cinco ciclos (t = 0.1 s) Convergencia dinámica Convergen dentro de un ciclo La convergencia toma más de cinco ciclos Grandes oscilaciones y la convergencia toma más de cinco ciclos Corriente de red de compensación armónica, iga 30.53 A, ThD 1.67% 30.85 A, ThD 3.21% 30.46 A, ThD 3.71% Corriente de carga, ila 30.75 A, THD 28.13% 30.75 A, ThD 28.13% 30.75 A, ThD 28.13% Tiempo de muestra, Ts 50 µs 70 µs 65 µs 5 Conclusiones La implementación de DSTATCOM trifásico a nivel de distribución se ha presentado aquí con el algoritmo de control basado en proyección afín propuesto. El compensador de derivación ha sido probado para aliviar numerosos problemas de calidad de potencia de supresión de armónicos, inyección o suministro de potencia reactiva localmente y para mantener el equilibrio de carga durante dos modos de funcionamiento, a saber, PFC y VR. Se ha diseñado y desarrollado un enfoque de control de bucle cerrado para estimar las corrientes de red de referencia, que se utilizan para generar pulsos de compuerta para VSC trifásico. Este algoritmo tiene varias características notables, como una buena velocidad de convergencia, que es independiente de las distorsiones presentes en la señal de entrada. Como resultado, los pesos se actualizan muy rápido ya que el algoritmo se basa en valores ponderados de múltiples vectores de señal de entrada retardada. Debido a estas características, el enfoque de control propuesto ofrece ventajas como la convergencia rápida y es aplicable para la corriente de carga no lineal distorsionada. La implementación experimental del enfoque de control se basa en pocas operaciones matemáticas. La carga de cálculo en el DSP utilizando el enfoque de control propuesto es baja y comparable a la de los algoritmos convencionales. Las amplias variaciones de carga, es decir, las operaciones normales y anormales, representan un rendimiento satisfactorio del compensador de derivación con análisis experimental. Los resultados experimentales presentan una ThD de 3.6 y 4.2% en la corriente de la red después de la acción del compensador en los modos PFC y VR, respectivamente. Las corrientes de la red se han equilibrado y están libres de distorsiones con varias condiciones de carga, que incluyen estado estacionario y desequilibrio de carga. Además, la tensión PCC se ha regulado a 89 V (valor de referencia establecido), debido a la acción del enfoque de control en modo VR. Además, el algoritmo de control basado en proyección afín se ha comparado con el algoritmo de control basado en SRFT y el algoritmo de control basado en IRPT en términos de velocidad de convergencia, compensación de armónicos y tiempo de muestreo. Los resultados de las pruebas indican claramente que se ha logrado un mejor rendimiento utilizando el algoritmo de control basado en la proyección afín propuesto y que es efectivo para la compensación de carga. 6 Reconocimiento Los autores desean agradecer al Departamento de Ciencia y Tecnología (DST), Gobierno de la India, por el Proyecto Patrocinado (subvención no. EMR/2016/001874). Apéndice 8 Tensión de línea de CA 110 V, 50 Hz; Lf = 2,5 mH; condensador de bus de CC de VSC Cdc = 1650 μF; tensión en bus de CC Vdc = 200 V; rectificador de 3-Ø (no controlado) con R = 18–60 Ω y L = 100 mH; tiempo de muestreo Ts = 55 µs, frecuencia de corte LPF en bus de CC = 10 Hz, frecuencia de corte LPF en bus de CA = 12 Hz. 7 Referencias 1Singh, B., Chandra, A., Haddad, K.Al: ' Power quality: problems and mitigation techniques' ( John Wiley and Sons, UK, 2015) 2Bollen, M.A.: ' Understanding power quality problems: voltage sags and interruptions' ( IEEE