طراحي كنترل‌كننده ولتاژ ديجيتال براي مبدل‌هاي تجديدپذير تكفاز متصل به شبكه

Design of a Digital Voltage Controller in Single-Phase Grid-Connected Renewable Converters

جداسازي توان سمت شبكه از توان ورودي يكي از مهمترين چالش‌هاي سيستم‌هاي تكفاز متصل به منابع تجديدپذير است. هدف اصلي در اين سيستم‌ها كاهش ظرفيت خازن جداساز مي‌باشد. اما كاهش ظرفيت خازن مشكلاتي از قبيل افزايش اعوجاج هارمونيكي كل جريان شبكه و همچنين نوسانات (فراجهش و فروجهش) ولتاژ خازن جداساز را ايجاد مي‌كند. لذا استفاده از روش‌هاي كنترلي جهت بهينه‌سازي عملكرد اين سيستم ‌ها ضروري خواهد بود. كنترل‌كننده ولتاژ وظيفه دارد ولتاژ خازن باس را تنظيم كرده، هارمونيك دوم شبكه را حذف و بده بستاني ميان هزينه سيستم با دو پارامتر اعوجاج هارمونيكي كل و فراجهش برقرار نمايد. در اين مقاله يك فيلتر ناچ با رويكرد ديجيتال ارائه شده است كه توانسته سرعت پاسخ گذراي سيستم را افزايش دهد و همچنين ريپل هارمونيكي را به خوبي از بين ببرد. روابط مربوط به ظرفيت خازن با اعوجاج هارمونيكي كل و فراجهش بطور كامل فراهم شده است. همچنين روابط رياضي مربوط به طراحي فيلتر ناچ ديجيتال نيز آورده شده است. تمامي شبيه‌سازي‌ها در محيط سيمولينك متلب انجام شده است. سيستم مورد بررسي يك پنل خورشيدي 250 وات متصل به شبكه 220 ولت موثر 50 هرتز مي‌باشد. ميزان اعوجاج هارمونيكي كل جريان تزريقي به شبكه حدودا برابر 0/6 درصد بدست آمده است.

Power decoupling of pulsating grid side power from constant source side power is one of the paramount issues in single phase-phase grid-connected renewable systems. The principal aim of such systems is the decrease of the capacitance of the decoupled capacitor. However, this causes some problems such as an increase in the total harmonic distortion (THD) of injected current to the grid and bus voltage fluctuations. By considering the aforementioned explanation, utilizing control strategies is critical to modify system performance. The voltage controller is responsible for adjusting the bus voltage, suppressing the second-order harmonic, and providing a trade-off between system cost and total harmonic distortion as well as bus voltage fluctuations. This paper presents a digital notch filter in order to improve the system transient response and remove the harmonic ripples. The relations between system cost, THD, and bus voltage fluctuations have been described completely. Moreover, the mathematical expressions of the proposed digital notch filter have been provided. The analyzed system is 250 W PV panel connected to a 220 V RMS, 50 HZ grid. The THD of injected current to the grid is approximately 0.6%.