طراحی یک فیلتر فعال ترکیبی متصل به پنل‌های خورشیدی مبتنی برایده جداسازی فرکانسی جریان بار در شبکه توزیع

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد، دانشکده برق و کامپیوتر، دانشگاه سمنان،ایران

2 گروه مهندسی برق، واحد نکا، دانشگاه آزاد اسلامی، نکا، ایران

چکیده

در این مقاله فیلتر فعال ترکیبی جدید متصل به پنل‌های خورشیدی به منظور کنترل همزمان توان اکتیو و راکتیو با هدف بهبود کیفیت توان پیشنهاد می‌شود. این فیلتر ترکیبی شامل یک فیلتر فعال مبتنی بر مبدل منبع جریان (CSC) و فیلتر پسیو (LC) کنترل شده با تایریستور است که بر اساس ایده جداسازی مؤلفه‌های فرکانس بالا و پایین جریان بار می‌تواند معایب هر دو نوع فیلتر را تعدیل کند. مؤلفه‌های فرکانس پایین جریان بار به فیلتر فعال و مؤلفه‌های فرکانس بالا به فیلتر پسیو کنترل‌پذیر با تایریستور (TCLC) اعمال می‌شود. در این طرح علاوه بر کاهش هارمونیک‌های جریان شبکه توزیع و بهبود ضریب توان، فیلتر ترکیبی می‌تواند توان اکتیو پنل‌های خورشیدی متصل به CSC را در هر لحظه بدون اغتشاش گذرا در لحظات تغییر نقطه کار به شبکه توزیع انتقال دهد. عملکرد ساختار پیشنهادی در یک سیستم توزیع در نقطه کارهای مختلف با استفاده از نرم‌افزارهای PSCAD و MATLAB، مطالعه شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design a Photovoltaics (PV) System Interfaced by Hybrid Active Power Filter Based on the Load Current Frequency Orders Separation Idea in Distribution Network

نویسندگان [English]

  • Mohammad Salmani Kouyakhi 1
  • Ali Zafari 2
1 Master of Electrical Engineer, Semnan University, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Neka Branch,Islamic Azad University, Neka, Iran
چکیده [English]

In this paper, a novel Photovoltaics (PV) system interfaced by a hybrid Active Power Filter (APF) has been proposed with the ability to simultaneously control active and reactive power in order to enhance the power quality. Based on the idea of separation of the high-frequency orders from the lower ones the proposed hybrid filter including Current Source Converter (CSC) and thyristor controlled LC filter (TCLC) is able to reduce the drawbacks of both filters when works alone. The low-frequency orders have been applied to the active part and the higher ones have been considered for TCLC. The proposed scheme not only can reduce the harmonic components of the distribution network and increase the grid power factor but also is able to inject the controlled active power via a PV system connected to CSC without any perturbation during transient intervals. The performance of the proposed structure is evaluated in different operating points by a simulation study performed by PSCAD and MATLAB software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Photovoltaic system (PV)
  • Solar Panel
  • Separation of frequency orders
  • Hybrid Active Power Filter (HAPF)
  • Current Source Filter (CSC)