Press, Piscataway, USA, 2000) 3Ghosh, A., Ledwich, G.: ' Power quality enhancement using custom power devices' ( Springer International Edition, Delhi, 2009) 4Busarello, T.D.C., Pomilio, J.A., Simões, M.G.: 'Passive filter aided by shunt compensators based on the conservative power theory', IEEE Trans. Ind. Appl., 2016, 52, (4), pp. 3340- 3347 5Akagi, H., Watanabe, E.H., Aredes, M.: ' Instantaneous power theory and applications to power conditioning' ( John Wiley & Sons, New Jersey, USA, 2007) 6Myneni, H., Siva Kumar, G., Sreenivasarao, D.: 'Dynamic DC voltage regulation of split-capacitor DSTATCOM for power quality improvement', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (17), pp. 4373- 4383 7Jou, H.L.: 'Comparación de rendimiento de los algoritmos de filtro de potencia activa trifásica', IEE Proc. Gener. Trans. Distrib., 1995, 142, (6), pp. 646– 652 8Gonzalez-Espin, F., Figueres, E., Garcera, G.: 'An adaptive synchronous-reference-frame phase-locked loop for power quality improvement in a polluted utility grid', IEEE Trans. Ind. Electron., 2012, 59, (6), pp. 2718- 2731 9Herrera, R.S., Salmerón, P., Kim, H.: 'Instantaneous reactive power theory applied to active power filter compensation: different approaches, assessment, and experimental results', IEEE Trans. Ind. Electron., 2008, 55, (1), pp. 184– 196 10Qasim, M., Kanjiya, P., Khadkikar, V.: 'Optimal current harmonic extractor based on unified ADALINES for shunt active power filters', IEEE Trans. Power Electron., 2014, 29, (12), pp. 6383- 6393 11Ahmad, M.T., Kumar, N., Singh, B.: 'Algoritmo de control basado en AVSF de DSTATCOM para el sistema de distribución', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (13), pp. 3389– 3396 12Sefa, I., Ozdemir, S., Komurcugil, H. et al.: 'Estudio comparativo sobre esquemas de control basados en la función Lyapunov para un inversor monofásico de fuente de tensión conectado a la red con filtro LCL', IET Renew. Power Gener., 2017, 11, (11), pp. 1473– 1482 13Panigrahi, R., Subudhi, B., Panda, P.C.: 'A robust LQG servo control strategy of shunt-active power filter for power quality enhancement', IEEE Trans. Power Electron., 2016, 31, (4), pp. 2860– 2869 14Xie, C., Zhao, X., Savaghebi, M. et al.: 'Multirate fractional-order repetitive control of shunt active power filter suitable for microgrid applications', IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., 2017, 5, (2), pp. 809– 819 15Singh, B., Solanki, J.: 'A comparison of control algorithms for DSTATCOM', IEEE Trans. Ind. Electron., 2009, 56, (7), pp. 2738– 2745 16Zhao, Q., Ye, Y., Xu, G. et ál.: 'Improved repetitive control scheme for grid-connected inverter with frequency adaptation', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 883- 890 17Venkatraman, K., Selvan, M.P., Moorthi, S.: 'Predictive current control of distribution static compensator for load compensation in distribution system', IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (10), pp. 2410- 2423 18Badoni, M., Singh, A., Singh, B.: 'Comparative performance of wiener filter and adaptive least mean square-based control for power quality improvement', IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (5), pp. 3028- 3037 19Chittora, P., Singh, A., Singh, M.: 'Gauss–newton-based fast and simple recursive algorithm for compensation using shunt active power filter', IET Gener. Trans. Distrib., 2017, 11, (6), pp. 1521-1530 20Gawande, S.P., Ramteke, M.R., Pande, N.: 'Improved equal current approach for reference current generation in shunt applications under unbalanced and distorted source and load conditions', IET Gener. Trans. Distrib., 2016, 10, (4), pp. 995– 1005 21Tey, L.H., So, P.L., Chu, Y.C.: 'Improvement of power quality using adaptive shunt active filter', IEEE Trans. Power Deliv., 2005, 20, (2), pp. 1558– 1568 22Badoni, M., Singh, A., Singh, B.: 'Adaptive recursive inverse based control algorithm for shunt active power filter', IET Power Electron., 2016, 9, (5), pp. 1053- 1064 23Mu, X., Wang, J., Wu, W. et al.: 'A modified multi-frequency passivity-based control for shunt active power filter with model-parameter-adaptive capacity', IEEE Trans. Ind. Electron., 2018, 65, (1), pp. 760-769 24Jayachandran, J., Sachithanandam, R.M.: 'Algoritmo de control basado en red neuronal para DSTATCOM bajo voltaje de fuente no ideal y condiciones de carga variables', Can. J. Electr. Comput. Eng., 2015, 38, (4), pp. 307– 317 25Zou, Z.X., Zhou, K., Wang, Z. et al.: 'Frequency-adaptive fractional-order repetitive control of shunt active power filters', IEEE Trans. Ind. Electron., 2015, 62, (3), pp. 1659- 1668 26Srinivas, M., Hussain, I., Singh, B.: 'Combined LMS–LMF-based control algorithm of DSTATCOM for power quality enhancement in distribution system', IEEE Trans. Ind. Electron., 2016, 63, (7), pp. 4160– 4168 27Pathak, G., Singh, B., Panigrahi, B.K.: 'Control of wind-diesel microgrid using affine projection-like algorithm', IEEE Trans. Ind., 2016, 12, (2), pp. 524– 531 28Badoni, M., Singh, B., Singh, A.: 'Implementation of echo-state network-based control for power quality improvement', IEEE Trans. Ind. Electron., 2017, 64, (7), pp. 5576- 5584 29Arablouei, R., Doğançay, K.: 'Algoritmo de proyección afín con proyecciones selectivas', Signal Process., 2012, 92, (9), pp. 2253- 2263 30Song, J., Park, P.: 'An optimal variable step-size affine projection algorithm for the modified filtered-x active noise control', Signal Process., 2015, 114, pp. 100– 111 Citing Literature Volume12, Issue13July 2018Pages 3261-3269 FiguresReferencesRelatedInformationFiles
iet-gtd.2017.0841.pdf
Files
(16.1 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:a03c46025e27ae27d03aede57ac7c4d9
|
16.1 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تحسين جودة الطاقة باستخدام DSTATCOM مع خوارزمية الإسقاط الأفيني
- Translated title (French)
- Amélioration de la qualité de l'alimentation à l'aide de DSTATCOM avec algorithme de projection affine
- Translated title (Spanish)
- Mejora de la calidad de la energía utilizando DSTATCOM con algoritmo de proyección Affine
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2802243149
- DOI
- 10.1049/iet-gtd.2017.0841
References
- https://openalex.org/W1992283659
- https://openalex.org/W1996821618
- https://openalex.org/W2017070278
- https://openalex.org/W2036535066
- https://openalex.org/W2036662649
- https://openalex.org/W2129057369
- https://openalex.org/W2147801835
- https://openalex.org/W2169593296
- https://openalex.org/W2175309843
- https://openalex.org/W2256600440
- https://openalex.org/W2276192939
- https://openalex.org/W2281950256
- https://openalex.org/W2282983021
- https://openalex.org/W2299023087
- https://openalex.org/W2312525539
- https://openalex.org/W2315362797
- https://openalex.org/W2321972275
- https://openalex.org/W2327942208
- https://openalex.org/W2343465519
- https://openalex.org/W2343498175
- https://openalex.org/W2562991751
- https://openalex.org/W2582385063
- https://openalex.org/W2594656520
- https://openalex.org/W2622658618
- https://openalex.org/W267271646
- https://openalex.org/W2728365851
- https://openalex.org/W2742158493
- https://openalex.org/W2750136970
- https://openalex.org/W591414379
- https://openalex.org/W65252926