مراجع

]1[ زهرا مروج و جواد آذرخش، «شبیه‌سازی و طبقه‌بندی وقایع کیفیت توان با استفاده از شبکة عصبی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 13، شمارة 41، تابستان 1394، صفحة 137-146.
]2[ زهرا مروّج، علی‌اکبر عبدوس و محمد پازکی، «ارائة یک روش هوشمند برای شناسایی و طبقه‌بندی وقایع کیفیت توان»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 9، شمارة 27، زمستان 1390، صفحة 23-36.
[3] N. Rai and S. Chakravorty “A Review on the Generalized Formulations for Selective Harmonic Elimination (SHE-PWM) strategy”, IEEE First International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC), Nagpur, India, Vol. 2, September 2020, pp. 1-6.
[4] M. Wu, Y.W. Li and G. Konstantinou, "A Comprehensive Review of Capacitor Voltage Balancing Strategies for Multilevel Converters Under Selective Harmonic Elimination PWM", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 36, No. 3, March 2021, pp. 2748–2767.
[5] P. Sen, P. Biringer and R. Segsworth, "Thyristor-controlled single phase variable inductor", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 3, No. 3, September 1967, pp. 240–245.
[6] L.J. Bohmann and R.H. Lasseter, "Harmonic interactions in thyristor controlled reactor circuits", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 4, No. 3, March 1989, pp. 1919–1926.
[7] Z. Li, X. Yu and R. Ban “The changes of inductors inductances and resistances in inductive pulse power supply”, IEEE 21st International Conference on Pulsed Power (PPC), Brighton, United Kingdom,Vol.2, June 2017, pp. 1-4.
[8] Y. Sato, T. Sugita and T. Kataoka, “A new control method for current source active power filters”, IAS '97 Conference Record of the 1997 IEEE Industry Applications Conference Thirty-Second IAS Annual Meeting, New Orleans, LA, USA, Vol. 2, October 1997, pp. 1463-1470.
[9] W.P. Komrumpf and J.P. Waiden, "Power factor of active filtering systems", IEEE Transactions on Power Electron, Vol.1, June 1976, pp. 318–325.
[10] A. Zafari,and M. Jazaeri, ''STATCOM systems in distribution and transmission system applications: a review of power-stage topologies and control methods'', International Transactions on Electrical Energy Systems, Vol. 26, No. 2, February 2016, pp. 323-346.
[11] C. Zhao and et al, "Optimized design of full-bridge modular multilevel converter with low energy storage requirements for hvdc transmission system", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 33, No. 1, January 2018 , pp. 97-109.
[12] D. Bernet and M. Hiller, "Grid-connected medium-voltage converters with parallel voltage-source active filters", IEEE Transactions on Electric Power Applications, Vol. 13, No. 10, May 2019, pp. 1507–1513.
[13] A. Zafari,and M. Jazaeri, ''A novel structure of hybrid active power filter based on voltage‐current source converter (VCSC‐HAPF) '', International Transactions on Electrical Energy Systems, Vol. 27, No. 4, April 2017, pp. 22–99.
[14] H.M.A. Antunes, I.A. Pires and S.M. Silva, "Evaluation of Series and Parallel Hybrid Filters Applied to Hot Strip Mills With Cycloconverters", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 55, No. 6, August 2019, pp. 6643–6651.
[15] F. Rong, X. Gong and H. Shoudao, "A novel grid-connected PV system based on MMC to get the maximum power under partial shading conditions", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 32, No. 6, June 2017, pp. 4320–4333.
[16] F. Barati, A. Mazaheri and M. Jamil, "A Simulation-Aided LCL Filter Design for Grid-Interactive Three-Phase Photovoltaic Inverters", Journal of Solar Energy Research, Vol. 4, No. 4, Autumn 2019, pp. 229– 236.
[17] N. Kumar, T.K. Saha and J. Dey, "Sliding-mode control of PWM dual inverter-based grid-connected PV system: modeling and performance analysis", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 4, No. 2, June 2016,  pp. 435–444.
[18] M. Javid and F. Barati, "An LCL Filter Design for Three-Phase Off-Grid PV Inverters", Journal of Solar Energy Research, Vol. 3, No. 1, Winter 2018, pp. 29– 33.
[19] A. Sangwongwanich, Y. Yang and F. Blaabjerg, "A sensorless power reserve control strategy for two-stage grid-connected PV systems", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 32, No. 11, November 2017, pp. 8559–8569 .
[20] F.J. Lin, K.C. Lu, T.H. Ke, B.H. Yang and Y.R. Chang, "Reactive power control of three-phase grid-connected PV system during grid faults using Takagi–Sugeno–Kang probabilistic fuzzy neural network control", IEEE Transactions on Ind Electron, Vol. 62, No. 9, September 2015, pp. 5516–5528.
[21] L. Cao, K.H. Loo and Y.M. Lai, "Output-impedance shaping of bidirectional DAB dc–dc converter using double-proportional-integral feedback for near-ripple-free dc bus voltage regulation in renewable energy systems", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 31, No. 3, March 2016, pp. 2187–2199.
[22] Y. Bae, T.K. Vu and R.Y. Kim, "Implemental control strategy for grid stabilization of grid-connected PV system based on german grid code in symmetrical low-to-medium voltage network", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 28, No. 3, September 2013, pp. 619–631.
[23] B.N. Alajmi, K.H. Ahmed, G.P. Adam and B.W. Williams, "Single-phase single-stage transformer less grid-connected PV system", IEEE Transactions on Power Electron, Vol. 28, No. 6, June 2013, pp. 2664–2676.
[24] L. Wang, C. Lam and M. Wong, "Analysis, Control, and Design of a Hybrid Grid-Connected Inverter for Renewable Energy Generation With Power Quality Conditioning", in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 33, No. 8, 2018, pp. 6755-6768.
[25] S. Rahmani, A. Hamadi and K. Al-Haddad, "A combination of shunt hybrid power filter and thyristor-controlled reactor for power quality", IEEE Transactions Ind Electron, Vol. 61, No. 5, May 2014, pp. 2152–2164.
]26 [علیرضا ابراهیمی، عباس دیدبان و رضا کی‌پور، «استراتژی کنترلی نوین در سیستم‌های انرژی ترکیبی بادی-خورشیدی برمبنای تعیین محدوده‌های بهینه شارژ و دشارژ باتری‌ها در بازه‌های زمانی مختلف»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 16، شمارة 55، زمستان 1397، صفحة 163-173.
]27[ محمد سلمانی کویخی، مصطفی جزائری و علی زعفری، «ارائة ساختاری نوین از یک فیلتر ترکیبی کارا برمبنای تفکیک فرکانس جریان مرجع به‌منظور جبران هم‌زمان هارمونیک و توان راکتیو در شبکة توزیع»، مجلة کیفیت و بهره‌وری صنعت برق ایران، دورة 8، شمارة 2، پاییز 1398، صفحة ۷۵-۹۰.
]28[ علی زعفری و مصطفی جزایری، «تجزیه و تحلیل تلفات در فیلتر فعال یکپارچه موازی مبتنی بر مبدّل منبع ولتاژ-مبدّل منبع جریان (طرح VCSC)»، مجلة مهندسی برق دانشگاه تبریز، دورة 48، شمارة 4، زمستان 1397، صفحة 1571-1582.
[29] R. Dehini, A. Gencer and G. Hachemi, “D-Statcom-Fuel Cell Energy Control System Based on Instantaneous Reactive Power Theory”, 2nd Global Power, Energy and Communication Conference (GPECOM), Izmir, Turkey, Vol. 2, October 2020, pp. 65-70.
[30] P. Mazaheri Salehi and D. Solyali, "A review on maximum power point tracker methods and their applications", Journal of Solar Energy Research, Vol. 3, No. 2, August 2018, pp. 123–133.
[31] P.P. Dash and M. Kazerani, "Dynamic Modeling and Performance Analysis of a Grid-Connected CurrentSource Inverter Based Photovoltaic System", IEEE Transactions on Sustainable Energy, Vol. 2, No. 4, October 2011, pp. 443–450.
[32] "IEEE Recommended Practice and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems", in IEEE Std 519-2014 (Revision of IEEE Std5191992), June 2014, pp.1-29.
 
                                               
مدل سازی در مهندسی
دوره 19، شماره 67
دی 1400
صفحه 1-11

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 17 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 26 تیر 1400
  • تاریخ پذیرش: 09 شهریور 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار